[發明專利]一種變速變槳距風電機組全風速限功率優化控制方法

有效

• 申請號: 201410312567.2
• 申請日: 2014-07-02
• 公開（公告）號: CN104074679B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 周志超;許偉;劉峻岐;潘磊;潘海寧
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所11303
• 代理人: 馬麗蓮

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，特別是涉及全風速情況下變速變槳距風電機組的限功率優化控制方法。

背景技術

由于風速的隨機性和間歇性，而電力系統中風電比重又不斷攀升，使大規模風電難以完全消納，經常需要在預測計算電網消納風電的能力基礎上對風場出力進行調度控制。相關研究方法主要是基于風電出力和負荷的預測基礎上，實時算出電網接納風電的能力，從而獲知風電場的安全出力最大值及當前受限容量，通過調度指令下發給風電場，然后由風場級的能量管理系統將總的功率目標合理分配給各臺風機去完成。近年，風電被大規模限電棄風已呈常態化，據統計，全國風電棄風率在2011年約12％，2012年則高達17％，在棄風現象嚴重的蒙東和吉林地區，棄風率連續兩年超過20％。

同時，在廣大的海島或偏遠地區的獨立供電系統(SAPS)中，風電已得到普遍的應用。考慮到偏遠地區的燃料運輸和運行維護費用，風能是相較于太陽能、生物質能等更為經濟可行的可再生能源，高的風電滲透率是SAPS供電經濟性的重要保障，但這也意味著較高的風電棄能量。進一步，SAPS中的電源建設一般一次建設完成，而系統負荷需求隨著生活水平的提高會不斷增長，所以在整個系統壽命周期內，風電的限功率控制(WPCC)將是風電機組的常態運行方式，尤其在系統運營前期。

目前，變速恒頻風電機組(WTG)的傳統限功率控制策略(T-WPCC)一般均通過調節變槳機構，降低風輪葉片捕獲的機械功率來實現，風輪轉速由固定的功率-轉速特性曲線確定。顯然，T-WPCC需不斷調整葉片槳距角，風輪機轉速與功率輸出嚴格對應，或保持額定轉速不變，或下調至輸出功率的對應轉速，其關注的重點是在較高風速情況下，如何使風機輸出精確的控制在限功率設定值之下，而沒有考慮在全風速范圍內，尤其是中低風速情況下，如何盡量優化變槳距系統的運行工況，如何在WPCC時盡量提高機組發電量。

事實上，根據風速的Weibull分布曲線，風力機對應的功率輸出大部分時間都處于較低水平，根據現有風電場的實測數據顯示，年平均風速基本不會高于8m/s，大致對應0.4倍機組額定功率；對內蒙古電網2年內風電運行的實時數據的分析結果亦顯示全網風電出力高于額定功率50％的概率相對較低，對高于50％概率最大的某具體風場，其值為23％。所以，對全風速范圍內，尤其中低風速下的風機WPCC進行研究探討是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提出一種變速變槳距風電機組的限功率優化控制方法，即全風速優化限功率控制策略(N-WPCC)，使其在實現WPCC的同時，盡量優化變槳系統的運行工況，并一定程度上提高發電量。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種變速變槳距風電機組的限功率優化控制方法，將機組實時輸出電功率和發電機轉速作為控制輸入，優先通過電磁轉矩主動控制發電機轉速，后啟動槳距角控制。

作為本發明的進一步改進：

上述的變速變槳距風電機組的限功率優化控制方法，具體包括如下步驟：

(1)通過比較機組實時輸出電功率P_e與限功率設定值P_set的相對大小來判斷是否進入限功率控制模式；

(2)當進入限功率控制模式時，優先通過電磁轉矩主動增加發電機轉速，使風力機偏移最大功率運行點；

(3)然后當發電機轉速接近額定轉速ω_n時，及時觸發槳距角補償控制器，使變槳系統動作。

所述步驟(1)、(2)中：

當P_e≤P_set時，不進入限功率控制模式，按照正常功率控制進行，轉速指令輸出ω_ref等于正常功率控制時的最佳轉速參考ω_opt；

當P_e>P_set時進入限功率控制模式，轉速指令輸出ω_ref取最佳轉速參考ω_opt上疊加一附加轉速Δω或額定轉速ω_n中相對較小值；

即如下式所示：