[發明專利]一種大型風電機組變槳距控制與轉矩控制的解耦控制方法

有效

• 申請號: 201210409315.2
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102996335A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 杜佳佳;萬宇賓;劉紅文;王靛
• 申請（專利權）人: 南車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種大型風電機組的控制方法，特別是涉及一種大型風電機組變槳距控制與轉矩控制的解耦控制方法

背景技術

隨著風電的規模化應用，發電企業及電網運營商在功率曲線、電網友好性、機組壽命以及優化設計等多個方面對風電機組整機控制系統提出了更為嚴格的要求?，F有的風機整機控制系統主要采取轉矩控制和變槳距控制相結合的控制方法，在風電機組的功率小于額定功率時，主要采用轉矩控制方法，利用轉矩控制器給出轉矩命令，間接調節風機的轉速跟隨風速變化實現最優葉尖速比，捕獲最大的風能。當風速超過風力發電機額定風速的時候，風力發電機的轉速和功率已經達到額定值，轉矩控制轉化為變槳距控制，通過改變槳葉節距角來改變葉片攻角，限制風輪吸收的能量，維持風機的轉矩與轉速，使風力機組處于額定值附近發電。同時還需要一種能夠在轉矩控制器與變槳距控制器之間實現切換過渡的控制策略。

目前，風電機組在額定以下和額定以上兩種控制策略之間的切換主要有兩種方法，一種是采用單純的開關轉換方式，利用發電機的功率作為判斷依據，當風機的功率小于額定功率時采用轉矩控制策略，當風機的功率大于額定功率時采用變槳距控制策略。另外一種方法是在使用PID（比例、積分、微分）控制算法的基礎上采用積分器飽和的方法以及一個槳距動作的標識變量來完成兩種控制策略的切換過程：槳距控制與轉矩控制都采用PID（比例、積分、微分）控制器，在額定狀態以下時槳距PID控制器的積分項飽和，槳距角輸出指令限制在最小槳距角，轉矩控制器起作用而槳距控制器不起作用；在額定狀態以上時，轉矩PID控制器的積分項飽和，轉矩輸出指令限制在額定轉矩，槳距控制器起作用而轉矩控制器不起作用；當槳距控制器起作用、槳距角大于某個設定值的時候，槳距動作的標識量被設置，這個設置的標識量用來限制轉矩的取值，防止在槳距動作的過程中轉矩的不正常跌落。

對于風速處于額定風速上下不斷波動的工況，采用單純開關轉換的控制策略，由于風速的不斷變化，風力發電機將會在轉矩控制和變槳距控制兩種控制方法之間頻繁切換，增加了系統各個部件的疲勞載荷，降低了風力機組的使用壽命。同時切換的過程沒有任何控制上的平滑措施，導致風機關鍵零部件在切換過程中的載荷沖擊增大，影響了風機部件的壽命；同時加大了風機對電網的沖擊，影響了電能質量，增加了電網的安全隱患。

采用積分器飽和外加輔助變量的方法來實現槳距控制器與轉矩控制器切換過程的控制策略，當風速處于額定風速附近上下不斷波動時，槳距控制器與轉矩控制器仍然會同時作用，達不到解耦的目的，導致風機運行狀態的不穩定；當積分器處于過飽和狀態時會導致槳距執行器或者轉矩執行器不動作，而當轉速變化過快時又可能會導致執行器的誤動作；同時輔助變量的加入也會導致控制切換的不平滑。這些缺點都會影響風機運行的穩定性，增加風機的載荷沖擊與疲勞載荷，提高了風機的成本，影響了風機的使用壽命。

經檢索：

申請號為201210009371.7的發明公開一種兆瓦級風力機組的控制方法、控制系統及兆瓦級風力機組，該控制方法中首先檢測風力發電機當前狀態的功率，只有控制器判斷該風力發電機當前狀態的功率大于預設極限功率值，并且風力發電機在高于預設時間時，風力發電機的控制方法才會由轉矩控制方法變換至變槳距控制方法，除此外一直采用響應比較快的轉矩控制方法進行控制；該控制方法不僅滿足一般工況下風力發電機的控制需求，而且有效解決了在風速處于額定風速上下波動且波動較小工況下，兩種控制方法頻繁轉換的現象，減少變槳系統的疲勞強度，提高風力機組各部件的使用壽命，并且對于極端升降陣風工況，可以解決風輪超速和極限載荷較大的問題。

申請號為201010250626.X的發明提供了一種風力發電機組的功率控制方法，其包括雙PID轉矩計算控制步驟之間轉換時，加入滯環。本發明所述的風力發電機組的功率控制方法在現有風力發電機硬件的基礎上，通過結合風力發電機組的運行參數信息，如轉速、功率、轉矩、風速、變槳角度等，在一套新的控制算法的處理下，將原來的功率波動較大，修改為風力發電機在運行風速范圍內，轉矩和功率變化相對較緩，減小風力發電機的閃變大小，可實現更佳的控制效果。