[發明專利]一種風電機組滿發工況恒功率控制方法、裝置及風電機組

有效

• 申請號: 201310683134.3
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103615356A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 黃國燕;朱敏;李強;李健;靖峰
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 滿靖

技術領域

本發明涉及一種在滿發工況條件下基于槳距角補償實現的風電機組恒功率控制方法及裝置，以及基于該裝置實現的風電機組，屬于風電機組發電機轉速與功率控制領域。

背景技術

目前，基于直驅永磁技術或雙饋勵磁技術的風電機組大多采用變槳變速的控制方法。具體來說，當實際風速在額定風速以下時，葉輪轉速隨風速成比例調節，以維持最佳尖速比不變，從而獲得更多的風能。通常，采用控制發電機電磁扭矩來控制發電機轉速，使葉片槳距角保持在最優槳距角。發電機電磁扭矩輸出需求值與發電機轉速的平方成正比，其比值為最佳增益值，發電機電磁扭矩的控制由變流器來實現。當實際風速在額定風速以上時，大多數的風電機組采用發電機恒功率的控制方法，通過改變葉輪的葉片槳距角和發電機電磁扭矩，來保持發電機恒定功率。調節發電機轉速時，變槳距控制不是保持發電機電磁扭矩輸出需求值恒定，而是以檢測的發電機轉速為依據，反比例調節發電機電磁扭矩輸出需求值，以保持發電機輸出功率恒定。而變槳距控制采用測量發電機轉速與轉速設定點的差值，引入PID校正方式，計算對應的葉片槳距角需求，由變槳執行機構來實現。

但是，在實際運行中，風速是具有隨機性和不確定性的，葉輪轉速會隨風速作相應變化，而葉輪轉速的變化最終會影響風電機組的發電性能和結構部件載荷的承受情況，尤其是大湍流工況下，風速的瞬時變化會造成葉輪轉速的快速變化。根據實驗現場采集的數據可知，在滿發工況條件下，特別是在大風工況條件下：當風速突然增大時，葉輪轉速上升，由于發電機電磁扭矩乘以發電機轉速等于發電機功率，因此發電機電磁扭矩因恒功率而降低。由于變流器慣性較小，因而發電機電磁扭矩反應迅速，由于變槳執行機構轉動慣量較大，因而葉輪變槳反應較慢，所以造成發電機(傳動軸)扭矩差上升較快，葉輪加速度增大，也就是說，發電機轉速是容易上升的。那么，若發電機轉速已處于臨界過速狀態，則此時就容易發生發電機過速故障，尤其是浮動式風電機組經常發生過速故障。當風速突然降低時，葉輪轉速下降，發電機電磁扭矩因恒功率而增大，基于上述變流器慣性較小而變槳執行機構轉動慣量較大的原理，發電機(傳動軸)扭矩差為負，葉輪產生負加速度，從而導致發電機轉速跌落，極易致使風電機組從滿發狀態突跳到變速控制階段，造成發電機功率大幅損失。

針對上述滿發工況條件下恒功率輸出導致的發電機轉速與發電機電磁扭矩成反比例，發電機電磁扭矩的變化對發電機轉速產生負阻尼影響的現狀，目前在進行PI校正控制參數整定時，通常假定發電機電磁扭矩為恒定值，不考慮由于恒功率引起的發電機電磁扭矩的變化，即忽略了發電機轉速產生的負阻尼效應，但是，從實際實施中可以發現，這種做法會使風電機組在大湍流工況或其它極端工況下發生發電機轉速不穩定、過速等問題。

由此可見，設計出一種在滿發工況條件下可將風電機組的發電機轉速控制得平穩、波動小，且使發電機功率保持平穩的技術方案是目前急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種風電機組滿發工況恒功率控制方法及裝置，以及基于該裝置實現的風電機組，該方法及裝置通過槳距角補償方式來防止發電機轉速過快上升或跌落，降低風電機組發生過速的概率，基于變槳操作與變電磁扭矩操作的執行，使風電機組處于恒功率運行中，同時保證不會導致風電機組結構部件的載荷增加。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

本發明提出了一種風電機組滿發工況恒功率控制方法，該方法包括變槳操作步驟、變電磁扭矩操作步驟，其中：

該變槳操作步驟包括：

步驟1：根據當前發電機轉速，計算出發電機電磁扭矩差；

步驟2：根據獲取的當前葉片槳距角確定PI校正所用的增益，并基于該增益對該發電機電磁扭矩差進行PI校正，以得到槳距角補償值；

步驟3：將該槳距角補償值與槳距角給定值相加得到槳距角需求值，并將該槳距角需求值轉化為變槳速率，以基于該變槳速率來執行變槳操作；

該變電磁扭矩操作步驟包括：將額定發電機功率除以該當前發電機轉速計算出發電機電磁扭矩需求值，以基于該發電機電磁扭矩需求值來執行變電磁扭矩操作。

優選地，在所述變槳操作步驟和所述變電磁扭矩操作步驟之前，還包括步驟：判斷當前工況是否為滿發工況。

優選地，所述判斷當前工況是否為滿發工況包括如下步驟：

獲取當前葉片槳距角并計算當前發電機功率；