[實用新型]一種基于PI調節的風力發電機優化控制系統

有效

• 申請號: 201320109332.4
• 申請日: 2013-03-11
• 公開（公告）號: CN203201721U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 錢慶林;張文豪;朱海鵬;魏然;許磊;金立軍;周科;陳俊佑;蔣苗苗;馬健
• 申請（專利權）人: 山東電力集團公司濟寧供電公司;國家電網公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本實用新型屬于新能源發電領域，涉及智能電網中的風力發電技術、新能源開發技術，尤其涉及一種基于PI調節的風力發電機優化控制系統。

背景技術

風力發電在電力系統中所占的比重日益增加，我國風力資源豐富的地區多分布于電網相對薄弱的中西部，大量風電機組的并網給現有電力系統的正常運行帶來極大的挑戰。

偏航系統是風力發電機組特有的控制系統，主要由偏航測量、偏航驅動傳動部分、紐纜保護裝置三大部分組成，主要實現兩個功能，一是使機艙跟蹤變化穩定的風向，二是由于偏航的作用導致機艙內部電纜發生纏繞而自動解除纏繞。

風機的變槳作業可分為兩種工況，即正常運行時的連續變槳和停止狀態下的全順槳。風機開始啟動時槳葉由90°向0°方向轉動以及并網發電時槳葉在0°附近的調節都屬于連續變槳。液壓變槳系統的連續變槳過程是由液壓比例閥控制液壓油的流量大小來進行位置和速度控制。當風機停機或緊急情況時，為了迅速停止風機，槳葉將快速轉動到90°，一是讓風向與槳葉平行，使槳葉失去迎風面；二是利用槳葉橫向拍打空氣來進行制動，以達到迅速停機的目的，這個過程叫做全順槳。

液壓變槳系統由電動液壓泵作為工作動力，液壓油作為傳遞介質，電磁閥作為控制單元，通過將油缸活塞桿的徑向運動變為槳葉的圓周運動來實現槳葉的變槳距。

由于風能的能量密度低、隨即性和不穩定性等特點,給大型風力發電機組的控制技術問題帶來困難。

實用新型內容

本實用新型為了解決風力發電過程中風能能量密度低、隨即性和不穩定性等問題，提供了一種在風力發電機中采用偏航系統和變槳距控制系統共同實現風機的控制系統。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案。

一種基于PI調節的風力發電機優化控制系統，包括控制器、鎖存器、RAM、EPROM、風向標、傳感器、偏航系統和變槳距機構，控制器通過鎖存器與RAM連接，控制器還直接與RAM連接；控制器通過鎖存器與EPROM連接，控制器還直接與EPROM連接；控制器與風向標連接，風向標測量風速和風向；控制器與兩個傳感器連接，兩個傳感器分別用于測量風輪角度和葉片轉速；控制器分別與偏航系統和變槳距機構連接；所述控制器采用PI控制器。

一種基于PI調節的風力發電機優化控制方法，該方法依據風向和風速大小對風機進行控制，(1）當風速小于額定風速時，只啟動偏航系統，偏航系統自動調整風機迎風方向，使風機獲得最大風能；(2）當風速大于額定風速時，同時啟動偏航系統和變槳距機構，變槳距機構調整風葉的槳距角，使其始終維持在最大功率處運行；(3）當風速過大或出現緊急情況時，緊急停機，使風葉與風向方向平行，以保護風機。所述第(2)種情況下，變槳距機構的控制采用PI控制方法，進行閉環控制。輸入為發電機功率誤差值ε；控制器采用PI調節器，定義為：α＝K_pε+K_tε，其中K_p為比例環節，K_t為積分環節，ε＝P_額定-P，P_額定為發電機額定功率，P為風機的功率，α′為風輪的實時槳距角。

所述第(1）種情況下，偏航系統控制方法為：首先設置風輪迎風面法向的基準方向θ₀（設置為0°），風輪迎風面法向為θ₁，風向為θ₂（θ₁、θ₂均為順時針方向上與基準方向的角度差），閾值Δθ。風輪迎風面法向初始方向θ₁＝θ₀，當θ₂-θ₁≥Δθ時，偏航系統驅動風輪順時針旋轉|θ₂-θ₁|；當θ₂-θ₁≤-Δθ時，偏航系統驅動風輪逆時針旋轉|θ₂-θ₁|。旋轉完畢后，修改θ₁值，使θ₁＝θ₂。

本實用新型采用風向標獲取風向和風速，并將實時的信息傳給控制器，控制器據此對系統的偏航系統和槳距角機構進行控制。偏航系統控制電動機使風輪方向始終保持與風向一致。

偏航系統動力源采用三相異步電動機，執行機構采用齒輪結構，傳動裝置設計為液壓系統。

當風向與風輪軸線偏離一個角度時，控制系統經過一段時間確認后，控制偏航電動機將風輪調整到與風向一致的方位。