CN103291541B - 风力发电机组控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风力发电机组控制方法及控制系统，其中，该控制方法包括：检测风速和发电机转速；当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变桨变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令；当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令。本发明提供的风力发电机组控制方法及控制系统通过检测风速和发电机转速，在发电机并网发电前，控制变桨，以最大限度地追踪最佳攻角，提高了风能利用率。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机组控制技术，尤其涉及一种风力发电机组控制方法及控制系统，属于风力发电技术领域。
背景技术
世界风力资源丰富，但分布不均，高风速区域相对面积狭小，低风速区域则分布广泛，如何利用这些地区的风能资源将成为未来风力发电技术的关键。
目前大功率的风力发电机组多用于高风速的风资源较好的风电场，若应用到低风速风区，则会降低机组经济性，增加发电成本，投资回报率大大减少。因此控制风电机组最优化的吸收低风速地域的风能以及提高整机发电量，是开发低风速风力发电机组的关键技术之一。
一般来说，只有风速和发电机转速同时满足条件，即风速满足一定的大小，以带动发电机启动，发电机启动后转速上升到一定值，风机才能并网发电。现有技术中，机组的变桨角度在风机并网发电前均维持在某一位置保持不变，被动等待发电机转速上升，直至满足并网条件，对风能的利用率不高。
发明内容
本发明提供一种风力发电机组控制方法及控制系统，以使风机在低风速条件下能最优化的吸收风能，提高风能利用率。
本发明提供了一种风力发电机组控制方法，其中，包括：
检测风速和发电机转速；
当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令；
当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令。
本发明还提供了一种风力发电机组控制系统，其中，包括：
检测模块，用于检测风速和发电机转速；
第一判断模块，用于当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令；
第二判断模块，当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令。
本发明提供的风力发电机组控制方法及控制系统通过检测风速和发电机转速，在发电机并网发电前，控制变桨，以最大限度地追踪最佳攻角，提高了风能利用率；同时通过控制发电机电磁转矩来调整发电机转速，以避让与塔筒固有频率发生共振的发电机转频区域，在尽量避免机组振动的前提下，拓宽了发电机的恒转速范围，进一步提高了风机的发电量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的风力发电机组控制方法流程示意图。
图2为本发明实施例提供的风力发电机组控制系统结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的风力发电机组控制方法流程示意图，本发明实施例提供了一种风力发电机组的控制方法，其中包括：
步骤110、检测风速和发电机转速；
步骤120、当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令；
步骤130、当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令。
为了避免风机长时间空转，本发明实施例提供的风力发电机组控制方法在低风速时，根据测量风速和发电机转速来微调叶片的变桨角度，具体地，通过专业软件和风机模型可计算出机组在小风时理论最优变桨角度。但是，由于机组个体的差异，此理论最优变桨角度对同一机型的不同机组来说不一定最优，其差别一般在±2度范围内。本发明实施例以理论最优变桨角度为中心，正负2度为限，使机组每隔一段时间，例如10秒，变桨0.5度，这样通过测量风速和发电机转速，当风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令，其中，上述第一风速门限值为能将风机启动转动的临界风速，而第一转速门限值则为满足发电机能并网发电时的发电机临界转速，变浆变频器控制变浆电机，从而使变浆传动机构带动叶片改变其桨叶角，如此来回反复变桨，直至发电机转速达到第一转速门限值时，发电机变频器执行并网操作，至此机组并网成功。
本发明实施例提供的风力发电机组控制方法在风机并网前积极控制变桨，保持最优攻角，吸收最大风能，提高机组可利用率。同时，通过检测风速能实时记录小风时的风速、变桨角度和发电机转速三者之间的关系，通过机组长时间运行的大量样本可以分析出本台风机的实际最优变桨角度，为以后机组优化提供指导。
一般来说，一种类型的叶片对应一个最优叶尖速比，最优叶尖速比即为叶片尖端线速度/风速，此时对应叶片的风能吸收效率最高。而随着风速的变化，在满发功率之前，受塔筒固有频率的限制，发电机转速只能运行在一定范围内，才能保证不会与塔筒发生共振。因此，现有技术的风机在很宽的风速范围内，风机不能以最优叶尖速比的状态运行，只能通过恒转速区来运行，影响发电量，如果拓宽该恒转速区以追求更大的发电量，则存在机组振动的风险。
为尽量减少机组振动，优选的是，在向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令之后，该控制方法还包括如下步骤：
当判断出发电机转速升高至第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出升高电磁转矩的控制指令，以降低发电机转速；
当判断出发电机转速升高至大于第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出降低电磁转矩的控制指令，以进一步提升发电机转速至高于第一区间值的上限值。
