并網(wǎng)雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的軸系扭轉(zhuǎn)特性研究

王鵬敏

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，太原 030032）

并網(wǎng)雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的軸系扭轉(zhuǎn)特性研究

王鵬敏

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，太原 030032）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電氣設(shè)備，通常運(yùn)行在惡劣的自然環(huán)境中。鑒于風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部用于連接關(guān)鍵部件的傳動(dòng)軸剛度有限，來(lái)自風(fēng)速的隨機(jī)變化和電網(wǎng)故障的擾動(dòng)，會(huì)對(duì)機(jī)組各部分的動(dòng)態(tài)響應(yīng)造成重要影響，將直接影響風(fēng)電機(jī)組和并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過(guò)搭建機(jī)械傳動(dòng)鏈的三質(zhì)塊等效模型，分析了機(jī)組各部分處于風(fēng)速擾動(dòng)和電網(wǎng)故障時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，機(jī)組關(guān)鍵參數(shù)變化對(duì)穩(wěn)定性的影響，以及機(jī)組可能出現(xiàn)的振蕩模式及扭轉(zhuǎn)特性。該研究結(jié)果對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行及使用壽命的提高，具有重要的指導(dǎo)意義。

機(jī)械傳動(dòng)鏈；雙饋感應(yīng)；動(dòng)態(tài)響應(yīng)；疲勞壽命；扭轉(zhuǎn)振蕩特性

隨著我國(guó)風(fēng)力發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行中的安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出[1-7]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)不同，它們通常運(yùn)行在惡劣的自然環(huán)境中且風(fēng)速變化具有顯著的隨機(jī)性，加之其內(nèi)部連接重要部件并傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)軸剛度有限，因此，在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行條件的復(fù)雜多變將可能導(dǎo)致并網(wǎng)機(jī)組各個(gè)部件之間發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩[7-9]。于是，深入研究并網(wǎng)機(jī)組在風(fēng)速擾動(dòng)和電網(wǎng)故障等運(yùn)行條件下的暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題，詳細(xì)分析機(jī)組各個(gè)部件之間可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)振蕩模式和特性，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。

文獻(xiàn)[1-7]認(rèn)為，機(jī)械傳動(dòng)鏈的單質(zhì)塊等效模型已不足以分析機(jī)組的暫態(tài)響應(yīng)情況，并通過(guò)考慮機(jī)械傳動(dòng)鏈的不同等效模型，如單質(zhì)塊、兩質(zhì)塊和三質(zhì)塊等效模型，分析了風(fēng)電機(jī)組在不同運(yùn)行情況下的暫態(tài)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[5-7]進(jìn)一步提出機(jī)械傳動(dòng)鏈的三質(zhì)塊等效模型能更準(zhǔn)確的描述機(jī)組各部件的暫態(tài)響應(yīng)情況。文獻(xiàn)[7-9]通過(guò)對(duì)比現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)汽輪機(jī)組，指出現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組中風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)的慣性相差甚大，機(jī)械傳動(dòng)鏈的剛度系數(shù)又極為有限，這些特點(diǎn)都將使風(fēng)電機(jī)組在擾動(dòng)過(guò)程中，傳動(dòng)軸出現(xiàn)一定程度的扭轉(zhuǎn)振蕩，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動(dòng)，甚至振蕩，并可能對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓、功率等造成不可逆的重大影響。

本文基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鏈建立三質(zhì)塊等效模型，通過(guò)搭建并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)仿真模型，深入分析了機(jī)組在風(fēng)速擾動(dòng)和電網(wǎng)故障等運(yùn)行條件下的穩(wěn)定性，以及機(jī)械傳動(dòng)鏈各部分的動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況和可能造成的影響；探討機(jī)組中關(guān)鍵參數(shù)變化對(duì)穩(wěn)定性的影響；并進(jìn)一步研究了各質(zhì)塊間可能出現(xiàn)的振蕩模式和扭轉(zhuǎn)振蕩特性。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型及扭轉(zhuǎn)特性

現(xiàn)代雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組主要由風(fēng)力機(jī)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過(guò)齒輪箱和變換器等部件構(gòu)成，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能向電能轉(zhuǎn)換的復(fù)雜系統(tǒng)。

