CN104832371A - 一种风力发电机组控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组控制方法和系统，所述方法包括获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；通过获取风力发电机所在位置的环境数据并基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式能够适应多种运行环境，提组发电效率，降低机组损耗，避免风力发电机组受到损害，提高机组寿命。

Description

一种风力发电机组控制方法和系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是指一种风力发电机组控制方法和系统。

背景技术

近年来，风力发电以其环保的优点广泛得到应用，现有的风力发电机组控制运行单一，无法根据不同的环境状况调整不同的运行状态，降低了风力发电机组的效率，容易造成风力发电机组损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组控制方法和系统，能够根据风力发电机组的运行状况和环境数据实现多种模式下的控制。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种风力发电机组控制方法,所述风力发电机组控制方法包括：

获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；

基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；

当风速大于第一风速阈值小于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入正常控制模式；

在正常控制模式下，若风力电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风力发电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风力发电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风力发电机组控制系统控制感应异步电机并网；所述的永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态；

风力发电机组进入发电运行状态后：

当只有永磁同步电机在并网发电时，若风力发电机组控制系统检测永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升；当应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功持电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机电运行；

在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机的有功功率小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风力发电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风力发电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制；

当风力发电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。

当风速大于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入强风控制模式；

在强风控制模式下，首先，将叶轮转速限制到安全范围之内；

随后，控制风力发电机组的输出功率达到最大值；

当风速小于第一风速阈值时，控制风力发电机组进入低风切出控制模式；

在低风切出控制模式，主控制系统转矩PI控制器切出，控制变频器正常脱网，监测力矩给定是否小于变频器脱网转矩，

若力矩给定小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统输出开始励磁＝0，力矩请求＝0的控制命令，即取消励磁，停止力矩请求的控制指令，直至风力发电机组与电网脱离后，主控制系统与变桨距控制系统联合控制桨叶收桨至低风空转设定桨角，并保持桨叶以低风空转设定桨角的桨距角进行自由空转，在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出给定桨距角是否大于低风空转设定桨角，如不满足桨距角大于低风空转设定桨角，保持空转运行状态；

若力矩给定不满足小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统控制风力发电机组以正常脱网转矩速率降低力矩给定，直至满足力矩给定小于变频器脱网转矩，

在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出桨距角，如桨距角满足大于低风空转设定桨角，主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，同时根据设定好的并网设定转速M3，并判断风力发电机组的发电机实际转速M在并网范围内的时间是否超过等待并网延时的时间，若发电机实际转速M在并网范围内的时间超过等待并网延时的时间，则启动正常并网步骤，

若发电机实际转速在并网范围的时间未超过等待并网延时的时间，主控制系统判断发电机实际转速M是否大于低风脱网转速M1，若发电机实际转速M大于低风脱网转速M1，则主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，并直至发电机实际转速M在并网范围的时间超过等待并网延时的时间；

当环境数据满足预设的结冰阈值时，控制风力发电机组进入结冰控制模式；

在结冰控制模式下，降低并关闭风力发电机组，生成结冰信息并发出；

当风力发电机组发生故障时，控制风力发电机组进入应急控制模式，所述故障包括变桨故障、叶轮转速故障和叶轮锁定故障；

在应急控制模式下，控制风力发电机组停止工作，并生成相应的故障报警信息。

优选的，在正常控制模式下，当所述的风力发电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。

优选的，在强风控制模式下，按照强风控制曲线输出功率。

优选的，在低风切出控制模式下，M1的设定值为700rpm<M1<800rpm中的任意一个值；M2的设定值为850rpm<M2<950rpm中的任意一个值；M3的设定值为900rpm<M3<1000rpm中的任意一个值。

优选的，在结冰控制模式下，温度传感器和湿度传感器检测环境条件是否具备结冰条件，若不具备结冰条件，则通过风机叶根载荷测量传感器进行检测，接着进行风机低转速空转，经判断风机的固有频率是否在设定范围，若不满足则返回风机覆冰后停机状态，若满足则进行风速传感器和风向传感器的检测，并确定风速的估计值是否在开机设定范围，若不在该范围内，则返回风机覆冰后停机状态，若在该范围内，则启动开机程序。

本发明还提供一种风力发电机组控制系统,所述风力发电机组控制系统包括：

环境数据获取模块，用于获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；

模式进入模块，用于基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；

正常控制模块，用于当风速大于第一风速阈值小于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入正常控制模式；

在正常控制模式下，若风力电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风力发电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风力发电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风力发电机组控制系统控制感应异步电机并网；所述的永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态；

风力发电机组进入发电运行状态后：

当只有永磁同步电机在并网发电时，若风力发电机组控制系统检测永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升；当应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功持电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机电运行；

