考慮整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振機(jī)理分析及抑制策略

孫素娟，霍乾濤，孫立鑫，過亮，王瑞，孔祥梅

(1. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；2. 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引言

近年來，中國(guó)風(fēng)電持續(xù)快速增長(zhǎng)，在電網(wǎng)中的占比日益增高。風(fēng)電多種形式的振蕩導(dǎo)致的運(yùn)行事故逐漸累積[1-5]，影響了風(fēng)電系統(tǒng)本身及其所并電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性能，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

風(fēng)電機(jī)組的軸系模型通常等效為多個(gè)質(zhì)塊經(jīng)柔性軸系連接[6-9]，其存在軸系扭振模態(tài)。因機(jī)械軸系構(gòu)成的差異，雙饋機(jī)組的傳動(dòng)軸柔性一般大于直驅(qū)機(jī)組[10-11]。且2種機(jī)型的并網(wǎng)拓?fù)洳煌?，直?qū)機(jī)組的發(fā)電機(jī)經(jīng)全功率變流器接入電網(wǎng)，電網(wǎng)側(cè)的故障擾動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)側(cè)的影響不大，雙饋風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)速擾動(dòng)或電網(wǎng)擾動(dòng)時(shí)，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩或機(jī)械轉(zhuǎn)矩發(fā)生躍變，比如故障穿越等工況，電磁轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)軸扭矩不實(shí)時(shí)匹配，造成風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈偏離穩(wěn)定，引發(fā)軸系扭振。當(dāng)整機(jī)存在欠阻尼或負(fù)阻尼情況時(shí)，振蕩將會(huì)持續(xù)甚至發(fā)散[12]。傳動(dòng)軸反復(fù)扭緊和松弛會(huì)影響傳動(dòng)器件如聯(lián)軸器、齒輪箱的壽命，需要采取一定措施抑制軸系扭振，減小扭轉(zhuǎn)載荷給傳動(dòng)器件帶來的疲勞損壞[13]。

目前一些文獻(xiàn)對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振的特性、機(jī)理與抑制方法進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[14-15]研究了不同質(zhì)量塊軸系模型對(duì)分析雙饋風(fēng)電并網(wǎng)小干擾穩(wěn)定特性的差異，結(jié)果表明當(dāng)側(cè)重研究機(jī)械與電氣系統(tǒng)間相互作用時(shí)，可采用兩質(zhì)塊軸系模型。文獻(xiàn)[16-17]指出，雙饋機(jī)組軸系動(dòng)態(tài)過程為振蕩形式，轉(zhuǎn)速、扭矩角、送出功率都會(huì)有該形式的振蕩，這一頻率接近電力系統(tǒng)低頻振蕩的頻率，會(huì)影響同步電機(jī)的功角穩(wěn)定以及風(fēng)機(jī)自身的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。文獻(xiàn)[12]借鑒同步機(jī)的阻尼功率和同步功率的概念，使用轉(zhuǎn)矩法分析了扭振機(jī)理，認(rèn)為扭振發(fā)生的主要原因是機(jī)組的有功控制帶來了負(fù)電氣阻尼。文獻(xiàn)[18]針對(duì)雙饋機(jī)組在不同功率、轉(zhuǎn)速控制策略下對(duì)軸系振蕩的阻尼作用進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[19]評(píng)估了雙饋風(fēng)電機(jī)組有功功率調(diào)制、無功功率調(diào)制等控制對(duì)機(jī)組本身軸系振蕩阻尼的影響。文獻(xiàn)[20-21]設(shè)計(jì)了阻尼控制器，通過補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩方式來增加傳動(dòng)鏈阻尼。文獻(xiàn)[22]提出一種基于線性二次型調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)矩阻尼器，通過調(diào)整傳動(dòng)鏈系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)鏈加阻，降低電網(wǎng)故障恢復(fù)時(shí)的載荷。

