[發(fā)明專利]一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組聯(lián)合控制策略

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910183567.6
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101660489A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞斌;屈虎;杜煜;趙文慶
• 申請（專利權(quán)）人: 南京盛唐電力控制系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機的控制策略，用于兆瓦級變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)中， 實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制策略和變槳距控制策略之間的平滑過渡，為一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組聯(lián)合 控制策略。

背景技術(shù)

最近幾年風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在國內(nèi)得到的迅速發(fā)展，機械部件如齒輪箱、發(fā)電機、輪轂 等基本上實現(xiàn)的了國內(nèi)生產(chǎn)，然而整機設(shè)計技術(shù)以及控制系統(tǒng)基本靠國外引進，國內(nèi)還 只是實現(xiàn)了機組的裝配工作。國外風(fēng)電企業(yè)給國內(nèi)的控制技術(shù)設(shè)置了很大的壁壘，為了 打破國外壟斷局面，也有一些研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)開始研發(fā)自主的風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)， 然而在變槳距控制和轉(zhuǎn)矩控制的切換控制策略大都采用開關(guān)切換方式。

變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的控制目標(biāo)是低風(fēng)速時獲取最大能量，高風(fēng)速時保持功率 恒定，低風(fēng)速和高風(fēng)速指相對額定風(fēng)速而言風(fēng)速的高低，主要通過三個階段實現(xiàn)：在額 定風(fēng)速以下時，調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩來跟隨風(fēng)速變化，以獲得最佳葉尖速比，因此 也可看作最大功率點跟蹤控制(Max.Power?Pointer?Tracking，MPPT)；在高于額定風(fēng)速 時，主要通過變槳距系統(tǒng)改變槳葉節(jié)距來限制風(fēng)力機獲取能量，使風(fēng)力機組保持在額定 值附近發(fā)電，并使系統(tǒng)載荷最小化；在額定點實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制策略和變槳距控制策略之間 的過渡。但由于風(fēng)的不確定性，當(dāng)風(fēng)速達到額定點時其不可能始終維持在額定風(fēng)速點， 對于變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機組來說，風(fēng)速在額定點的浮動變化會使得機組在額定以上的 控制策略和額定以下的控制策略之間不停切換，如果單純的采用生硬的開關(guān)切換方式， 將會導(dǎo)致變槳距執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)以及變流器發(fā)電機的載荷沖擊，并且會出現(xiàn)功率頻 繁跌落，從而對電網(wǎng)造成不利影響，降低機械設(shè)備壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是：現(xiàn)有變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)矩控制與變槳距控制的 切換方式會導(dǎo)致變槳距執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)以及變流器發(fā)電機的載荷沖擊，并且會出現(xiàn) 功率頻繁跌落，對電網(wǎng)造成不利影響，降低機械設(shè)備壽命。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組聯(lián)合控制策略，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機所處 風(fēng)速在額定風(fēng)速上下浮動時，轉(zhuǎn)矩控制策略和變槳距控制策略同時保持運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩 控制策略由轉(zhuǎn)矩PID控制器實現(xiàn)，變槳距控制策略由變槳距PID控制器實現(xiàn)，風(fēng)輪轉(zhuǎn) 速和設(shè)定轉(zhuǎn)速輸入轉(zhuǎn)矩PID控制器，輸出轉(zhuǎn)矩指令；變槳距PID控制器的輸入偏差包 括風(fēng)輪轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)矩偏差，轉(zhuǎn)矩偏差由測量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩指令得到，加以變換系數(shù)k后 與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速偏差生成聯(lián)合偏差，所述聯(lián)合偏差與測量的槳距角共同輸入變槳距PID控制 器，輸出變槳距指令，所述變換系數(shù)k用于量綱轉(zhuǎn)換和偏差調(diào)整。

在風(fēng)輪轉(zhuǎn)速尚未到達轉(zhuǎn)速額定點時，轉(zhuǎn)矩偏差始終為負值，轉(zhuǎn)矩PID控制器處于調(diào) 節(jié)輸出狀態(tài)，變槳距PID控制器飽和在下限輸出值，輸出飽和在最佳槳距角的位置；等 到風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不斷接近轉(zhuǎn)速額定點，轉(zhuǎn)矩指令隨之達到最大值，轉(zhuǎn)矩偏差為零，將轉(zhuǎn)矩限 制在最大值，如果風(fēng)速再度增加，超過額定風(fēng)速時，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速上升，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速偏差變?yōu)? 正值，則此時聯(lián)合偏差為正值，轉(zhuǎn)矩PID控制器飽和在上限輸出值，變槳距PID控制 器處于調(diào)節(jié)輸出狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速由額定風(fēng)速以上下降到額定風(fēng)速以下時，聯(lián)合偏差隨之轉(zhuǎn) 為負值，此時轉(zhuǎn)矩PID控制器處于調(diào)節(jié)輸出狀態(tài)，變槳距PID控制器飽和在下限輸出 值；實現(xiàn)變槳距PID控制器和轉(zhuǎn)矩PID控制器之間的無擾動切換；風(fēng)瞬間暫停時轉(zhuǎn)矩 仍保持在額定值，此時風(fēng)輪動能保持功率在額定功率，防止在額定風(fēng)速附近功率的頻繁 波動。

進一步的，聯(lián)合偏差經(jīng)過偏差增益器輸入變槳距PID控制器，測量的槳距角通過槳 距角增益器輸入變槳距PID控制器，偏差增益器根據(jù)聯(lián)合偏差調(diào)整變槳距PID控制器 的增益系數(shù)；槳距角增益器根據(jù)當(dāng)前測量的槳距角度調(diào)整變槳距PID控制器的增益系 數(shù)。

根據(jù)已知風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的有效模型，風(fēng)速低于額定風(fēng)速時利用間接轉(zhuǎn)速控制策 略，根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速情況計算出發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩指令，間接控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速尋找最大 功率點，控制發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩，從而控制風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，跟蹤最佳功率系數(shù)；風(fēng)速高于額定 風(fēng)速時根據(jù)實際輸出功率偏差，通過變槳距系統(tǒng)控制槳距角，降低功率系數(shù)，限制能量 獲取。