CN105604790B - 风电机组及其稳定控制装置与方法 - Google Patents

风电机组及其稳定控制装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种风电机组及其稳定控制装置与方法，该稳定控制装置包括：设置在风电机组预定位置的陀螺仪稳定器及与陀螺仪稳定器和风电机组供电主回路连接的控制器；控制器用于控制陀螺仪稳定器旋转，以稳定预定位置的载荷；并且，在发电机的转速高于第一阈值时，控制陀螺仪稳定器从风电机组供电主回路中摄取电能，提高陀螺仪稳定器的转速，将电能存储为机械能，以降低风电机组输出至电网的电能；在发电机转速低于第二阈值时，控制陀螺仪稳定器降低转速，将机械能转换为电能释放至风电机组供电主回路中，以提高风电机组输出至电网的电能。本实施例既避免了强阵风冲击对风电机组带来的损害，又提高了风电机组输出功率的稳定性，保障了电能质量。

Description

风电机组及其稳定控制装置与方法
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电机组及其稳定控制装置与方法。
背景技术
风力发电机组(以下简称“风电机组”)在运行时，时而会受到来自由变化无常的强阵风或湍流引起的袭击，这极易导致风电机组过载荷(风电机组能承受的最大风速)而发生结构的形变，出现倒塌、飞车等事故，严重影响了风电机组的安全运行，减小了风电机组的使用寿命，同时对风电机组上的维护人员带来巨大的生命威胁。
现有技术中，可通过风电机组的变桨系统克服一些强阵风的冲击，但由于变桨系统的反应速度太慢，存在滞后性，因此不适应强阵风的瞬间冲击。
发明内容
本发明的实施例提供一种风电机组及其稳定控制装置与方法，以避免强阵风冲击对风电机组带来的损害。
为达到上述目的，本发明的实施例提供了一种风电机组的稳定控制装置，包括：设置在所述风电机组的预定位置的陀螺仪稳定器，以及与所述陀螺仪稳定器和所述风电机组的供电主回路连接的控制器；所述控制器用于控制所述陀螺仪稳定器旋转，以稳定所述预定位置的载荷；并且，在所述风电机组的发电机的转速高于第一阈值时，控制所述陀螺仪稳定器从所述供电主回路中摄取电能，提高所述陀螺仪稳定器的转速，将电能存储为机械能，以降低所述风电机组输出至电网的电能；在所述发电机转速低于第二阈值时，控制所述陀螺仪稳定器降低转速，将机械能转换为电能释放至所述风电机组供电主回路中，以提高所述风电机组输出至电网的电能。
进一步地，所述预定位置包括：风电机组的机舱内和/或塔筒顶部。
进一步地，所述控制器连接在所述发电机及所述电网之间，或连接在风电机组变流器的直流侧。
进一步地，所述陀螺仪稳定器为两自由度陀螺仪稳定器或三自由度陀螺仪稳定器。
本发明的实施例还提供了一种风电机组，包括依次连接的发电机、如前所述的风电机组的稳定控制装置及变流器。
本发明的实施例还提供了一种应用于如前所述的风电机组的稳定控制装置执行的风电机组的稳定控制方法，所述方法包括：所述控制器控制所述陀螺仪稳定器旋转，以稳定所述预定位置的载荷；并且，在发电机的转速高于第一阈值时，控制所述陀螺仪稳定器从所述风电机组供电主回路中摄取电能，提高所述陀螺仪稳定器的转速，将电能存储为机械能，以降低所述风电机组输出至电网的电能；在所述发电机转速低于第二阈值时，控制所述陀螺仪稳定器降低转速，将机械能转换为电能释放至所述风电机组供电主回路中，以提高所述风电机组输出至电网的电能。
本发明实施例提供的风电机组及其稳定控制装置与方法，通过在风电机组的载荷关键点位置安装陀螺仪稳定器，以避免强阵风冲击对风电机组带来的损害；同时将陀螺仪稳定器通过控制器与风电机组供电主回路连接，实现储存和释放能量，提高了风电机组输出功率的稳定性，保障了电能质量。
附图说明
图1为本发明示出的在风电机组机舱内安装的陀螺仪稳定器的一个示意图；
图2为本发明示出的在风电机组塔筒顶部安装的陀螺仪稳定器的一个示意图；
图3为本发明提供的风电机组的稳定控制装置控制原理一个实施例的示意图；
图4为本发明提供的风电机组的稳定控制装置控制原理另一个实施例的示意图。