針對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振問題，本文提出將整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制嵌入雙饋風(fēng)機(jī)兩質(zhì)量塊數(shù)學(xué)模型中并進(jìn)行小信號(hào)線性化，得到適用于軸系扭振分析的雙饋風(fēng)電機(jī)組機(jī)電小信號(hào)模型。通過調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)矩控制滯后或增加傳動(dòng)鏈阻尼以間接增加發(fā)電機(jī)質(zhì)塊阻尼，實(shí)現(xiàn)抑制扭振?；趯?shí)際雙饋風(fēng)機(jī)機(jī)械軸系特性搭建模型，對(duì)軸系扭振現(xiàn)象進(jìn)行時(shí)域仿真分析及抑制策略驗(yàn)證，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)2 MW機(jī) 組進(jìn)行抑制效果測(cè)試。

1 雙饋風(fēng)機(jī)軸系模型

風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械傳動(dòng)鏈由葉片、輪轂、低速軸、齒輪箱、高速軸、剎車、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)組成[23]。隨著風(fēng)機(jī)單機(jī)容量的不斷增加和傳動(dòng)鏈主要零部件的固有頻率不斷降低，通常將風(fēng)機(jī)準(zhǔn)確的六質(zhì)量塊模型簡(jiǎn)化為較為準(zhǔn)確的兩質(zhì)量塊模型[15]。將風(fēng)機(jī)側(cè)慣量較大的葉片、輪轂看成整體，等效為一個(gè)慣量較大的質(zhì)量塊，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子作為慣量較小的質(zhì)量塊，機(jī)械軸系模型如圖1所示。兩質(zhì)塊模型能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)目前風(fēng)電場(chǎng)廣泛存在的低頻軸系振蕩現(xiàn)象，研究機(jī)電耦合扭振機(jī)理，分析風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)影響。

圖1 風(fēng)電機(jī)組軸系兩質(zhì)塊模型Fig. 1 Double-mass model for the shaft system of wind turbine generator system (WTGS)

設(shè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為 ω0，采用標(biāo)幺化計(jì)算方法，兩質(zhì)塊軸系的數(shù)學(xué)模型可以表示為

式中：Ht為風(fēng)力機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)；Hg為發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)； ωt為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速； ωg為發(fā) 電 機(jī) 轉(zhuǎn)速；Ks為軸的剛度系數(shù)； θs為兩質(zhì)塊之間的相對(duì)角位移，即軸的扭轉(zhuǎn)角度；Dt為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子的阻尼系數(shù)；Dg為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻尼系數(shù)；Ds為傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)阻尼系數(shù)；Tm為 風(fēng)輪輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩；Tshaft為傳動(dòng)軸輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩；Te為發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。

上述軸系模型框圖如圖2所示。

圖2 風(fēng)電機(jī)組軸系模型Fig. 2 Block diagram for the shafting model of WTGS

對(duì)風(fēng)機(jī)軸系模型進(jìn)行分析，對(duì)式（1）忽略系統(tǒng)阻尼可以得到

不考慮電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，可以得到

系統(tǒng)特征方程為

得到無阻尼情況下系統(tǒng)自然振蕩角頻率為

將常規(guī)2 MW 雙饋風(fēng)電機(jī)組參數(shù)代入式（5），無阻尼情況下自然振蕩角頻率范圍為1～2 Hz。在該扭振頻帶，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，比如電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)突變，若風(fēng)機(jī)自身阻尼不足，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸系在自然扭振頻帶發(fā)生扭轉(zhuǎn)偏差，即風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在該振蕩頻率處反向，相互扭扯，發(fā)生軸系扭振。

2 雙饋風(fēng)機(jī)整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制及其對(duì)軸系扭振的影響

常規(guī)的雙饋整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制中，主控對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行低通濾波，根據(jù)濾波后的轉(zhuǎn)速獲得轉(zhuǎn)矩指令并下發(fā)給變流器，變流器通過控制使電磁轉(zhuǎn)矩跟蹤該轉(zhuǎn)矩指令，如圖3所示。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速出現(xiàn)軸系振蕩時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩指令與風(fēng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩均出現(xiàn)振蕩。

圖3 常規(guī)雙饋整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制Fig. 3 Normal torque control of DFIG

風(fēng)電機(jī)組一般采用最佳功率給定的最大風(fēng)能跟蹤控制，要求在風(fēng)速變化時(shí)及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使其始終保持最佳葉尖速比運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行于最優(yōu)功率曲線上。風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后的運(yùn)行可分為4個(gè)階段，包括低轉(zhuǎn)速區(qū)域、變速運(yùn)行區(qū)域、高轉(zhuǎn)速區(qū)域、風(fēng)速超出滿發(fā)風(fēng)速后的恒功率區(qū)。

