[發明專利]定槳距變速風力發電機組在失速區的功率控制方法

有效

• 申請號: 200910033556.X
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101581272A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 胡祖榮;王俊琦;馬運東;邢巖
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 許 方

技術領域

本發明涉及一種風力發電技術領域的控制方法，具體地說，涉及一種保證定槳距變速風力發電機組在額定風速以上時穩定工作且輸出功率恒定的機組控制方法。

背景技術

風能是一種可再生能源，近幾年風能的開發與利用得到了廣泛的關注，如何最大程度地利用風能成為風力發電技術的一個研究熱點。由于風具有隨機性，無論風向還是風速都在不斷變化，所以風機產生的能量也是時刻變化的，這就要求對風力發電機組進行控制，使其在額定風速以下時進行最大風能跟蹤，在額定風速以上時保證機組輸出功率恒定，另外在提高風能利用效率的同時保證機組的安全和可靠性。

目前風機功率調節技術分為定槳距失速控制和變槳距控制。采用定槳距失速功率調節的機組在運行時風機槳葉迎風角度不能隨風速變化，功率調節通過葉片自身的失速特性實現。在《風力發電機組的控制技術第2版》(葉杭冶，機械工業出版社，2007年2月，第35頁)一書中詳細分析了定槳距風輪葉片的失速調節原理。該方式具有結構簡單、故障率低的優點，其缺點是風力發電機組的性能受到葉片失速性能的限制，在風速超過額定值時發電功率反而有所下降，定槳距失速型機組輸出功率特性曲線如附圖1所示。

變槳距控制的基本原理是在高風速區，通過增加槳葉節距角β以減小風能利用系數C_P，從而將機組功率穩定在額定值附近。變槳距機組與定槳距失速型機組相比具有在額定風速以上輸出功率平穩的特點，附圖2所示為變槳距機組輸出功率特性曲線。變槳距控制的缺點是需要增加復雜的變槳距執行機構和變槳距控制系統，這無疑增加了機組的制造和維護成本，同時降低了系統的可靠性。專利《基于最大能量捕獲的大型風力機控制方法》(中國，2007年10月17日，200710041115.5)提出了一種基于風速檢測的風力機控制方法，其在額定風速以上時采用變槳距調節技術，但該專利并未具體給出控制器是如何調節槳葉節距變化以達到輸出功率恒定的。目前國內對變槳距功率調節技術的研究尚處于起步階段，核心技術仍被其他先進國家所掌握。

發明內容

本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種定槳距變速風力發電機組在失速區的功率控制方法。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明所述的定槳距變速風力發電機組在失速區的功率控制方法，其特征在于當實際風速v大于額定風速使風力機工作點進入失速區時，所述控制方法包括如下環節：

1)將定槳距風力機的參考轉速ω^*與機組實際轉速反饋ω_f作差得到轉速誤差信號Δω；

2)將1)所述的轉速誤差信號Δω經過變速控制器G_ω(s)得到發電機電磁轉矩參考信號T′_e；

3)將定槳距風力機的實際氣動轉矩T_m作為擾動信號與轉速反饋信號ω_f經過擾動觀測器得到定槳距風力機氣動轉矩觀測值

4)將2)所述的發電機電磁轉矩參考信號T′_e與3)所述的定槳距風力機氣動轉矩觀測值相加得到發電機轉矩給定值T_e^*；

5)將4)所述的發電機轉矩給定值T_e^*經過轉矩內環Φ_T(s)得到實際的發電機電磁轉矩T_e，重復步驟1至步驟5控制發電機電磁轉矩使發電機組在額定風速以上輸出功率恒定且能穩定運行于失速區。

本發明能夠對定槳距機組施加有效控制，在全程令其轉速隨風速變化，從而提高了風能利用效率，改善了定槳距機組在額定風速以上輸出功率特性差的缺點，同時解決了當機組工作點位于力矩不穩定區時的穩定性問題，保證其不會因外界擾動而飛車或是停機。與變槳距風力發電機組相比，該系統取消了變槳距機構與變槳距控制器，具有結構簡單、成本低廉、穩定可靠的特點。本發明對促進我國多元化風電產業的發展具有積極意義。

附圖說明

附圖1是定槳距失速型機組輸出功率特性曲線；

附圖2是變槳距機組輸出功率特性曲線；

附圖3是風力機C_T(λ)、C_P(λ)特性曲線；

附圖4是擾動觀測器(DOB)基本思想框圖；

附圖5是基于擾動觀測器的定槳距變速風力發電機組控制系統框圖；

附圖6是發電機轉速參考-風速特性曲線；

附圖7是定槳距變速風力發電機組系統組成框圖；

附圖8是定子側PWM變換器；

附圖9是發電機電流(轉矩)內環。