CN102374118B - 风力发电机组的功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风力发电机组的功率控制方法，其包括双PID转矩计算控制步骤和转矩限值步骤，在所述双PID转矩计算控制步骤中，第一个控制环的作用是减小动态误差，第二个控制环的作用是减小稳态误差；在所述转矩限值步骤中，采用的是上限曲线和下限曲线的控制方法；并在双PID转矩计算控制步骤之间转换时，加入滞环。本发明所述的风力发电机组的功率控制方法在现有风力发电机硬件的基础上，通过结合风力发电机组的运行参数信息，如转速、功率、转矩、风速、变桨角度等，在一套新的控制算法的处理下，将原来的功率波动较大，修改为风力发电机在运行风速范围内，转矩和功率变化相对较缓，减小风力发电机的闪变大小，可实现更佳的控制效果。

Description

风力发电机组的功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，尤其涉及一种风力发电机组的功率控制方法。
背景技术
随着国内外风力发电机组装机容量的增加，风电所占电网容量的不断增大，风电的电能质量问题就逐渐被市场和运营商所重视。风力发电机组的电能质量问题突出表现在闪变，谐波，电压暂降等几个方面，而尤为突出是风力发电机的闪变问题，直接影响到风力发电机并网点的电压稳定性和电力系统的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机组的功率控制方法，能够在不改变现有所用硬件的基础上，对风力发电机组的功率控制系统进行改进，同时提高了风力发电机的发电效率，减少了风力发电机的闪变，同时也降低了转矩波动对风力发电机硬件设备的损伤。
为实现上述目的，本发明提供了一种风力发电机组的功率控制方法，其包括双PID转矩计算控制步骤和转矩限值步骤，在所述双PID转矩计算控制步骤中，第一个控制环的作用是减小动态误差，第二个控制环的作用是减小稳态误差；在所述转矩限值步骤中，采用的是上限曲线和下限曲线的控制方法；并在双PID转矩计算控制步骤之间转换时，加入滞环。
实施时，在双PID转矩计算控制步骤中，采用双PID控制，并成比例地调节两PID参数。
实施时，在双PID转矩计算控制步骤中，风力发电机组的当前转子转矩在一预定范围内时，转换为单PID控制。
与现有技术相比，本发明所述的风力发电机组的功率控制方法在现有风力发电机硬件的基础上，通过结合风力发电机组的运行参数信息，如转速、功率、转矩、风速、变桨角度等，在一套新的控制算法的处理下，将原来的功率波动较大，修改为风力发电机在运行风速范围内，转矩和功率变化相对较缓，减小风力发电机的闪变大小，可实现更佳的控制效果。
附图说明
图1是采用现有的PID转矩计算控制方法的风力发电机组的T-n曲线图；
图2是采用现有的转矩给定控制方法的风力发电机组的T-n曲线图；
图3是采用本发明所述的风力发电机组的功率控制方法的风力发电机组的T-n曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种风力发电机组的功率控制方法，对MW级（双馈机组和全功率变频机组）风力发电机组的功率控制系统进行优化，从而达到减小风力发电机闪变的目的。
风力发电机组的功率控制系统包括以下两个部分：
1、风力发电机的主控系统，主要作用是根据风力发电机的实际运行情况，计算出风力发电机的最优转矩；
2、变频控制系统，主要作用是将主控系统计算的最优转矩施加给发电机。
目前，行业内主要有两种技术方案来实现风力发电机功率控制：
PID转矩计算控制方法：如图1所示，在AB段，转速维持在n1,根据转速差（该转速差为实际转速减去设定转速n1）来做控制风力发电机的转矩；在BC段，转速在n1到n2变化，根据转速差来控制转矩，为了可以在BC段保持风力发电机的较高CP值，所以要通过限值的方式达到转矩控制的目的；在CD段，转速维持在n2,根据转速差（该转速差为实际转速减去设定转速n2）来做控制风力发电机的转矩；在DE段，保持转矩不变，通过变桨控制转速，从而达到控制功率的目的。
转矩给定控制方法：如图2所示，在AB段，转速维持在n0到n1之间变化,根据转速差来做控制风力发电机的转矩；在BC段，转速在n1到n2变化，根据风力发电机的参数通过仿真，确定这个区间最优的转矩范围，根据不同的转速，来调节转矩；在CD段，转速在n2到n3之间变化,根据转速差来做控制风力发电机的转矩；在DE段，保持功率不变，通过变桨控制输入功率，从而达到控制转矩和转速的目的。