在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机的有功功率小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风力发电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风力发电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制；

当风力发电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。

强风控制模块，用于当风速大于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入强风控制模式；

在强风控制模式下，首先，将叶轮转速限制到安全范围之内；

随后，控制风力发电机组的输出功率达到最大值；

低风切出控制模块，用于当风速小于第一风速阈值时，控制风力发电机组进入低风切出控制模式；

在低风切出控制模式，主控制系统转矩PI控制器切出，控制变频器正常脱网，监测力矩给定是否小于变频器脱网转矩，

若力矩小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统输出开始励磁＝0，力矩请求＝0的控制命令，即取消励磁，停止力矩请求的控制指令，直至风力发电机组与电网脱离后，主控制系统与变桨距控制系统联合控制桨叶收桨至低风空转设定桨角，并保持桨叶以低风空转设定桨角的桨距角进行自由空转，在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出给定桨距角是否大于低风空转设定桨角，如不满足桨距角大于低风空转设定桨角，保持空转运行状态；

若力矩给定不满足小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统控制风力发电机组以正常脱网转矩速率降低力矩给定，直至满足力矩给定小于变频器脱网转矩，

在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出桨距角，如桨距角满足大于低风空转设定桨角，主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，同时根据设定好的并网设定转速M3，并判断风力发电机组的发电机实际转速M在并网范围内的时间是否超过等待并网延时的时间，若发电机实际转速M在并网范围内的时间超过等待并网延时的时间，则启动正常并网步骤，

若发电机实际转速在并网范围的时间未超过等待并网延时的时间，主控制系统判断发电机实际转速M是否大于低风脱网转速M1，若发电机实际转速M大于低风脱网转速M1，则主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，并直至发电机实际转速M在并网范围的时间超过等待并网延时的时间；

结冰控制模块，用于当环境数据满足预设的结冰阈值时，控制风力发电机组进入结冰控制模式；

在结冰控制模式下，降低并关闭风力发电机组，生成结冰信息并发出；

应急控制模块，用于当风力发电机组发生故障时，控制风力发电机组进入应急控制模式，所述故障包括变桨故障、叶轮转速故障和叶轮锁定故障；

在应急控制模式下，控制风力发电机组停止工作，并生成相应的故障报警信息。

优选的，所述正常控制模块包括：

功率控制单元，用于当所述的风力发电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。

优选的，所述强风控制模块包括：

功率控制单元，用于按照强风控制曲线输出功率。

优选的，所述结冰控制模块包括：

结冰控制单元，用于控制温度传感器和湿度传感器检测环境条件是否具备结冰条件，若不具备结冰条件，则通过风机叶根载荷测量传感器进行检测，接着进行风机低转速空转，经判断风机的固有频率是否在设定范围，若不满足则返回风机覆冰后停机状态，若满足则进行风速传感器和风向传感器的检测，并确定风速的估计值是否在开机设定范围，若不在该范围内，则返回风机覆冰后停机状态，若在该范围内，则启动开机程序。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过获取风力发电机所在位置的环境数据并基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式能够适应多种运行环境，提高风力发电机组发电效率，降低风力发电机组损耗，避免风力发电机组受到损害，提高机组寿命。

附图说明

图1为本发明的风力发电机组控制方法流程图；

图2为本发明的风力发电机组控制系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明的实施例一种风力发电机组控制方法,所述风力发电机组控制方法包括：

步骤101：获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；

步骤102：基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；

步骤103：当风速大于第一风速阈值小于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入正常控制模式；

在正常控制模式下，若风力电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风力发电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风力发电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风力发电机组控制系统控制感应异步电机并网；所述的永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态；

风力发电机组进入发电运行状态后：

当只有永磁同步电机在并网发电时，若风力发电机组控制系统检测永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升；当应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功持电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机电运行；

在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机的有功功率小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风力发电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风力发电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制；

当风力发电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。

步骤104：当风速大于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入强风控制模式；

在强风控制模式下，首先，将叶轮转速限制到安全范围之内；

随后，控制风力发电机组的输出功率达到最大值；

步骤105：当风速小于第一风速阈值时，控制风力发电机组进入低风切出控制模式；

在低风切出控制模式，主控制系统转矩PI控制器切出，控制变频器正常脱网，监测力矩给定是否小于变频器脱网转矩，

若力矩给定小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统输出开始励磁＝0，力矩请求＝0的控制命令，即取消励磁，停止力矩请求的控制指令，直至风力发电机组与电网脱离后，主控制系统与变桨距控制系统联合控制桨叶收桨至低风空转设定桨角，并保持桨叶以低风空转设定桨角的桨距角进行自由空转，在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出给定桨距角是否大于低风空转设定桨角，如不满足桨距角大于低风空转设定桨角，保持空转运行状态；