其中第一区间值即为发电机转速能与塔筒固有频率发生共振的区域值，发电机实现并网发电后，转速继续上升，运行至此第一区间值的下限值时，如果此时风速上升带动发电机转速升高，则通过升高发电机电磁转矩来降低发电机的转速，以避开此共振区域；如果在提高电磁力矩的情形下仍没有将发电机的转速降至能够避开共振区域的情形，即如果判断发电机转速升高至大于第一区间值的下限值时，且风速上升带动发电机转速升高，则通过降低发电机电磁转矩来进一步提升发电机转速，以使发电机转速快速上升，通过该共振区域。
进一步地，在向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令之后，上述控制方法还可以包括：
当判断出发电机转速降低至第一区间值的上限值，且风速降低带动发电机转速降低时，输出降低电磁转矩的控制指令，以升高发电机转速；
当判断出发电机转速降低至小于第一区间值的上限值，且风速降低带动发电机转速降低时，输出升高电磁转矩的控制指令，以进一步减低发电机转速至低于第一区间值的下限值。
同样地，当发电机转速下降，运行至此区间的上限值时，如果此时风速下降带动发电机转速降低，则通过降低发电机电磁转矩来升高发电机转速，以避开该共振区域；如果在降低电磁力矩的情形下仍没有将发电机的转速升高到可以避开共振区域的情形，即如果判断出发电机转速降低至小于第一区间值的上限值时，且风速下降带动发电机转速降低，则通过升高发电机电磁转矩来进一步降低发电机转速，以使发电机转速快速下降，通过该共振区域。
上述方法能在风机运行在较低转速时，避开能与塔筒固有频率发生耦合的风机转频段，从而在拓宽发电机的恒转速运行范围后，仍能较少机组的振动。
图2为本发明实施例提供的风力发电机组控制系统结构示意图，本发明实施例还提供了一种风力发电机组控制系统，其中，包括检测模块1、第一判断模块2和第二判断模块3，检测模块1用于检测风速和发电机转速；第一判断模块2，用于当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令，以控制改变桨叶角；第二判断模块3，当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令。
上述控制系统通过测量风速和发电机转速，当风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，输出变浆控制指令，控制机械执行系统来回反复变桨，直至机组并网成功。
优选的是，该控制系统还包括第三判断模块和第四判断模块，第三判断模块用于当判断出发电机转速升高至第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出升高电磁转矩的控制指令，以降低发电机转速；第四判断模块用于当判断出发电机转速升高至大于第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出降低电磁转矩的控制指令，以进一步提升发电机转速至高于第一区间值的上限值。
进一步地，该系统还包括第五判断模块和第六判断模块，第五判断模块用于当判断出发电机转速降低至第一区间值的上限值，且风速下降带动发电机转速降低时，输出降低电磁转矩的控制指令，以升高发电机转速；第六判断模块用于当判断出发电机转速降低至小于第一区间值的上限值，且风速下降带动发电机转速降低时，输出升高电磁转矩的控制指令，以进一步降低发电机转速至低于第一区间值的下限值。通过避让共振区域的方法来减少机组振动，如果无法避让则加快通过振动区域，从而使风机能稳定运行在更宽的转速范围内，提高了机组的发电量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种风力发电机组控制方法，其特征在于，包括：
检测风速和发电机转速；
当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令；
当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令；
当判断出发电机转速升高至第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出升高电磁转矩的控制指令，以降低发电机转速；
当判断出发电机转速升高至大于第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出降低电磁转矩的控制指令，以进一步提升发电机转速至高于第一区间值的上限值。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组控制方法，其特征在于，在向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令之后，还包括：
当判断出发电机转速降低至第一区间值的上限值，且风速下降带动发电机转速降低时，输出降低电磁转矩的控制指令，以升高发电机转速；
当判断出发电机转速降低至小于第一区间值的上限值，且风速下降带动发电机转速降低时，输出升高电磁转矩的控制指令，以进一步减低发电机转速至低于第一区间值的下限值。
3.一种风力发电机组控制系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测风速和发电机转速；
第一判断模块，用于当判断出风速达到第一风速门限值，且发电机转速还未达到第一转速门限值时，向风力发电机组的变浆变频器输出控制改变桨叶角的变浆控制指令；
第二判断模块，当判断出发电机转速达到第一转速门限值时，向发电机变频器输出执行并网操作的控制指令；
第三判断模块，用于当判断出发电机转速升高至第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出升高电磁转矩的控制指令，以降低发电机转速；
第四判断模块，用于当判断出发电机转速升高至大于第一区间值的下限值，且风速上升带动发电机转速升高时，输出降低电磁转矩的控制指令，以进一步提升发电机转速至高于第一区间值的上限值。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组控制系统，其特征在于，还包括：
第五判断模块，用于当判断出发电机转速降低至第一区间值的上限值，且风速下降带动发电机转速降低时，输出降低电磁转矩的控制指令，以升高发电机转速；
第六判断模块，用于当判断出发电机转速降低至小于第一区间值的上限值，且风速下降带动发电机转速降低时，输出升高电磁转矩的控制指令，以进一步减低发电机转速至低于第一区间值的下限值。
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