[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于供暖負(fù)載的離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的功率控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110413448.2
• 申請日: 2011-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN102545757A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林資旭;趙棟利;李海東;谷海濤;趙斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科諾偉業(yè)科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P9/14
• 分類號(hào): H02P9/14;H02P9/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的功率控制方法。

背景技術(shù)

大功率風(fēng)力發(fā)電有并網(wǎng)型與離網(wǎng)型兩種機(jī)組。并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組多采用變速恒頻風(fēng)電機(jī)組，這種機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以在一個(gè)較大范圍內(nèi)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的最佳葉尖速比控制。該機(jī)組通過變流器實(shí)現(xiàn)在變速情況下饋入電網(wǎng)電能的恒頻。變流器主要起到變頻與能量管理的功能。在離網(wǎng)型機(jī)組中，由于輸出電能不饋入電網(wǎng)，其能量直接加在負(fù)載之上，如何通過變流器的控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的最佳葉尖速比控制，最大限度的吸收風(fēng)能是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

由于我國獨(dú)特的地理?xiàng)l件和豐富的風(fēng)能資源，因此離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在我國有廣闊的發(fā)展前景，這對我國的環(huán)保事業(yè)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少對不可再生能源的依賴有很大的意義。隨著風(fēng)電機(jī)組制造成本的降低，發(fā)電效率的提高，離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電發(fā)展前景十分巨大，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣大。

采用電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)的全功率變流器機(jī)組在目前風(fēng)電機(jī)組中得到了廣泛應(yīng)用。電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)可以通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)定子側(cè)電壓輸出幅值，控制較為靈活，特別適用于為固定阻值的供暖負(fù)載。

目前的現(xiàn)有技術(shù)對離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組的能量管理多體現(xiàn)在通過蓄電池實(shí)現(xiàn)，所能實(shí)現(xiàn)的機(jī)組的功率等級(jí)較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種適用于大功率風(fēng)電機(jī)組的功率控制方法。本發(fā)明不需要采用蓄電池，通過變流器對定子電壓的控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的最佳葉尖速比控制，保持機(jī)組以最大的效率輸出功率，對于風(fēng)電機(jī)組，其功率外特性與并網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組一致。

本發(fā)明采用電壓傳感器采集風(fēng)電機(jī)組電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)定子電壓，由變流器采用軟件鎖相環(huán)的方法計(jì)算出定子電壓頻率和有效值，并根據(jù)同步發(fā)電機(jī)極對數(shù)計(jì)算出實(shí)際發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；變流器控制器根據(jù)風(fēng)電機(jī)組最佳轉(zhuǎn)速-功率曲線，構(gòu)造出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速-定子電壓有效值曲線。本發(fā)明控制采用定子電壓閉環(huán)的控制策略，通過調(diào)節(jié)變流器輸出勵(lì)磁電流的大小，在轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)控制發(fā)電機(jī)定子電壓依據(jù)轉(zhuǎn)速-定子電壓有效值曲線變化。發(fā)電機(jī)定子電壓經(jīng)變流器內(nèi)的二極管整流后轉(zhuǎn)換為直流，在變流器的直流端連接固定電阻負(fù)載，通過固定電阻負(fù)載消耗功率實(shí)現(xiàn)供暖加熱的功能。本發(fā)明中的功率控制方法包括以下步驟：

(1)當(dāng)接收到風(fēng)電機(jī)組主控啟動(dòng)指令后，變流器控制器通過電壓互感器采集發(fā)電機(jī)定子電壓，由變流器控制器計(jì)算出定子電壓角速度ω，定子電壓有效值U_m，并根據(jù)發(fā)電機(jī)極對數(shù)p，依據(jù)公式(2)計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n；

n＝60ω/2pπ???(2)

(2)根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速-功率(n-P)曲線，由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n、機(jī)組功率P、直流側(cè)電阻R，依據(jù)式(3)構(gòu)造轉(zhuǎn)速-定子電壓有效值曲線；依據(jù)所述的轉(zhuǎn)速-定子電壓有效值曲線，設(shè)定發(fā)電機(jī)定子電壓有效值給定U_sref；

U=P*R/1.35---(3)]]>

(3)采用定子電壓閉環(huán)的控制策略，將U_sref減U_m，所得差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后輸出發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流給定；將勵(lì)磁電流給定減實(shí)際勵(lì)磁電流I_re，所得差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后輸出調(diào)試電壓，該調(diào)試電壓與控制三角波進(jìn)行比較，輸出PWM調(diào)制波，控制變流器電勵(lì)磁單元絕緣柵雙極晶體管IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制發(fā)電機(jī)定子電壓達(dá)到給定值U_sref；

(4)所述的定子電壓經(jīng)變流器的二極管整流橋后轉(zhuǎn)換為直流電壓，變流器直流電壓幅值為定子電壓幅值的1.35倍；

(5)將變流器直流側(cè)電壓加載在直流負(fù)載上，實(shí)現(xiàn)功率輸出。

本發(fā)明按照最佳葉尖速比控制，實(shí)現(xiàn)在固定直流負(fù)載情況下機(jī)組效率最高，將風(fēng)電機(jī)組的功率控制轉(zhuǎn)換為對同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制，簡化了變流器的設(shè)計(jì)。

附圖說明

圖1離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組變流器拓?fù)鋱D；

圖3離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組變流器功率控制流程圖；

圖4離網(wǎng)型風(fēng)電機(jī)組變流器軟件鎖相環(huán)。

具體實(shí)施方式