若力矩给定不满足小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统控制风力发电机组以正常脱网转矩速率降低力矩给定，直至满足力矩给定小于变频器脱网转矩，

在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出桨距角，如桨距角满足大于低风空转设定桨角，主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，同时根据设定好的并网设定转速M3，并判断风力发电机组的发电机实际转速M在并网范围内的时间是否超过等待并网延时的时间，若发电机实际转速M在并网范围内的时间超过等待并网延时的时间，则启动正常并网步骤，

若发电机实际转速在并网范围的时间未超过等待并网延时的时间，主控制系统判断发电机实际转速M是否大于低风脱网转速M1，若发电机实际转速M大于低风脱网转速M1，则主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，并直至发电机实际转速M在并网范围的时间超过等待并网延时的时间；

步骤106：当环境数据满足预设的结冰阈值时，控制风力发电机组进入结冰控制模式；

在结冰控制模式下，降低并关闭风力发电机组，生成结冰信息并发出；

步骤107：当风力发电机组发生故障时，控制风力发电机组进入应急控制模式，所述故障包括变桨故障、叶轮转速故障和叶轮锁定故障；

在应急控制模式下，控制风力发电机组停止工作，并生成相应的故障报警信息。

其中，第二风速阈值大于第一风速阈值。

优选的，在正常控制模式下，当所述的风力发电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。

优选的，在强风控制模式下，按照强风控制曲线输出功率。

优选的，在低风切出控制模式下，M1的设定值为700rpm<M1<800rpm中的任意一个值；M2的设定值为850rpm<M2<950rpm中的任意一个值；M3的设定值为900rpm<M3<1000rpm中的任意一个值。

优选的，在结冰控制模式下，温度传感器和湿度传感器检测环境条件是否具备结冰条件，若不具备结冰条件，则通过风机叶根载荷测量传感器进行检测，接着进行风机低转速空转，经判断风机的固有频率是否在设定范围，若不满足则返回风机覆冰后停机状态，若满足则进行风速传感器和风向传感器的检测，并确定风速的估计值是否在开机设定范围，若不在该范围内，则返回风机覆冰后停机状态，若在该范围内，则启动开机程序。

本发明实施例的一种风力发电机组控制系统,如图2所示，所述风力发电机组控制系统包括：

环境数据获取模块201，用于获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；

模式进入模块202，用于基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；

正常控制模块203，用于当风速大于第一风速阈值小于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入正常控制模式；

在正常控制模式下，若风力电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风力发电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风力发电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风力发电机组控制系统控制感应异步电机并网；所述的永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态；

风力发电机组进入发电运行状态后：

当只有永磁同步电机在并网发电时，若风力发电机组控制系统检测永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升；当应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功持电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机电运行；

在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机的有功功率小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风力发电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风力发电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制；

当风力发电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。

强风控制模块204，用于当风速大于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入强风控制模式；

在强风控制模式下，首先，将叶轮转速限制到安全范围之内；

随后，控制风力发电机组的输出功率达到最大值；

低风切出控制模块205，用于当风速小于第一风速阈值时，控制风力发电机组进入低风切出控制模式；

在低风切出控制模式，主控制系统转矩PI控制器切出，控制变频器正常脱网，监测力矩给定是否小于变频器脱网转矩，

若力矩小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统输出开始励磁＝0，力矩请求＝0的控制命令，即取消励磁，停止力矩请求的控制指令，直至风力发电机组与电网脱离后，主控制系统与变桨距控制系统联合控制桨叶收桨至低风空转设定桨角，并保持桨叶以低风空转设定桨角的桨距角进行自由空转，在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出给定桨距角是否大于低风空转设定桨角，如不满足桨距角大于低风空转设定桨角，保持空转运行状态；

若力矩给定不满足小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统控制风力发电机组以正常脱网转矩速率降低力矩给定，直至满足力矩给定小于变频器脱网转矩，

在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出桨距角，如桨距角满足大于低风空转设定桨角，主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，同时根据设定好的并网设定转速M3，并判断风力发电机组的发电机实际转速M在并网范围内的时间是否超过等待并网延时的时间，若发电机实际转速M在并网范围内的时间超过等待并网延时的时间，则启动正常并网步骤，

若发电机实际转速在并网范围的时间未超过等待并网延时的时间，主控制系统判断发电机实际转速M是否大于低风脱网转速M1，若发电机实际转速M大于低风脱网转速M1，则主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，并直至发电机实际转速M在并网范围的时间超过等待并网延时的时间；

