[發明專利]一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法

有效

• 申請號: 201410015144.4
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103779873A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 孔祥東;艾超;閆桂山;宋豫
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，涉及液壓型風力發電機的主傳動系統，用液壓傳動設備以及液壓控制系統代替傳統的齒輪箱傳動系統和直驅式傳動系統，特別涉及一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法。

背景技術

風能資源是清潔的可再生能源，不消耗任何燃料，也不產生二氧化碳，不污染環境。風力發電是新能源技術最成熟、最具規模開發條件和極具商業化發展前景的發電方式之一。世界上很多國家，尤其是發達國家，已意識到風電在調整能源結構、緩解環境污染等方而的重要性，對風電的開發給予了高度重視。

從風力機產生到現在，風力機傳動系統經歷了齒輪箱式、直驅式及近幾年剛出現的液壓型三種傳動形式。

目前，齒輪箱式風力發電機組由于出現時間長，技術相對成熟，應用廣泛。其主要包括風輪、齒輪箱、發電機、整流器及逆變器等部分，齒輪箱為其關鍵零部件，輸入為風輪的低轉速，輸出為發電機的高轉速，兩者具有穩定的增速比。目前齒輪箱式風力發電機組的發電機一般采用雙饋異步發電機，風力發電機組通過控制整流、遞變系統實現變速恒頻。

直驅式風力發電機組省略齒輪箱，風輪與發電機直接連接，發電機通過整流器、逆變器等與電網相連。由于風輪轉速較低，要求直接連接的發電機能夠在低轉速下正常運行，發電機極數較多，體積大，重量大，并且實現變頻恒速的電子控制方法復雜。

液壓型風力發電機組采用定量泵-變量馬達閉式液壓回路，風輪與定量泵連接，變量馬達與發電機連接，采用液壓系統代替齒輪箱，將風輪與發電機的剛性連接轉化為柔性連接，在風速較大及風速波動劇烈情況下，有良好的阻尼緩沖作用，有效延長機組壽命。綜合檢測分析風輪轉速、風速及定量泵出口流量，控制變量馬達的擺角，使馬達始終運轉在1500r/min，4極同步發電機輸送到電網的電能頻率為50Hz，滿足電網頻率要求。

與其他風力發電機一樣，液壓型風力發電機組需要具備低電壓穿越能力，即當電網故障或擾動引起風電場并網點的電壓跌落時，在一定電壓跌落的范圍內，風電機組能夠不間斷并網運行。并向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區域)。

我國對風電機組和風電場低電壓穿越過程提出了明確要求：1)風電場內的風電機組具有在并網點電壓跌至20%額定電壓時能夠保持并網運行625ms的低電壓穿越能力；2)風電場并網點電壓在發生跌落后3s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內的風電機組保持并網運行。對于目前尚不具備低電壓穿越能力且已投運的風電場，應積極開展機組改造工作，以具備低電壓穿越能力；3)對故障期間沒有切出電網的風電場，其有功功率在故障切除后快速恢復，以至少10％額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。

目前，液壓型風力發電機組低電壓穿越控制技術發展狀況：

中國專利CN200980136335.3中，挪威ChapDrive公司研發的渦輪機速度控制系統，采用定量泵-變量馬達閉式液壓系統，控制系統采用渦輪機轉子旋轉速度反饋控制環和壓力反饋控制環，分別通過轉速信號和壓力信號設定變量馬達排量，有效的實現低電壓穿越控制。而其控制變量只有馬達擺角，可調參數較少，控制不夠靈活。

歐洲專利EP2481917A1A中，挪威ChapDrive公司提出了一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制系統。該系統包括控制單元和一個跨接在高壓管路和低壓管路之間的流量控制閥，電網的電壓被發送到控制單元，流量控制閥從控制單元中接收信號，進而控制高壓管路到低壓管路的油液流動，最終實現低電壓穿越。該方法存在變量馬達擺角和流量控制閥兩個控制變量，控制更加靈活，但未對控制過程中兩控制變量協調控制方法及能量分配方案進行闡述。

發明內容

本發明的目的是提供一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法，用于電網出現故障導致電網電壓暫態跌落時對系統進行控制。該控制方法具備傳統液壓型風力發電機組傳動靈活、可靠性高的優點，同時避免了其控制變量單一的缺點。

為了解決上述存在的技術問題實現發明目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種液壓型風力發電機組低電壓穿越控制方法，實現該控制方法的液壓系統硬件配置包括風輪1、第一轉速轉矩傳感器2、定量泵3、高壓管路4、第一單向閥5、第一壓力傳感器6、比例節流閥7、第二壓力傳感器8、流量傳感器9、安全閥10、變量馬達11、第二轉速轉矩傳感器12、發電機13、多功能儀表14、電網15、補油泵16、溢流閥17、油箱18、第二單向閥19、低壓管路20、風速傳感器21、功率控制器22和轉速控制器23等元件和裝置;