當(dāng)風(fēng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速在扭振頻率點(diǎn)相角偏差為0°時(shí)，轉(zhuǎn)速上升時(shí)轉(zhuǎn)矩給定上升，電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)跟隨轉(zhuǎn)矩指令上升，抑制了轉(zhuǎn)速的上升，機(jī)組自身阻尼強(qiáng)，不易發(fā)生振蕩；如該偏差在90°以內(nèi)，在有擾動(dòng)時(shí)機(jī)組會(huì)發(fā)生輕度的扭振并逐漸衰減，偏差角越大，衰減速度越緩慢；若該偏差相角超出90°時(shí)，開始產(chǎn)生負(fù)阻尼，將發(fā)生軸系扭振放大現(xiàn)象。特別是當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行于低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速區(qū)域，小幅度的轉(zhuǎn)速變化會(huì)因功率曲線帶來功率(轉(zhuǎn)矩)指令的較大幅度變化，由于負(fù)阻的存在，加重了功率振蕩幅度，進(jìn)一步加重轉(zhuǎn)速振蕩幅度。由實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)來看，機(jī)組的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩大多維持在一固定振幅等幅振蕩。

3 雙饋軸系扭振機(jī)理分析

一般借鑒常規(guī)同步電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩[24]的分析方法分析風(fēng)電機(jī)組阻尼特性[12]，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩分解如圖4所示。圖中： ? ω和 ? θs分別為風(fēng)電機(jī)組軸系振蕩頻率下的轉(zhuǎn)速偏差和軸系扭矩角偏差方向；?TE為電磁轉(zhuǎn)矩偏差； ? θ為電磁轉(zhuǎn)矩偏差和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差的相角差； ?TD、 ?Ts分別為阻尼轉(zhuǎn)矩偏差和同步轉(zhuǎn)矩偏差。當(dāng) ? θ為90～270°時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生負(fù)的阻尼轉(zhuǎn)矩。

圖4 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Fig. 4 Diagram of DFIG torque decomposition

本文提出一種簡(jiǎn)化分析方法，將雙饋兩質(zhì)塊軸系模型和整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制模型分別進(jìn)行小信號(hào)線性化分析，將轉(zhuǎn)矩控制嵌入軸系模型中，得到含轉(zhuǎn)矩控制的軸系小信號(hào)模型，基于該模型可以進(jìn)行軸系扭振機(jī)理分析，指導(dǎo)軸系扭振抑制策略設(shè)計(jì)。

圖3中的低通濾波器常采用二階低通濾波器，其傳遞函數(shù)為

式中： ωlp為低通濾波器截止頻率； ξ為阻尼比。

現(xiàn)場(chǎng)雙饋風(fēng)機(jī)振蕩現(xiàn)象大都發(fā)生在高轉(zhuǎn)速區(qū)域。當(dāng)工程中使用查表法時(shí)，由轉(zhuǎn)速到轉(zhuǎn)矩指令可以表示為

式中： ωg_f為經(jīng)低通濾波的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；K為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速系數(shù)；a為偏執(zhí)。無論工程中使用查表法還是轉(zhuǎn)速環(huán)控制方式，對(duì)其在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行小信號(hào)線性化，簡(jiǎn)化后均可以得到電磁轉(zhuǎn)矩小信號(hào)量?Te與 ? ωg關(guān)系為

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速系數(shù)K是轉(zhuǎn)矩指令變化量與轉(zhuǎn)速變化量的比值，風(fēng)機(jī)運(yùn)行于高轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)矩指令變化量與轉(zhuǎn)速變化量的比值最大，此時(shí)當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩偏差和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差的相角差為90～270°時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩也最大。含整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的雙饋軸系小信號(hào)模型如圖5所示。

圖5 含轉(zhuǎn)矩控制的雙饋軸系小信號(hào)模型Fig. 5 Small signal model of DFIG shaft system with torque control

考慮轉(zhuǎn)矩控制后雙饋軸系小信號(hào)模型轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng) ?Tm和轉(zhuǎn)速輸出 ? ωg的關(guān)系為