结冰控制模块206，用于当环境数据满足预设的结冰阈值时，控制风力发电机组进入结冰控制模式；

在结冰控制模式下，降低并关闭风力发电机组，生成结冰信息并发出；

应急控制模块207，用于当风力发电机组发生故障时，控制风力发电机组进入应急控制模式，所述故障包括变桨故障、叶轮转速故障和叶轮锁定故障；

在应急控制模式下，控制风力发电机组停止工作，并生成相应的故障报警信息。

优选的，所述正常控制模块包括：

功率控制单元，用于当所述的风力发电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。

优选的，所述强风控制模块包括：

功率控制单元，用于按照强风控制曲线输出功率。

优选的，所述结冰控制模块包括：

结冰控制单元，用于控制温度传感器和湿度传感器检测环境条件是否具备结冰条件，若不具备结冰条件，则通过风机叶根载荷测量传感器进行检测，接着进行风机低转速空转，经判断风机的固有频率是否在设定范围，若不满足则返回风机覆冰后停机状态，若满足则进行风速传感器和风向传感器的检测，并确定风速的估计值是否在开机设定范围，若不在该范围内，则返回风机覆冰后停机状态，若在该范围内，则启动开机程序。

本发明实施例的风力发电机组控制方法和系统，通过获取风力发电机所在位置的环境数据并基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式能够适应多种运行环境，提高风力发电机组发电效率，降低风力发电机组损耗，避免风力发电机组受到损害，提高机组寿命。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风力发电机组控制方法,其特征在于，所述风力发电机组控制方法包括：

获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；

基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；

当风速大于第一风速阈值小于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入正常控制模式；

在正常控制模式下，若风力电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风力发电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风力发电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风力发电机组控制系统控制感应异步电机并网；所述的永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态；

风力发电机组进入发电运行状态后：

当只有永磁同步电机在并网发电时，若风力发电机组控制系统检测永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升；当应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功持电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机电运行；

在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机的有功功率小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风力发电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风力发电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制；

当风力发电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。

当风速大于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入强风控制模式；

在强风控制模式下，首先，将叶轮转速限制到安全范围之内；

随后，控制风力发电机组的输出功率达到最大值；

当风速小于第一风速阈值时，控制风力发电机组进入低风切出控制模式；

在低风切出控制模式，主控制系统转矩PI控制器切出，控制变频器正常脱网，监测力矩给定是否小于变频器脱网转矩，

若力矩小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统输出开始励磁＝0，力矩请求＝0的控制命令，即取消励磁，停止力矩请求的控制指令，直至风力发电机组与电网脱离后，主控制系统与变桨距控制系统联合控制桨叶收桨至低风空转设定桨角，并保持桨叶以低风空转设定桨角的桨距角进行自由空转，在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出给定桨距角是否大于低风空转设定桨角，如不满足桨距角大于低风空转设定桨角，保持空转运行状态；

若力矩给定不满足小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统控制风力发电机组以正常脱网转矩速率降低力矩给定，直至满足力矩给定小于变频器脱网转矩，

在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出桨距角，如桨距角满足大于低风空转设定桨角，主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，同时根据设定好的并网设定转速M3，并判断风力发电机组的发电机实际转速M在并网范围内的时间是否超过等待并网延时的时间，若发电机实际转速M在并网范围内的时间超过等待并网延时的时间，则启动正常并网步骤，

若发电机实际转速在并网范围的时间未超过等待并网延时的时间，主控制系统判断发电机实际转速M是否大于低风脱网转速M1，若发电机实际转速M大于低风脱网转速M1，则主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，并直至发电机实际转速M在并网范围的时间超过等待并网延时的时间；

当环境数据满足预设的结冰阈值时，控制风力发电机组进入结冰控制模式；

在结冰控制模式下，降低并关闭风力发电机组，生成结冰信息并发出；

当风力发电机组发生故障时，控制风力发电机组进入应急控制模式，所述故障包括变桨故障、叶轮转速故障和叶轮锁定故障；

在应急控制模式下，控制风力发电机组停止工作，并生成相应的故障报警信息。

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，在正常控制模式下，当所述的风力发电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。

3.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，在强风控制模式下，按照强风控制曲线输出功率。

4.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，在低风切出控制模式下，M1的设定值为700rpm<M1<800rpm中的任意一个值；M2的设定值为850rpm<M2<950rpm中的任意一个值；M3的设定值为900rpm<M3<1000rpm中的任意一个值。