1.1 風(fēng)力機(jī)模型

作為風(fēng)電機(jī)組的重要部件，是將自然界的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以機(jī)械轉(zhuǎn)矩的形式進(jìn)行表示，即

式中，ρ為空氣密度（kg/m3）；r為風(fēng)力機(jī)槳葉片半徑（m）；v為風(fēng)速（m/s），且vin、vN、vout分別為切入、額定及切出風(fēng)速；Cp為風(fēng)能利用系數(shù)；ωb為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的角速度（rad/s）；Pm為風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能（W）；Tm為風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩（N·m）。

1.2 機(jī)械傳動(dòng)鏈模型

機(jī)械傳動(dòng)鏈模型又名軸系，主要用于連接風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)，是實(shí)現(xiàn)能量傳遞的復(fù)雜機(jī)械設(shè)備[5-8]。綜合考慮各個(gè)部件的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素，建立三質(zhì)塊等效模型，如圖1所示。

圖1 三質(zhì)塊軸系等效模型

按標(biāo)幺制形式、電動(dòng)機(jī)慣例，并折算至高速側(cè)，如圖1所示，運(yùn)動(dòng)方程為

其中：

式中，Te、Tm分別為發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；下標(biāo)g、h、b分別代表發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、輪轂、槳葉片 3個(gè)等效質(zhì)量塊；ω、θ、H、D、K、T分別為電角轉(zhuǎn)速、角位移、慣性常數(shù)、阻尼系數(shù)、剛度系數(shù)和轉(zhuǎn)矩；ωs=2πfs=314（50Hz）為系統(tǒng)電角速度基值。

1.3 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)模型

用下角標(biāo)d、q、s、r分別代表兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d軸、q軸和發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子[7-14]，這樣，電壓方程可表示為

磁鏈方程為

式中，ωs為dq坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度，亦即定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)角速度，s為發(fā)電機(jī)滑差；u、i、ψ分別為各繞組定子與轉(zhuǎn)子的電壓、電流、磁鏈；Rs、Rr、Lls、Llr分別為定子和轉(zhuǎn)子的電阻與漏感，Lm為互感，且Lss=Lm+Lls為定子自感，Lrr=Lm+Llr為轉(zhuǎn)子自感。

從而電磁轉(zhuǎn)矩可計(jì)算為

1.4 扭轉(zhuǎn)特性

由于風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性相差較大，機(jī)械傳動(dòng)鏈傳動(dòng)軸剛度有限[7-9]，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組受到擾動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)軸上會(huì)出現(xiàn)較大的變化扭矩，可能引起機(jī)械傳動(dòng)鏈不同部位之間的扭轉(zhuǎn)振蕩，因此，迫切需要對(duì)傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)特性進(jìn)行詳細(xì)分析。

對(duì)風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm線性化，有

式中，ωb0為風(fēng)力機(jī)槳葉片的初始電角速度。

感應(yīng)發(fā)電在扭轉(zhuǎn)振蕩時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Te的變化為

式中，Td為阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

將式（2）線性化改寫(xiě)為˙x=Ax的矩陣形式[14]，其中，為狀態(tài)變量，A為系數(shù)矩陣，可得A為

根據(jù)AΦ=λΦ，可以求得矩陣A的特征值和特征向量，進(jìn)而得到風(fēng)電的自然頻率和振蕩模式。

2 算例分析

本文利用Matlab仿真軟件，搭建如圖2所示的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型。圖中，風(fēng)電場(chǎng)由6臺(tái)額定容量為1.5MW、出口電壓為690V的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成，它與500kW的負(fù)荷通過(guò)0.69kV/38.5kV的變壓器以及10km的線路接入35kV配電母線。然后，再經(jīng)過(guò)20km的線路與38.5kV/110kV的變壓器后最終接入110kV的無(wú)窮大電力系統(tǒng)。其余參數(shù)如圖2所示。

圖2 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中，經(jīng)常受到來(lái)自自然界風(fēng)速頻繁改變的波動(dòng)以及電網(wǎng)各種故障發(fā)生等的綜合影響。因此，本文利用所建仿真模型，分別模擬并網(wǎng)機(jī)組處于該兩種運(yùn)行條件下時(shí)，深入研究機(jī)組的暫態(tài)響應(yīng)特性及傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)振蕩特性。

