[發明專利]一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制方法和系統

有效

• 申請號: 201110256293.6
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102305180A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 施文江;郭靖
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;H02P9/00
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所 11303
• 代理人: 岳亞

1.一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制方法，其特征在于，

當風速大于切入風速且小于臨界風速時，其中臨界風速小于額定風速，包括以下步驟：

A1、按照風力發電機組最佳葉尖速比λ_最佳計算出不同風速下的風輪轉速n_風輪；

A2、根據公式n_發電機＝i*n_風輪計算出不同風輪轉速所對應的齒輪箱速比i，其中n_發電機為常規同步發電機轉速；

A3、按照不同風速下齒輪箱速比i計算出不同風速時的伺服電機的轉速；

A4、通過計算得到不同風速下的伺服電機的轉速-轉矩曲線；

A5、按照測得的伺服電機轉矩，從所述轉速-轉矩曲線查得伺服電機對應的轉速；

A6、以對應的轉速作為伺服電機轉速控制的給定值進行PI控制；

當風速等于臨界風速時，采用制動器將伺服電機制動，風力發電機組仍以最佳葉尖速比λ_最佳運行；

當風速大于臨界風速且小于額定風速時，采用制動器將伺服電機制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風力發電機組風輪轉速n_風輪處于恒速運行狀態；

當風速大于額定風速且小于切出風速時，采用制動器將伺服電機制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風力發電機組風輪轉速n_風輪處于恒速運行狀態，進行變槳控制，以保證風力發電機組在額定功率下運行。

2.根據權利要求1所述的一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制方法，其特征在于，還包括以下步驟：

在伺服電機轉速控制系統中增加伺服電機轉矩微分控制器，當風速突然變化形成傳動鏈轉矩波動較大時，通過控制伺服電機轉速改變齒輪箱速比i，提高風輪轉速n_風輪，將瞬間增大的部分風能轉化為風輪的動能，達到減小傳動鏈轉矩峰值的目的。

3.根據權利要求1或者2所述的一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制方法，其特征在于，

當風速大于臨界風速且小于額定風速時，還包括以下步驟：

B1、按照風力發電機組最佳葉尖速比λ_最佳計算出不同風速下的風輪轉速n_風輪；

B2、根據公式n_發電機＝i*n_風輪計算出不同風輪轉速所對應的齒輪箱速比i，其中n_發電機為常規同步發電機轉速；

B3、按照齒輪箱不同風速下速比i計算出不同風速下的伺服電機的轉速；

B4、通過計算得到不同風速下的伺服電機的轉速-轉矩曲線；

B5、按照測得的伺服電機轉矩，從所述轉速-轉矩曲線查得伺服電機對應的轉速；

B6、以對應的轉速作為伺服電機轉速控制的給定值進行PI控制，伺服電機反向以發電方式運行。

4.根據權利要求3所述的一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制方法，其特征在于，步驟B6中，伺服電機通過變頻器向電網送電。

5.一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制系統，其特征在于，包括風輪、常規三級傳動齒輪箱、齒輪箱差動式輸出級、伺服電機輸出傳動齒輪副、伺服電機、變頻器、變壓器、常規同步發電機和電網，風輪與常規三級傳動齒輪箱連接；常規三級傳動齒輪箱分別與齒輪箱差動式輸出級和伺服電機輸出傳動齒輪副連接；伺服電機輸出傳動齒輪副、伺服電機、變頻器、變壓器和電網依次連接；齒輪箱差動式輸出級與常規同步發電機連接；常規同步發電機與電網相連。

6.根據權利要求5所述的一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制系統，其特征在于，還包括轉矩測量機構和轉矩微分控制器，轉矩測量機構用于由伺服電機的電參數計算得到轉矩，轉矩微分控制器設置在變頻器內，用于控制伺服電機轉速。

7.根據權利要求5所述的一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制系統，其特征在于，還包括發電機功率測量單元和發電機功率微分器。

8.根據權利要求5所述的一種差動齒箱調速型同步風力發電機組的控制系統，其特征在于，還包括變槳控制器，用于改變葉片槳距角，限制發電機組在額定功率下運行。