附图标号说明
1-陀螺仪稳定器；2-控制器；3-变流器；4-变压器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例的风电机组及其稳定控制装置与方法进行详细描述。
实施例一
本实施例提供了一种风电机组的稳定控制装置，该稳定控制装置包括：设置在风电机组的预定位置的陀螺仪稳定器1，以及与陀螺仪稳定器1和风电机组供电主回路连接的控制器2。如图1和图2所示，分别示出了在预定位置如风电机组的机舱内、塔筒顶部安装了陀螺仪稳定器1的场景示意图。
具体地，陀螺仪稳定器1是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子，转子装在一支架内；在通过转子中心轴上加一内环架，那么陀螺仪就可环绕平面两轴作自由运动，此为二自由度陀螺仪稳定器1；如果在内环架外再加上一外环架，这时陀螺仪稳定器1有两个平衡环，可以环绕平面三轴作自由运动，此为三自由度陀螺仪稳定器1。
在使用陀螺仪稳定器1时，将其固定安装在某一设备或装置上，当该设备或装置前后左右摆动时，陀螺仪稳定器1内的转子会高速旋转并自由的摆动，转子的运动产生的力矩方向和设备或装置摆动的方向相反，故阻碍其摆动，因此陀螺仪稳定器1的作用为稳定设备或装置，避免其摆动的幅度过大，影响运行的安全性。
如图1所示，为本发明示出的在风电机组机舱内安装的陀螺仪稳定器的一个示意图，在风电机组正常运行时，机舱的主要工作是在水平面内旋转，以调节对风的角度，改变风电机组的输出功率，因此机舱的运动范围大多在一个平面内，则采用二自由度陀螺仪稳定器1即可满足稳定需求，当然也可以采用三自由度陀螺仪稳定器1。
如图2所示，为本发明示出的在风电机组塔筒顶部安装的陀螺仪稳定器的一个示意图，在强阵风的瞬间冲击下，塔筒的顶部摆动的幅度最大，而且向各个方向都会摆动，因此在塔筒顶部安装一个三自由度陀螺仪稳定器1，以满足任意方向的稳定需要，可有效的遏制塔筒的摆动。
控制器2用于控制陀螺仪稳定器1旋转，以稳定相应预定位置的载荷。在本实施例，陀螺仪稳定器1除了具有稳定关键节点载荷的作用外，还肩负调节风电机组供电主回路电能的作用。
具体地，在风电机组的发电机的转速高于第一阈值时，控制器2控制陀螺仪稳定器1从供电主回路中摄取电能，提高陀螺仪稳定器1的转速，将电能存储为机械能，以降低风电机组输出至电网的电能；在发电机转速低于第二阈值时，控制陀螺仪稳定器1降低转速，将机械能转换为电能释放至风电机组供电主回路中，以提高风电机组输出至电网的电能。
图3和图4分别示出了控制器2接入风电机组供电主回路时对应的控制原理示意图。
具体地，上述供电主回路为从风电机组的发电机、变流器3、变压器4到电网组成的回路。
在图3中，控制器2接入的位置为变流器3中整流器和逆变器之间的直流侧。
具体对供电主回路电能调节实现方式如下：
当强阵风的瞬间冲击风电机组时，风电机组通常会超负荷发电，发电机转速高于第一阈值(例如风电机组的额定功率对应的发电机转速)，此时可通过控制器2控制陀螺仪稳定器1从变流器3中的整流器和逆变器之间的直流侧间接的摄取发电机输出的电能，提高陀螺仪稳定器1的转速，将电能存储为机械能(此时可将陀螺仪稳定器1看作一个电动机)，以降低风电机组输出至电网的电能，同时陀螺仪稳定器1的转速的提高增加了对风电机组摆动的阻碍力矩，更有效地减小了风电机组的摆动幅度；当风电机组周围的风速下降，风电机组达不到额定功率，发电机转速低于第二阈值(例如风电机组80％额定功率的输出功率对应的发电机转速)，此时可通过控制器2控制陀螺仪稳定器1降低转速，将机械能转换为电能释放至直流侧(此时可将陀螺仪稳定器1看作一个发电机)，并依次通过逆变器和变压器4输送给电网，保证了风电机组输出至电网的电能质量，提高了风电机组输出功率的稳定性。
如图4所示，其为本发明提供的风电机组的稳定控制装置控制原理另一个实施例的示意图。
图4实施例的具体实现方式与上述实现方式相似，不同之处在于，在控制器2的控制下陀螺仪稳定器1不与变流器3连接，而是直接接在风电机组的发电机和电网之间的线路上。
