[發(fā)明專利]一種雙饋式風力發(fā)電機組變槳距控制方法

有效

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• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103527405A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 孔朝志;苗強;付小林
• 申請（專利權）人: 成都阜特科技股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種雙饋式風力發(fā)電機組變槳距控制方法，屬于風機變槳控制技術領域。?

背景技術

隨著控制理論、電力電子技術、計算機控制技術等相關技術的進步與完善，風力發(fā)電技術取得了突飛猛進的發(fā)展，風力發(fā)電機組控制技術也由原來單一的定槳距失速控制轉向變槳距和變速控制技術。?

現(xiàn)在常用的變速變槳距風力發(fā)電機組的基本控制策略是：（一）在額定風速以下時通過調節(jié)發(fā)電機轉矩使風輪按照最佳葉尖速比運行，追蹤最大風能利用系數(shù)，風能利用率較高；（二）當超過額定風速時通過變槳限制氣動力矩，穩(wěn)定功率輸出。在并網過程中，變槳距控制還可實現(xiàn)快速無沖擊并網?；诖舜笮惋L力發(fā)電機組大都采用了變槳距控制技術。?

變槳距控制系統(tǒng)在風力發(fā)電機組中起主動調節(jié)(保持額定功率)和優(yōu)化(在小于額定風速時優(yōu)化功率)的作用。在低風速時，葉片轉動到合適位置確保葉輪具有最大起動力矩，其意味著風力發(fā)電機組能夠在更低風速下開始發(fā)電，無需把發(fā)電機作為電動機使用及設計電動機起動的程序。并入電網時，為確保平緩并網發(fā)電，變槳距控制系統(tǒng)還可以在一定時間內保持發(fā)電機的適當轉速。并入電網后，能夠通過調節(jié)槳距角限制風力發(fā)電機組的輸出功率，使風力發(fā)電機組在高風速下獲得額定功率輸出，槳距角是根據(jù)發(fā)電機輸出功率的反饋信號來控制的，不受氣流密度變化的影響。變槳距風力發(fā)電機組的額定風速較低，在風速超過其額定風速時發(fā)電機組的出力也不會下降，始終保持在一個接近理想化的水平，提高了發(fā)電效率。需要脫離電網時，變槳距控制系統(tǒng)可以先轉動葉片使之減小功率，在發(fā)電機和電網斷開之前，功率降到最低，避免了在定槳距風力發(fā)電機組上每次脫網時所要經歷的突甩負載過程。?

風力發(fā)電機組存在多個變化的運行范圍，而且自然風速大小隨機變化，從而會導致風力發(fā)電機組隨風速在各個運行工況之間頻繁切換。不同工況之間切換容易引起控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應變差，變槳距控制系統(tǒng)必須能夠確保風力發(fā)電機組在所有運行工況下的魯棒穩(wěn)定性。?

目前，具體地，電動變槳距風力發(fā)電機組大多數(shù)是采用變增益PI或PID變槳距控制方式，通過測量偏差來調整葉片槳距角，改變氣流對葉片的攻角，從而改變風輪獲得的空氣動力轉矩使機組輸出功率保持穩(wěn)定。變速變槳距風力發(fā)電機組是一個非線性、多變量、時變的復雜系統(tǒng)，因此很難建立精確的數(shù)學模型，對于風力發(fā)電機組的變槳距系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的PID反饋控制方法存在反饋信號校正動作滯后的問題，限制了控制作用的充分發(fā)揮。另外，風力發(fā)電機組在變槳過程中不可避免地會對風力發(fā)電機組造成載荷沖擊，對于大型變速變槳風力發(fā)電機組的變槳控制，如何能在提高功率品質的同時，降低風力發(fā)電機組關鍵部位的載荷成為主要問題。通?？梢酝ㄟ^機械方法，如通過彈性連接件和支撐件增加傳動系統(tǒng)阻尼等，但是這樣會增加成本，并且由于風電機組自身阻尼非常小，控制效果并不理想。?

通過上述分析可知，現(xiàn)有變速變槳距風力發(fā)電機組的變槳距控制系統(tǒng)主要存在如下幾個方面的缺陷：?

1.無法將干擾克服在被控制量偏離設計值之前。

2.被控對象總是存在一定的純滯后和容量滯后，故限制了控制作用的充分發(fā)揮。?

3.PI控制技術成熟、結構簡單，易于工程實現(xiàn)，但對非線性、多干擾對象適應性、魯棒性差。?

變槳距控制水平與風力發(fā)電機組的運行特性息息相關，為了達到良好的控制效果：變槳距控制系統(tǒng)應該對變化的風速作出快速的響應；通過改變風力機葉片的槳距角調節(jié)風力發(fā)電機組的輸出功率，適應風速的變化，確保風力發(fā)電機組的安全運行。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對上述背景技術存在的缺陷，提供一種通過對發(fā)電機轉速偏差增加前饋補償和利用塔筒前后方向加速度反饋增大系統(tǒng)等效阻尼的控制方法。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種雙饋式風力發(fā)電機組變槳距控制方法，1.一種雙饋式風力發(fā)電機組變槳距控制方法，包括：?

步驟11：測量風力發(fā)電機組的發(fā)電機轉速?ω_mea；

步驟12：將發(fā)電機轉速ω_mea與設定轉速ω_set進行差值運算得到轉速偏差Δω；

步驟13：PI控制，即PI控制器利用步驟12中得到的轉速偏差Δω，并按照拉普拉斯關系式（其中K₀為PI控制器的比例系數(shù)，T₀為積分時間常數(shù)）得出變槳控制期望輸出的槳距角β₀；