[發明專利]一種風力發電機組的雙電機切換控制方法

有效

• 申請號: 201110425110.9
• 申請日: 2011-12-18
• 公開（公告）號: CN102522774A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 王洪彬;谷海濤;李海東;趙棟利;趙斌
• 申請（專利權）人: 北京科諾偉業科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種風力發電機組的控制方法。

技術背景

風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。定槳距風力發電機組存在在低風速運行時的效率問題。在整個運行風速范圍內(切入風速＜風速＜切出風速)由于氣流的速度是在不斷變化的，如果風力機的轉速不能隨風速的變化而調整，這就必然使風輪在低風速時的效率降低(而設計低風速時效率過高，會使槳葉過早進入失速狀態)。同時發電機本身也存在低負荷時的效率問題，盡管目前用于風力發電機組的發電機已能設計得非常理想，它們在功率大于30％額定功率范圍內，均有高于90％的效率，但當功率小于25％額定功率時，效率仍然會急劇下降。

雙電樞混合勵磁風力發電機采用雙電機技術：永磁同步電機和感應異步電機。在低風速時，永磁電樞調速發電，啟動力矩小；在高風速時異步電樞與永磁電樞同時定速發電。雙電機切換控制應用于雙電樞混合勵磁風力發電機組，對于避免永磁同步電機和感應異步電機頻繁切換，有效利用風能，提高發電機效率和機組可利用率起著非常重要的作用。與傳統異步發電機相比，可增加10％的發電量，所以雙電機切換控制方法對于雙電樞混合勵磁風電機組的運行控制和市場推廣具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于解決永磁同步電機和感應異步電機的切換控制問題，提供一種安全、可靠的雙電樞混合勵磁風力發電機組的雙電機切換控制方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

在風電機組控制系統自檢通過，無故障存在且風速大于切入風速，小于切出風速時，風力發電機組進入待風狀態。

風力發電機組進入待風狀態后，若滿足永磁同步電機啟動條件，即：風電機組變流器控制單元正常，且風速大于啟動風速小于永磁同步電機啟動風速上限，上述情況持續時間超過30秒，風電機組控制系統執行永磁同步電機啟動程序；若滿足感應異步電機啟動條件，即：風電機組變流器控制單元異常，且風速大于感應異步電機啟動風速下限，上述情況持續時間30秒，風電機組控制系統執行感應異步電機啟動程序。

風力發電機組進入啟動狀態后，若風電機組控制系統執行的是永磁同步電機啟動程序，則當風力發電機轉速達到永磁同步電機并網轉速時，風電機組控制系統發出變流器并網控制指令，由變流器控制單元控制永磁同步電機并入電網；若風電機組控制系統執行的是感應異步電機啟動程序，則當風力發電機轉速達到感應異步電機并網轉速時，由風電機組控制系統控制感應異步電機并網，感應異步電機并網采用軟并網技術。本發明采用的軟并網控制，采用晶閘管反并聯方式，通過晶閘管移相觸發控制，改變晶閘管的導通角，使加在電機定子上的電壓按階梯波的形式從某一較小的初值逐漸增加到全壓狀態，達到調壓限流的目的。永磁同步電機或者感應異步電機并網成功后，風力發電機組進入發電運行狀態。

風力發電機組進入發電運行狀態后：

(1)當只有永磁同步電機在并網發電時，若風電機組控制系統檢測到風力發電機轉速大于永磁同步電機降載轉速時，永磁同步電機按照設定的降載速率將永磁同步電機給定有功功率減小至永磁同步電機最低運行功率，使發電機轉速快速上升，當風力發電機轉速滿足感應異步電機并網轉速時，感應異步電機并入電網；

(2)當只有感應異步電機在并網發電時，感應異步電機輸出有功功率持續5秒大于由感應異步電機獨立運行切換到永磁同步電機與感應異步電機同時運行所設定的有功功率，在變流器無故障的情況下，執行永磁同步電機并網程序，此時永磁同步電機和感應異步電機同時發電運行；(3)在永磁同步電機和感應異步電機同時發電運行期間，如果感應異步電機有功功率小于從永磁同步電機與感應異步電機同時運行切換到感應異步機單獨運行所設定的有功功率，且風速小于永磁同步電機與感應異步電機同時運行切換到感應異步電機單獨運行所設定的風速條件，而且上述有功功率和風速同時滿足各自條件的持續時間超過永磁同步電機與感應異步電機同時運行切換到感應異步機單獨運行所設定的時間時，永磁同步電機給定有功功率以額定速率增加至永磁同步電機最高運行功率，當風電機組控制系統檢測到感應異步電機有功功率為負功率時，感應異步電機脫網。感應異步電機脫網后，風電機組控制系統對永磁同步電機進行運行控制。