具体地，在风电机组的发电机转速高于第一阈值时，控制陀螺仪稳定器1从发电机直接摄取电能，提高陀螺仪稳定器1的转速，将电能存储为机械能，以降低变流器3输出至电网的电能；在发电机转速低于第二阈值时，控制陀螺仪稳定器1降低转速，将机械能转换为电能通过变压器释放至电网，以提高风电机组输出至电网的电能。
本发明实施例提供的风电机组的稳定控制装置，通过在风电机组的机舱内和/或塔筒顶部安装陀螺仪稳定器，以避免强阵风冲击对风电机组带来的损害；同时将陀螺仪稳定器通过控制器与风电机组变流器的直流侧连接，或者，将陀螺仪稳定器通过控制器连接在发电机与电网之间，实现储存和释放能量，提高了风电机组输出功率的稳定性，保障了电能质量。
实施例二
本发明还提供了一种风电机组，其包括依次连接的发电机、如前所述的风电机组的稳定控制装置及变流器。
本发明实施例提供的风电机组，既避免了强阵风冲击对风电机组带来的损害，又提高了风电机组输出功率的稳定性，保障了电能质量。
实施例三
本发明还提供了一种应用于上述风电机组的稳定控制装置执行的风电机组的稳定控制方法，该方法包括：控制器2控制陀螺仪稳定器1旋转，以稳定预定位置的载荷；并且，在发电机的转速高于第一阈值时，控制陀螺仪稳定器1从风电机组供电主回路中摄取电能，提高陀螺仪稳定器1的转速，将电能存储为机械能，以降低风电机组输出至电网的电能；在发电机转速低于第二阈值时，控制陀螺仪稳定器1降低转速，将机械能转换为电能释放至风电机组供电主回路中，以提高风电机组输出至电网的电能。
本发明实施例提供的风电机组的稳定控制方法，既避免了强阵风冲击对风电机组带来的损害，又提高了风电机组输出功率的稳定性，保障了电能质量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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 (6)

1.一种风电机组的稳定控制装置，包括：设置在所述风电机组的预定位置的陀螺仪稳定器(1)，以及与所述陀螺仪稳定器(1)和所述风电机组的供电主回路连接的控制器(2)，其特征在于，
所述控制器(2)用于控制所述陀螺仪稳定器(1)旋转，以稳定所述预定位置的载荷；并且，
在所述风电机组的发电机的转速高于第一阈值时，控制所述陀螺仪稳定器(1)从所述供电主回路中摄取电能，提高所述陀螺仪稳定器(1)的转速，将电能存储为机械能，以降低所述风电机组输出至电网的电能；在所述发电机转速低于第二阈值时，控制所述陀螺仪稳定器(1)降低转速，将机械能转换为电能释放至所述风电机组供电主回路中，以提高所述风电机组输出至电网的电能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定位置包括：风电机组的机舱内和/或塔筒顶部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器(2)连接在所述发电机及所述电网之间，或连接在风电机组变流器的直流侧。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述陀螺仪稳定器(1)为两自由度陀螺仪稳定器或三自由度陀螺仪稳定器。
5.一种风电机组，其特征在于，包括依次连接的发电机、如权利要求1-4中任一项所述的风电机组的稳定控制装置及变流器。
6.一种应用于如权利要求1-4中任一项风电机组的稳定控制装置执行的风电机组的稳定控制方法，其特征在于，包括：
所述控制器(2)控制所述陀螺仪稳定器(1)旋转，以稳定所述预定位置的载荷；并且，
在发电机的转速高于第一阈值时，控制所述陀螺仪稳定器(1)从所述风电机组供电主回路中摄取电能，提高所述陀螺仪稳定器(1)的转速，将电能存储为机械能，以降低所述风电机组输出至电网的电能；在所述发电机转速低于第二阈值时，控制所述陀螺仪稳定器(1)降低转速，将机械能转换为电能释放至所述风电机组供电主回路中，以提高所述风电机组输出至电网的电能。
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