2.1 風(fēng)速擾動(dòng)

自然界風(fēng)速變化的隨機(jī)性決定了風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm頻繁改變，因此，假設(shè)機(jī)組初始在7m/s的風(fēng)速下穩(wěn)定運(yùn)行，t=10s時(shí)，風(fēng)速突變?yōu)?3m/s，深入分析風(fēng)電機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性及機(jī)械傳動(dòng)鏈各部分的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，結(jié)果如圖3所示。

圖3 風(fēng)速擾動(dòng)時(shí)風(fēng)電機(jī)組各部分響應(yīng)

可知，風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)速擾動(dòng)后，能夠從初始的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過(guò)渡至另一個(gè)新的狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了所建仿真模型的正確性。同時(shí)需要注意，機(jī)組各變量在故障過(guò)程中的響應(yīng)情況不盡相同，即各變量不能保持同步旋轉(zhuǎn)響應(yīng)。由于風(fēng)力機(jī)槳葉片較大慣性，其相關(guān)變量能基本以直線形式緩慢變化；而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子則由于慣性最小，其相關(guān)變量呈一定程度的波動(dòng)、甚至振蕩狀態(tài)變化；輪轂的慣性比發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子略大，因此，二者響應(yīng)情況類似，但其響應(yīng)延時(shí)短、振蕩幅值小。

2.2 三相短路故障

電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中，因各種原因時(shí)常發(fā)生短路故障，將導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的電磁轉(zhuǎn)矩Te經(jīng)常改變。因此，以故障影響最為嚴(yán)重的三相短路故障為例，研究此時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)特性，如圖4所示。假設(shè)并網(wǎng)機(jī)組原處于額定風(fēng)速10m/s穩(wěn)定運(yùn)行，t=1s時(shí)，在靠近35kV系統(tǒng)母線處發(fā)生短路，持續(xù)100ms后清除。

圖4 三相短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組各部分響應(yīng)

可知，風(fēng)電機(jī)組在額定風(fēng)速下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)t=1s系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障后，槳葉片由于巨大的慣性作用，其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速基本保持不變；而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因?yàn)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩的作用，其相關(guān)變量在故障發(fā)生后瞬間，需要經(jīng)歷幅值較小且短暫的凹陷，然后受其自身相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小的因素，迅速發(fā)生大幅波動(dòng)，甚至振蕩。在故障過(guò)程中，各等效部分發(fā)生扭曲的部位主要集中在輪轂和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間后，風(fēng)電機(jī)組才最終過(guò)渡至新的狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上分析：風(fēng)電機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，作用在機(jī)械傳動(dòng)鏈兩端的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩保持相對(duì)平衡，傳動(dòng)軸上承受扭轉(zhuǎn)角為θ的扭矩。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，如機(jī)組遇到風(fēng)速變化、電網(wǎng)發(fā)生異常故障等，所搭建并網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間過(guò)渡，最終都能夠過(guò)渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行，即實(shí)現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定。

但是，機(jī)組在暫態(tài)響應(yīng)過(guò)渡過(guò)程中，變化的機(jī)械轉(zhuǎn)矩或電磁轉(zhuǎn)矩，破壞了二者原先保持的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致傳動(dòng)軸上原來(lái)所承受的扭矩及扭轉(zhuǎn)角發(fā)生改變。由于風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性相差較大，扭矩的大幅變化將引起傳動(dòng)軸的始端和末端發(fā)生不同的暫態(tài)響應(yīng)，激起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動(dòng)，甚至振蕩，造成傳動(dòng)軸一定程度的扭曲或松弛，從而損失軸系的疲勞壽命，影響風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。嚴(yán)重條件時(shí)，傳動(dòng)軸因扭矩的劇烈變化將會(huì)出現(xiàn)裂紋、更有甚是斷裂，同時(shí)，使得軸系的疲勞壽命不斷疊加，造成整個(gè)傳動(dòng)軸的使用壽命顯著縮短。