5.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，在结冰控制模式下，温度传感器和湿度传感器检测环境条件是否具备结冰条件，若不具备结冰条件，则通过风机叶根载荷测量传感器进行检测，接着进行风机低转速空转，经判断风机的固有频率是否在设定范围，若不满足则返回风机覆冰后停机状态，若满足则进行风速传感器和风向传感器的检测，并确定风速的估计值是否在开机设定范围，若不在该范围内，则返回风机覆冰后停机状态，若在该范围内，则启动开机程序。

6.一种风力发电机组控制系统,其特征在于，所述风力发电机组控制系统包括：

环境数据获取模块，用于获取风力发电机所在位置的环境数据，所述环境数据包括风速、风向、环境温度和环境湿度；

模式进入模块，用于基于环境数据、风力发电机组的叶轮转速、输出扭矩、输出功率和风力发电机组低风脱网转速来控制进入正常控制模式、强风控制模式、低风切出控制模式、结冰控制模式和应急控制模式；

正常控制模块，用于当风速大于第一风速阈值小于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入正常控制模式；

在正常控制模式下，若风力电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风力发电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风力发电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风力发电机组控制系统控制感应异步电机并网；所述的永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态；

风力发电机组进入发电运行状态后：

当只有永磁同步电机在并网发电时，若风力发电机组控制系统检测永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升；当应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功持电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机电运行；

在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机的有功功率小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风力发电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风力发电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制；

当风力发电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。

强风控制模块，用于当风速大于第二风速阈值时，控制风力发电机组进入强风控制模式；

在强风控制模式下，首先，将叶轮转速限制到安全范围之内；

随后，控制风力发电机组的输出功率达到最大值；

低风切出控制模块，用于当风速小于第一风速阈值时，控制风力发电机组进入低风切出控制模式；

在低风切出控制模式，主控制系统转矩PI控制器切出，控制变频器正常脱网，监测力矩给定是否小于变频器脱网转矩，

若力矩小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统输出开始励磁＝0，力矩请求＝0的控制命令，即取消励磁，停止力矩请求的控制指令，直至风力发电机组与电网脱离后，主控制系统与变桨距控制系统联合控制桨叶收桨至低风空转设定桨角，并保持桨叶以低风空转设定桨角的桨距角进行自由空转，在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出给定桨距角是否大于低风空转设定桨角，如不满足桨距角大于低风空转设定桨角，保持空转运行状态；

若力矩给定不满足小于变频器脱网转矩，则风力发电机组主控制系统控制风力发电机组以正常脱网转矩速率降低力矩给定，直至满足力矩给定小于变频器脱网转矩，

在空转运行状态下，主控制系统根据已经设定好的低风空转设定转速M2并通过PI控制器计算出桨距角，如桨距角满足大于低风空转设定桨角，主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，同时根据设定好的并网设定转速M3，并判断风力发电机组的发电机实际转速M在并网范围内的时间是否超过等待并网延时的时间，若发电机实际转速M在并网范围内的时间超过等待并网延时的时间，则启动正常并网步骤，

若发电机实际转速在并网范围的时间未超过等待并网延时的时间，主控制系统判断发电机实际转速M是否大于低风脱网转速M1，若发电机实际转速M大于低风脱网转速M1，则主控制系统控制风力发电机组切入PI控制，并直至发电机实际转速M在并网范围的时间超过等待并网延时的时间；

结冰控制模块，用于当环境数据满足预设的结冰阈值时，控制风力发电机组进入结冰控制模式；

在结冰控制模式下，降低并关闭风力发电机组，生成结冰信息并发出；

应急控制模块，用于当风力发电机组发生故障时，控制风力发电机组进入应急控制模式，所述故障包括变桨故障、叶轮转速故障和叶轮锁定故障；

在应急控制模式下，控制风力发电机组停止工作，并生成相应的故障报警信息。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组控制系统,其特征在于，所述正常控制模块包括：

功率控制单元，用于当所述的风力发电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风力发电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。

8.根据权利要求6所述的风力发电机组控制系统,其特征在于，所述强风控制模块包括：

功率控制单元，用于按照强风控制曲线输出功率。

9.根据权利要求6所述的风力发电机组控制系统,其特征在于，所述结冰控制模块包括：

结冰控制单元，用于控制温度传感器和湿度传感器检测环境条件是否具备结冰条件，若不具备结冰条件，则通过风机叶根载荷测量传感器进行检测，接着进行风机低转速空转，经判断风机的固有频率是否在设定范围，若不满足则返回风机覆冰后停机状态，若满足则进行风速传感器和风向传感器的检测，并确定风速的估计值是否在开机设定范围，若不在该范围内，则返回风机覆冰后停机状态，若在该范围内，则启动开机程序。