针对风力发电机组功率控制问题导致闪变过大的运行特点，需要对以上所提的两种方案进行修改和完善，从而达到控制风力发电机输出闪变的目的。
1.PID转矩计算控制方法有以下缺点：
如图1所示，风力发电机在在BC段运行时，转速在n1到n2变化，由于转矩是通过转速差计算出来的，所以并不一定是最优的转矩，所以在BC段CP值可能会降低，另外还会造成闪变过大；在CD段，转速维持在n2,根据转速差（该转速差为实际转速减去设定转速n2）来做控制风力发电机的转矩。为了维持转速不变，转矩变化较大，从而会导致风力发电机的闪变过大；在DE段，保持转矩不变，通过变桨控制转速，如果变桨速度较慢，无法根据风速对叶片角度进行调整，那么也会导致风力发电机的闪变过大。
2.转矩给定控制方法有以下缺点：
如图2所示，在B和C点附近时，风力发电机转矩控制策略要发生变化，即设定转矩和PID计算转矩的之间的变化，这样就会导致功率波动过大，引起闪变超标。
本发明所述的控制方法如下所述：
1、在AB段，通过调节风力发电机PID（包括双PID）参数，调节转矩的变化率，可以达到减小闪变的目的；
2、在B点控制策略发生改变时，通过加入滞环的方式来平滑控制策略发生改变时转矩的波动，从而减小闪变；
3、在BC段，使用PID（包括双PID）控制加限值的方式，不仅保证了转矩的及时响应，也减小了转矩的过大波动，可以有效地降低风力发电机的闪变；
4、在C点控制策略发生改变时，通过加入滞环的方式来平滑控制策略发生改变时转矩的波动，从而减小风力发电机的闪变；。
5、在CD段，通过调节风力发电机PID（包括双PID）参数，调节转矩的变化率，可以达到减小闪变的目的；
6、在DE段，通过调节风力发电机PID（包括双PID）参数来计算风力发电机的额定转矩，并通过加快变桨的响应速度来减小功率的波动，从而降低风力发电机的闪变大小。
（1）BC段一般被称为可“最优CP曲线跟踪曲线”；
（2）在AB段，根据实际转矩的大小，进行成比例地调节PID（双PID）参数，即调节PID参数时，保证两PID参数的比值一直保持一预定比例，如果实际转矩与设定转矩相差很小时，让其中的一个PID停止工作；CD段同理；
（3）从AB段到BC段，是从双PID控制变换成双PID加限值控制；滞环的方法目的是防止在B点两种控制策略反复变换；滞环的控制方法是转速超过（n1+40）rpm以后，才使用BC段的控制策略；转速小于（n1-20）rpm以后，才使用AB段的控制策略。
（4）BC段：减小闪变的方法就减小功率波动；单使用PID控制，会造成功率的大幅波动；单使用转矩给定会造成无法快速的跟踪最优转矩，转矩限值加双PID可以吸收两种控制方法的优点，减小功率的波动。
图3中的B1C1、B2C2是采用的限值方法的上限曲线和下限曲线；
（5）在DE段，其他的控制策略是保持转矩恒定；本专利的控制策略是通过双PID控制，小幅度的调整额定转矩，并与加快变桨控制策略相结合，达到稳定功率的目的，从而减小闪变。
本发明改变传统的风力发电机功率控制策略，在两种控制策略转换过程中加入滞环；
在最优CP曲线跟踪过程中，加入了双PID控制和限幅控制；
在使用PID转矩控制中，加入了双PID的控制策略。
在双PID进行转矩控制时，第一个控制环主要作用是减小动态误差，第二个控制环主要控制作用是减小稳态误差。
以上说明对发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种风力发电机组的功率控制方法，其特征在于，其包括双PID转矩计算控制步骤和转矩限值步骤，在所述双PID转矩计算控制步骤中，第一个控制环的作用是减小动态误差，第二个控制环的作用是减小稳态误差；在所述转矩限值步骤中，采用的是上限曲线和下限曲线的控制方法；并在双PID转矩计算控制步骤之间转换时，加入滞环。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组的功率控制方法，其特征在于，在双PID转矩计算控制步骤中，采用双PID控制，并成比例地调节两PID参数。
3.根据权利要求2所述的风力发电机组的功率控制方法，其特征在于，在双PID转矩计算控制步骤中，风力发电机组的当前转子转矩在一预定范围内时，转换为单PID控制。
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