就傳動(dòng)軸的疲勞壽命來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)不斷疊加的過(guò)程，每經(jīng)歷一次擾動(dòng)，傳動(dòng)軸的全部疲勞壽命都會(huì)被逐步消耗一部分，且之后擾動(dòng)造成的損失影響都要疊加到之前擾動(dòng)造成的疲勞壽命損失上。當(dāng)傳動(dòng)軸的全部疲勞壽命漸漸損失完畢時(shí)，傳動(dòng)軸會(huì)慢慢出現(xiàn)裂紋、更有甚是斷裂等更為嚴(yán)重的缺陷，將直接關(guān)系并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。

2.3 參數(shù)影響

1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量H

假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量H分別增大和減小50%，對(duì)比機(jī)組各種情況時(shí)的穩(wěn)定性及暫態(tài)變化過(guò)程。故障條件與短路故障時(shí)相同。H變化時(shí)風(fēng)電機(jī)組各部分響應(yīng)如圖5所示。

可知，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量H的增加，機(jī)組各變量振幅減小，即波動(dòng)愈趨于平緩，振蕩周期延長(zhǎng)，即振蕩頻率減小，更利于機(jī)組在系統(tǒng)故障后的暫態(tài)穩(wěn)定。

圖5H變化時(shí)風(fēng)電機(jī)組各部分響應(yīng)

2）剛度系數(shù)K

假設(shè)剛度系數(shù)K分別增大和減小100倍，對(duì)比機(jī)組各種情況時(shí)的穩(wěn)定性及暫態(tài)變化過(guò)程。故障條件與短路故障時(shí)相同。

可知，隨著剛度系數(shù)K的增加，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩Tbh與Thg的振蕩幅值增大，其余各變量振幅減小，所有各變量振蕩頻率明顯加快，更有利于機(jī)組在系統(tǒng)故障后的暫態(tài)穩(wěn)定。

圖6K變化時(shí)風(fēng)電機(jī)組各部分響應(yīng)

2.4 扭轉(zhuǎn)特性分析

根據(jù)前文建立的狀態(tài)矩陣AΦ=λΦ，分析機(jī)械傳動(dòng)鏈不同部位之間可能出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)振蕩情況。并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)原運(yùn)行在額定風(fēng)速 10m/s，ωb0=1p.u.，Pm=0.3802p.u.，于是：

將式（8）和式（10）代入狀態(tài)矩陣AΦ=λΦ，求得矩陣Α的特征值、振蕩頻率和阻尼比，見(jiàn)表1。

表1 矩陣A的特征值

特征值的實(shí)部均為負(fù)數(shù)，再次驗(yàn)證了所建系統(tǒng)是穩(wěn)定的。對(duì)應(yīng)機(jī)械傳動(dòng)鏈的三質(zhì)塊等效模型，系統(tǒng)出現(xiàn)3個(gè)振蕩模式。模式0為衰減模式，模式1和2為兩對(duì)振蕩模式。

其中，系統(tǒng)處于模式2時(shí)，振蕩的衰減時(shí)間較慢。對(duì)應(yīng)于每個(gè)模式，各個(gè)質(zhì)塊的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移由相應(yīng)特征值的右特征向量確定，如圖7所示。圖中對(duì)特征向量進(jìn)行規(guī)格化，即使每個(gè)特征向量的最大元素等于1.0。

圖7 風(fēng)電機(jī)組各個(gè)質(zhì)塊的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移

在衰減模式0下，是機(jī)械傳動(dòng)鏈整體相對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行振蕩，各質(zhì)塊間同步旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有相對(duì)振蕩。在扭轉(zhuǎn)自然頻率為1.05Hz的振蕩模式1下，每個(gè)等效模塊的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移會(huì)發(fā)生一次極性的改變，即極性反轉(zhuǎn)。此時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和輪轂作為整體，它們的相關(guān)特征向量元素的極性與風(fēng)力機(jī)槳葉片的有關(guān)極性相反。這說(shuō)明，該振蕩模式被激發(fā)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和輪轂將作為一個(gè)整體，發(fā)生相對(duì)于風(fēng)輪的扭轉(zhuǎn)振蕩。在扭轉(zhuǎn)自然頻率為2.45Hz的振蕩模式2下，每個(gè)等效模塊的相對(duì)旋轉(zhuǎn)位移將會(huì)發(fā)生兩次極性反轉(zhuǎn)。此振蕩模式被激發(fā)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)輪將各自相對(duì)于輪轂發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩，并且，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)較小，其振幅會(huì)相對(duì)較大。