一般扭振頻率為1～2 Hz，當(dāng)?shù)屯V波器的截止頻率高于200 Hz，整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)在1～2 Hz頻率段可視為比例環(huán)節(jié)，傳動(dòng)軸輸出轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)?Tshaft和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速擾動(dòng) ? ωg的關(guān)系為

此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的阻尼系數(shù)由Dg增大為K+Dg，雙饋電機(jī)等效阻尼比增加了。實(shí)際工程中，為濾除電機(jī)轉(zhuǎn)速的高頻分量，該低通濾波器的截止頻率為0.5～20 Hz，將導(dǎo)致雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之間存在相角滯后，當(dāng)相角滯后大于90°時(shí)，雙饋電機(jī)等效阻尼比開始下降。

某2 MW雙饋風(fēng)機(jī)軸系模型主要參數(shù)如表1所示。

表1 軸系模型主要參數(shù)Table 1 Main parameters of shafting model

表2列舉了不同濾波截止頻率對(duì)系統(tǒng)特征值的影響，即對(duì)系統(tǒng)阻尼的影響?？梢钥闯?，當(dāng)截止頻率高于2 Hz時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)截止頻率低于2 Hz時(shí)，隨著濾波截止頻率降低，系統(tǒng)特征值將逐漸出現(xiàn)正實(shí)部，截止頻率越低，系統(tǒng)不穩(wěn)定程度越大，振蕩頻率越低。

表2 不同濾波截止頻率對(duì)系統(tǒng)特征值影響Table 2 Influence of different cut-off frequency of filtering on system eigenvalue

圖6為濾波截止頻率為1 Hz時(shí)，系統(tǒng)擾動(dòng)下轉(zhuǎn)速響應(yīng)圖，此時(shí)阻尼為負(fù)，系統(tǒng)發(fā)散。

圖6 雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速滯后大于90°時(shí)擾動(dòng)下轉(zhuǎn)速響應(yīng)Fig. 6 Speed response with a lag between DFIG torque and speed of more than 90°

以2 MW 雙饋風(fēng)機(jī)實(shí)際軸系參數(shù)進(jìn)行時(shí)域仿真，通過轉(zhuǎn)矩階躍模擬擾動(dòng)，復(fù)現(xiàn)軸系扭振。

仿真通過設(shè)置雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)與電磁轉(zhuǎn)矩的角度差在0～360°范圍，以分析系統(tǒng)的阻尼與轉(zhuǎn)速/電磁轉(zhuǎn)矩相角差之間的關(guān)系，仿真結(jié)果如圖7所示。經(jīng)信號(hào)處理用于計(jì)算轉(zhuǎn)矩指令的轉(zhuǎn)速較發(fā)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速存在滯后和衰減，用以模擬實(shí)際工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)速濾波和傳輸環(huán)節(jié)。圖中的轉(zhuǎn)矩指令、考慮傳輸滯后的轉(zhuǎn)矩指令、實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩用以模擬實(shí)際工程中轉(zhuǎn)矩指令從主控到變流器控制器的傳輸滯后，以及電磁轉(zhuǎn)矩跟蹤轉(zhuǎn)矩指令的滯后。圖7 a)～e)分別為轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間角度偏差為0～360°時(shí)雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩波形圖。

可見當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩較電機(jī)轉(zhuǎn)速滯后為90～270°時(shí)，風(fēng)電機(jī)組發(fā)生了軸系扭振，轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩均出現(xiàn)振蕩分量，振蕩頻率在1.47 Hz左右。電磁轉(zhuǎn)矩至雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的總滯后為0～180°時(shí)，振蕩逐漸加重；滯后為180～360°時(shí)，振蕩逐漸變輕。

圖7 電磁轉(zhuǎn)矩相比轉(zhuǎn)速相角滯后不同時(shí)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩波形Fig. 7 Speed and torque waveforms under different phase angle lags between speed of DFIG and electromagnetic torque

4 雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振抑制技術(shù)

整機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制過程中，電磁轉(zhuǎn)矩相比于轉(zhuǎn)速的滯后程度決定了兩質(zhì)塊模型扭振的嚴(yán)重程度，實(shí)際應(yīng)用中，減少整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制滯后，使電磁轉(zhuǎn)矩至雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的總滯后小于90°，可有效抑制振蕩。

