CN102251925A - 一种风力发电机组低电压运行的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组低电压运行的控制方法，该控制方法为通过低电压检测单元对变压器低压侧电源电压进行检测，将该电压状态信号传送至控制器，同时,控制器读取风机的运行状态信号,根据电压状态信号和风机的运行状态信号,控制器对风力发电机组处于何种发电功率状态进行判断，然后发出相应控制指令。本发明能在低电压状况下最大程度地提高风机利用率，保护电网系统。

Description

一种风力发电机组低电压运行的控制方法

技术领域

本申请是申请日为2009年9月4日，申请号为200910306601.4,发明名称为《一种风力发电机组低电压运行的控制方法及装置》的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的控制方法，尤其涉及一种风力发电机组低电压运行的控制方法。

背景技术

近年来,风力发电占供电的比重迅速增长，在电网出现故障导致电压跌落后,风电机组如果纷纷与电网断开,会使系统状态不稳定,并可能造成局部甚至系统全面瘫痪,故人们开始关注风机的低电压穿越(LVRT)方法。

为使风力发电机组具有低电压穿越能力，目前多是采用在变频器中放置放电电路等被动保护方案，这些方法增加了设备的复杂性和设备本身的成本，且保护的效果比较差。

另外,在风速较低的情况下，现有风机的控制方法是不改变风力发电机风轮的桨距，通过调整变频器的转矩来调速；在风速较高的情况下，现有风机的控制方法是通过改变风力发电机风轮的桨距来限制功率。这种控制方法提高了风机的效率，减轻了风机的载荷，但没有考虑在低电压(对于低电压，国家电网公司风电场接入电网技术规定等有详细的规定)下如何进行控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种操作简便,既能在低电压状况下最大程度地利用风机，又能保护电网系统的风力发电机组低电压运行的控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明之风力发电机组低电压运行的控制方法是：通过低电压检测单元变压器低压侧电源电压进行检测，将该电压状态信号传送至控制器，同时,控制器读取风机的运行状态信号,根据电压状态信号和风机的运行状态信号,控制器对风力发电机组处于何种发电功率状态进行判断，然后发出相应控制指令： 

如果风力发电机组处于非满功率发电状态，且功率×额定电压/ 测定电压＜额定功率，则控制器向执行单元发出指令，风力发电机组按正常方式发电；如果处于非满功率发电状态，且功率×额定电压/ 测定电压>额定功率，则限制风力发电机组的发电功率为测定电压×额定功率/额定电压；

如果风力发电机组处于满功率发电状态，则限制风力发电机组的发电功率为测定电压×额定功率/额定电压；

如果低电压持续时间超过2s，则停机。

限制风力发电机组的发电功率通过控制器给出的变桨速率指令实现。当控制器给出的变桨速率<测定电压×额定变桨速率/额定电压时，低电压情况下控制能达到这个速率，则使用正常供电电源向伺服驱动器供电；如果不能达到这个速率，则使用UPS电源供电。

发电功率大小控制宜按照风机转速-转矩曲线(或风机转速-功率曲线)确定的优选参数进行控制，所述风机转速-转矩曲线系根据空气动力学原理确定的最优转矩控制曲线和功率限制曲线，前半部分曲线为最优转矩控制曲线，后半部分直线为功率限制曲线。

本发明之风力发电机组低电压运行的控制方法可以通过以下控制装置予以实现。该控制装置包括低电压检测单元、控制器、执行单元；执行单元包括接触器、正常供电电源、伺服驱动器、变桨电机、UPS电源；低电压检测单元输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与接触器的线圈连接，接触器的辅助触点与UPS电源和正常供电电源相连，伺服驱动器通过接触器的辅助触点与UPS电源和正常供电电源连接，伺服驱动器还连有变桨电机；UPS电源可放置于主控制柜内，或轮毂内，或机舱内。  

所述伺服驱动器可用变频器代替。

所述变桨电机可为直流电机或交流电机，如为直流电机，紧急时则通过蓄电池或超级电容直接给变桨电机供电；如果是交流电机，紧急时则通过蓄电池或超级电容逆变给变桨电机供电。

低电压检测单元检测变压器低压侧的电压状况（如果变压器为三绕组变压器——其中一个绕组可用来给控制系统供电——也可以检测变压器低压侧电源电压），并将检测到的电压数据发送给控制器，控制器根据电压状态信号和读出的风机运行状态信号,对执行单元发出变桨指令。

伺服驱动器的功能是，根据控制器给定的变桨速度，将输入电源转成变桨速度所要求的电源。

变桨电机的功能是，根据控制器给定的变桨速度驱动叶片；为减小体积，变桨电机的速度一般比较高，需要通过减速器减速。

接触器的功能是，根据前述状态，转化正常供电电源和UPS电源给变桨电机供电。

本发明通过判断风力发电机组的运行状态和低电压状态，在额定风速和最优功率×额定电压/ 测定电压>额定功率时和在高风速低电压时，通过限制功率来增强风力发电机组的低电压穿越能力，同时，备用UPS电源，防止在低电压时正常供电电源提供的电压满足不了变桨的要求。

