[發明專利]一種風力發電主動偏航變轉速失速控制系統

有效

• 申請號: 201410854228.7
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104500338A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 魏愛萍;袁煒;俞衛;何雪松
• 申請（專利權）人: 上海致遠綠色能源股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，具體是一種將變轉速失速控制和主動偏航控制有機結合的定槳距風力發電機組控制系統。

背景技術

變槳距風力發電機組在額定風速以上通過調節葉片的槳距角調整葉片與來流的攻角，達到減小風能利用系數、限制功率的目的。定槳距風力發電機組葉片與輪轂直接剛性相聯，具有結構簡單、成本低、可靠性高等優勢，但是葉片槳距角不能調節，減小風能利用系數、限制功率的有效方法是使風力發電機組進入低葉尖速比的失速區。在小型風力發電技術領域，定槳距風力發電機組在額定風速以上限制功率的另一種方式是使風輪偏離風向，減小風輪的有效面積。

主動偏航控制，即通過風向傳感器將風向的變化傳遞到偏航驅動機構控制回路，控制回路確定偏航方向和偏航角度，即控制風輪與風向的夾角。主動偏航控制理論上可以作為風力發電機組的功率控制手段，但是，兩個關鍵因素限制了這種功率控制手段的快速響應。第一，機艙和風輪對偏航軸承的巨大轉動慣量，意味著，為減少偏航時的陀螺力矩，偏航速度必須受到限制。第二，風向垂直于風輪圓盤的分量和偏航角的余弦關系，意味著，在偏航角改變較小時，只會減少很小一部分的輸出功率，偏航角度對于輸出功率的影響遠不如槳距角靈敏。與頻繁的風速風向變化相比，偏航角度不能實時控制，響應速度慢，機械結構也無法承受頻繁的偏航角度調整。因此，主動偏航控制不適合作為獨立的功率或轉速限制手段，但是可以與其它方式相配合，作為功率或轉速限制手段的補充。

采用定槳距失速控制的風力發電機組在運行時槳葉不能隨風速變化，功率調節通過葉片自身的失速特性實現，該方式具有結構簡單、故障率低等優點。同時，變轉速失速控制通過調整風力發電機電磁轉矩實時控制發電機轉矩和轉速，響應速度快。失速控制的關鍵是葉片的失速性能與風力發電機轉矩性能的合理匹配。葉片的失速性能的細微差異可能引起風力發電機組功率特性的大幅變化。另外，在運行過程中，因外界環境因素改變也可能導致葉片失速性能的改變。在中小型風力發電應用領域，為保證風力發電機組的低風速性能，往往在葉片的失速性能上有一定取舍，導致為實現失速控制功能，風力發電機的功率和體積就必須相應增大，否則可能導致失速控制失效，引起飛車。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種將變轉速失速控制和主動偏航控制有機結合的定槳距風力發電機組控制系統。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種風力發電主動偏航變轉速失速控制系統，其特征在于：風力發電主動偏航變轉速失速控制系統，其特征在于：包括風力發電機組測量單元、偏航控制單元和轉速控制單元；

其中：

風力發電機組測量單元至少測量風向、風速、功率和轉速；風向測量實時采樣風向數據，計算瞬時風向和平均風向；風速測量實時采樣風速數據，計算平均風速；功率測量實時采樣發電機輸出功率數據；轉速測量實時測量發電機轉速數據；

偏航控制單元包括主動偏航目標角度計算模塊、主動偏航角度PID控制模塊和風向功率計算模塊；主動偏航目標角度計算模塊以平均風速反饋信號為輸入，通過內置的平均風速與目標偏航角度關聯表，如表1所示，確定目標偏航角度參考值；目標偏航角度參考值與平均風向反饋信號作差得到偏航角度誤差，經過主動偏航角度PID控制模塊控制偏航驅動機構動作；風向功率計算模塊以瞬時風向反饋信號為輸入，通過內置的輸出功率與瞬時風向關聯表，如表2所示，確定目標輸出功率參考值；表1中Vr為主動偏航起始風速，表2中Pr為額定功率；

表1?平均風速與目標偏航角度關聯表