[發明專利]風力發電機組的控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201911172109.2
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN112943528B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 馬磊
• 申請（專利權）人: 新疆金風科技股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 高燕;王兆賡

本發明提供一種風力發電機組的控制方法和裝置，該控制方法包括：識別風電場的風況；如果確定風電場發生陣風風況，則獲取發電機轉速值；確定所獲取的發電機轉速值是否滿足控制啟動條件；如果確定發電機轉速值滿足控制啟動條件，則控制風力發電機組進入轉矩控制模式，以利用風力發電機組在運行過程中的能量守恒定律來調整發電機的電磁扭矩值。采用本發明示例性實施例的風力發電機組的控制方法和裝置，能夠實現在發生陣風風況時，通過對轉矩的控制來維持發電機轉速穩定，以減小風力發電機組由于陣風風況所引起的振動。

技術領域

本發明總體說來涉及風力發電技術領域，更具體地講，涉及一種風力發電機組的控制方法和裝置。

背景技術

隨著風力發電機組規模的逐漸擴大和機組安全保護的日趨完善，風力發電機組的發電性能(風力發電機組的發電量及可利用率)，受到了越來越多的重視。即，如何充分利用風能，獲取最大能源和經濟效益，成為風力發電機組主控系統必須面臨的問題。目前的振動檢測只可以對風力發電機組的振動值大小進行檢測，以對風力發電機組進行安全保護，但無法降低振動值，提高發電量。

目前，除了風力發電機組故障時，通過順槳功能實現氣動剎車使發電機停機，以保證風力發電機組的安全之外，發電機正常發電運行時，變槳系統的功能還可以包括以下兩種：

(1)進行最大功率跟蹤，這時槳距角需要開槳到零度位置，以最大程度地吸收風能。

(2)當發電機進入恒轉速運行區域或者功率運行區域之后，主控系統根據目標轉速值以及實際轉速值，進行PID運算(比例、積分、微分運算)，控制變槳系統調節槳距角，達到穩定發電機轉速的目的。

風力發電機組中的發電機轉速與風力大小相關，風力可體現為風速，風速越大，風力發電機組的槳葉轉動越快，帶動風力發電機組的發電機轉速越快，為了保證發電機轉速穩定，需要調整槳距角來調整發電機轉速。

在正常風況下，風速的變化比較慢，風速波動周期較長，發電機轉速的上升或者下降也比較緩慢，在這種情況下，往往利用轉速差值(目標轉速值與實際轉速值的偏差值)—槳距角PID運算，通過轉速差計算得到合適的槳距角，然后對風力發電機組的槳葉進行調槳達到穩定發電機轉速的目的。

但是在風況突變時，比如出現陣風風況時，風速會在較短的時間內突然增大，從根據轉速差值—槳距角PID運算得到合適的槳距角值，到根據運算得到的槳距角值進行調槳這一過程，存在滯后性，經常會導致調槳不及時。

由于風速變化很快，根據前一時刻運算得到的槳距角值已經不適用于后一時刻的調槳過程中，并不能有效的穩定發電機轉速，會導致發電機過速停機，甚至有可能對發電機造成損害。

此外，PID運算主要是依據目標轉速值和實際轉速值的偏差值來進行計算的，在出現陣風風況的初期，發電機轉速還沒有明顯上升，即PID運算檢測到的偏差值比較小，所以輸出的調槳控制量也比較小，槳角變化也比較小。而當風速增大、發電機轉速升高之后，PID運算檢測到實際轉速值上升且與目標轉速值偏差較大后，才開始進行調槳控制，所以總是存在一定的滯后性，這種滯后性在出現陣風風況時，會導致發電機過速停機，或者引起風力發電機組振動。

如圖1所示，為風力發電機組的陣風風況示意圖，包括風速變化曲線101、轉速變化曲線102、電磁扭矩變化曲線103。圖1中的橫坐標表示時間，縱坐標僅表示三種曲線的變化趨勢，不表示彼此的數值大小關系。

從圖1所示可以看出，在t1-t2時間段內，風速變化緩慢，發電機轉速和電磁扭矩的變化也相對緩慢。

在t2時刻，風速突然升高，開始出現如圖中風速變化曲線101所示的陣風情況，陣風開始，由于發電機轉速直接和風力大小相關，因此在風能作用下發電機轉速隨之升高。但是發電機轉速值滯后于風速值上升，并且電磁扭矩的變化值有一定的限幅(例如800Nm/s)，發電機的電磁扭矩值又滯后于發電機轉速值上升，存在一定滯后性，不會立即升高到與當前轉速值相匹配。