本发明能在低电压状况下最大程度地提高风机利用率，保护电网系统。

附图说明

图1是本发明风力发电机组低电压运行的控制方法实施例流程框图；

图2是风力发电机组低电压运行的控制装置结构框图；

图3是风机转速-转矩曲线；

图4是风力发电机组连线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，本发明之风力发电机组低电压运行控制方法是：在开始步骤100之后，执行步骤101，通过低电压检测单元10对图4所示变压器低压侧电源电压进行检测，步骤102将该电压状态信号传送至控制器11，同时,控制器11读取风机的运行状态信号,在步骤102之后，执行步骤104，根据电压状态信号和风机的运行状态信号,控制器11对风力发电机组是否处于满功率发电功率状态进行判断，然后发出相应控制指令：

执行完步骤104，如果答案是否定的，即如果风力发电机组处于非满功率发电状态，则进入步骤105，判断功率×额定电压/ 测定电压是否小于额定功率，如果功率×额定电压/ 测定电压＜额定功率，则进入步骤108，控制器11向执行单元20发出指令，风力发电机组按正常方式发电，如果功率×额定电压/ 测定电压>额定功率，则进入步骤107，限制风力发电机组的发电功率为测定电压×额定功率/额定电压； 

执行完步骤104，如果答案是肯定的，即如果风力发电机组处于满功率发电状态，则进入步骤107，限制风力发电机组的发电功率为测定电压×额定功率/额定电压；

执行完步骤101后，同时还进入步骤103，如果低电压持续时间超过2s，则执行步骤106，使风力发电机组停机。

限制风力发电机组的发电功率通过控制器11给出的变桨速率指令实现。当控制器11给出的变桨速率<测定电压×额定变桨速率/额定电压时，低电压情况下控制能达到这个速率，则使用正常供电电源22向伺服驱动器23供电；如果不能达到这个速率，则使用UPS电源25供电。

发电功率大小控制按照图3所示的风机转速-转矩曲线确定的优选参数进行控制，所述风机转速-转矩曲线系根据空气动力学原理确定的最优转矩控制曲线和功率限制曲线，前半部分曲线为最优转矩控制曲线，后半部分直线为功率限制曲线。

参照图2，本发明之风力发电机组低电压运行的控制装置包括低电压检测单元10、控制器11、执行单元20；执行单元20包括接触器21、正常供电电源22、伺服驱动器23、变桨电机24、UPS电源25；低电压检测单元10输出端与控制器11的输入端连接，控制器11的输出端与接触器21的线圈连接，接触器21的辅助触点与UPS电源25和正常供电电源22相连，伺服驱动器23通过接触器21的辅助触点与UPS电源25和正常供电电源22连接，伺服驱动器23还连有变桨电机24；UPS电源25可放置于主控制柜内，或轮毂内，或机舱内。  

所述伺服驱动器23可用变频器代替。

所述变桨电机24可为直流电机或交流电机，如为直流电机，紧急时则通过蓄电池或超级电容直接给变桨电机24供电；如果是交流电机，紧急时则通过蓄电池或超级电容逆变给变桨电机24供电。

低电压检测单元10检测变压器低压侧的电压状况（如果变压器为三绕组变压器——其中一个绕组可用来给控制系统供电——也可以检测变压器低压侧电源电压），并将检测到的电压数据发送给控制器11，控制器11根据电压状态信号和读出的风机运行状态信号,对执行单元20发出变桨控制指令。

伺服驱动器23的功能是，根据给定的变桨速度，将输入的电源转成变桨速度所要求的电源。

变桨电机24的功能是，根据要求转动叶片；为减小体积，变桨电机24的速度一般比较高，需要通过减速器减速。

接触器21的功能是，根据前述状态，转化正常供电电源22和UPS电源25给变桨电机24供电。

Claims (1)

1.一种风力发电机组低电压运行的控制方法，其特征在于，通过低电压检测单元对变压器低压侧电源电压进行检测，将该电压状态信号传送至控制器，同时,控制器读取风机的运行状态信号,根据电压状态信号和风机的运行状态信号,控制器对风力发电机组处于何种发电功率状态进行判断，然后发出相应控制指令： 

如果风力发电机组处于非满功率发电状态，且功率×额定电压/ 测定电压＜额定功率，则控制器向执行单元发出指令，风力发电机组按正常方式发电；如果处于非满功率发电状态，且功率×额定电压/ 测定电压>额定功率，则限制风力发电机组的发电功率为测定电压×额定功率/额定电压；

如果风力发电机组处于满功率发电状态，则限制风力发电机组的发电功率为测定电压×额定功率/额定电压；

如果低电压持续时间超过2s，则停机。

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