表2為參與因子，用于反映各個(gè)狀態(tài)變量與各個(gè)模式間的相關(guān)程度。

表2 矩陣Α的參與因子

從表2中可知，在衰減模式0下，主要是風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子起主要作用；在振蕩模式1和2下，是輪轂與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)揮主要作用。此處所得結(jié)果與圖5中所得結(jié)論一致，再次驗(yàn)證了計(jì)算的正確性。

3 結(jié)論

通過(guò)仿真計(jì)算得到以下結(jié)論：

1）該等效模型可以精確描述機(jī)組各部分在擾動(dòng)時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程，反映各質(zhì)塊自身轉(zhuǎn)速和各質(zhì)塊之間相互轉(zhuǎn)矩的振蕩狀態(tài)及變化過(guò)程。

2）系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，變化的扭矩將引起發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)，甚至是振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致傳動(dòng)軸出現(xiàn)扭曲或松弛現(xiàn)象。

3）自然界風(fēng)速的客觀隨意變化，并網(wǎng)系統(tǒng)故障發(fā)生的不確定性等因素，都會(huì)使得傳動(dòng)軸上承受的扭矩反復(fù)且經(jīng)常大幅變化，從而造成其疲勞壽命不斷疊加、使用壽命漸漸縮短。當(dāng)傳動(dòng)軸的全部疲勞壽命都損耗完畢時(shí)，傳動(dòng)軸會(huì)逐漸出現(xiàn)裂紋、更有甚是斷裂等更為嚴(yán)重的缺陷，將直接關(guān)系并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。因此，本文研究結(jié)果對(duì)于傳動(dòng)軸及整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈在總體改善設(shè)計(jì)、延長(zhǎng)使用壽命及保障并網(wǎng)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面，具有非常重要的實(shí)踐指導(dǎo)作用。

4）增大各質(zhì)塊的慣性常數(shù)或剛度系數(shù)，均利于風(fēng)電機(jī)組在系統(tǒng)故障后的暫態(tài)穩(wěn)定。

5）所建系統(tǒng)存在一個(gè)衰減和兩個(gè)振蕩模式。在衰減模式0下，各個(gè)等效質(zhì)塊同步旋轉(zhuǎn)，作為一個(gè)整體相對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行振蕩，不存在相對(duì)振蕩，且主要受風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的影響。在振蕩模式1和2下，扭轉(zhuǎn)振蕩頻率分別為1.05Hz和2.45Hz，極性反轉(zhuǎn)分別為一次和兩次，且主要受輪轂與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的影響。

6）在實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)械傳動(dòng)鏈的物理結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，各部件等效參數(shù)在一定范圍定會(huì)有些區(qū)別，但不受并網(wǎng)系統(tǒng)的影響。故本文研究發(fā)現(xiàn)的固有扭轉(zhuǎn)振蕩特性的客觀存在，對(duì)于后續(xù)風(fēng)電機(jī)組改善機(jī)械傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)、提高并網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性等方面，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

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Study on Torsional Characteristics of Drive Train of Grid-connected Wind Farm with Doubly-fed Induction Generators

Wang Pengmin
(State Grid Maintenance Company of Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan 030032)

Wind turbine generator (WTG) is a complicated electric and mechanical system which usually operates in severe environment conditions.Because of the WTG’ internal key components used to connect the shaft stiffness,the disturbances due to gust wind and grid side faults may have significant impacts on the dynamic responses of WTG parts,which may affect WTG reliability and power system operation.This paper investigates the dynamic responses,the key parameter change,the oscillation modes and the torsional characteristics of WTG parts under sudden wind speed change and short circuit faults by using the three-mass equivalent model.The results provide important information for the design,stable operation and improve service life of a WTG.

drive trian；doubly-fed；dynamic response；fatigue life；torsional characteristics

王鵬敏（1986-），女，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作。