對(duì)于減少整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制滯后存在實(shí)現(xiàn)難度的情況，可以采用傳動(dòng)鏈加阻的方式，使用帶通濾波器提取轉(zhuǎn)速的軸系扭振分量，經(jīng)過比例、限幅環(huán)節(jié)后，形成阻尼轉(zhuǎn)矩分量Tdamp，該分量疊加到原始電磁轉(zhuǎn)矩指令Tref0上，形成新的轉(zhuǎn)矩指令Tref，如圖8所示，圖中：D為阻尼系數(shù)。

圖8 雙饋機(jī)組傳動(dòng)鏈阻尼策略Fig. 8 Damping strategy for transmission chain of DFIG

加入阻尼補(bǔ)償環(huán)節(jié)后雙饋軸系分析模型如圖9所示，圖中： ωbp為帶通濾波器中心角頻率。

圖9 含傳動(dòng)鏈阻尼的雙饋軸系小信號(hào)模型Fig. 9 Small signal model of DFIG shaft system considering damping of transmission chains

根據(jù)圖10的轉(zhuǎn)速曲線可以看出，進(jìn)行擾動(dòng)測(cè)試時(shí)，阻尼補(bǔ)償環(huán)節(jié)等效增大了系統(tǒng)阻尼比，抑制了雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振現(xiàn)象。

圖10 投入傳動(dòng)鏈阻尼后擾動(dòng)下轉(zhuǎn)速響應(yīng)Fig. 10 Speed response upon using damping of transmission chains

現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)先使用減少整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制滯后的方法以抑制振蕩?？赏ㄟ^調(diào)整雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的濾波截止頻率以減少該環(huán)節(jié)的滯后相角，使電磁轉(zhuǎn)矩至雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速的滯后在45°內(nèi)。

實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)中一臺(tái)2 MW雙饋風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中轉(zhuǎn)速和功率均出現(xiàn)1.5 Hz附近的振蕩，轉(zhuǎn)速振蕩峰峰值為40 r/min，轉(zhuǎn)矩指令和實(shí)際轉(zhuǎn)矩振蕩峰峰值300 N·m，如圖11a）所示。其轉(zhuǎn)矩指令體現(xiàn)為鋸齒狀，是為了防止機(jī)組轉(zhuǎn)矩突變，設(shè)置了指令斜率限幅。減小轉(zhuǎn)速的濾波滯后，調(diào)整之后風(fēng)機(jī)運(yùn)行波形如圖11b）所示?？梢娬{(diào)整后轉(zhuǎn)速振蕩衰減，風(fēng)電機(jī)組軸系的阻尼提升，避免了軸系損傷。

圖11 減小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制滯后軸系振蕩消除Fig. 11 Elimination of torsional vibrations of DFIG shaft system upon reducing the lag of torque control

5 結(jié)論

針對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振問題，本文提出將整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制嵌入雙饋風(fēng)機(jī)兩質(zhì)量塊數(shù)學(xué)模型中并進(jìn)行小信號(hào)線性化，基于該小信號(hào)模型開展扭振機(jī)理分析、抑制策略設(shè)計(jì)。

雙饋風(fēng)機(jī)軸系扭振本質(zhì)原因是電磁轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在扭振頻帶的相角偏差在90～270°之間，等效減小了發(fā)電機(jī)質(zhì)塊的阻尼甚至使其為負(fù)阻尼。從數(shù)學(xué)模型的角度說，整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)影響了系統(tǒng)的特征值分布，當(dāng)轉(zhuǎn)速濾波截止頻率較低時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)了實(shí)部為正的特征值，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

抑制扭振需要調(diào)整整機(jī)轉(zhuǎn)矩控制滯后或增加傳動(dòng)鏈阻尼以間接實(shí)現(xiàn)增加發(fā)電機(jī)質(zhì)塊阻尼。本文基于實(shí)際雙饋風(fēng)機(jī)機(jī)械軸系特性搭建模型，對(duì)軸系扭振現(xiàn)象進(jìn)行時(shí)域仿真分析及抑制策略驗(yàn)證，并在現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)2 MW機(jī)組進(jìn)行抑制效果測(cè)試，轉(zhuǎn)矩控制調(diào)整后軸系振蕩被有效抑制。