CN108054778A - 一种风力发电系统供电控制装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种风力发电系统供电控制装置，所述风力发电系统包括风轮机，所述风轮机依次连接双馈风力发电机、变压器、整流电流、boost变换器、直流线缆、并网供电接口；所述供电控制装置包括采集模块、控制器、驱动模块；所述采集模块，用于采集风力发电系统的数据；所述控制器根据采集的数据进行分析处理，根据相位差值及频率差值，确定风轮机的运行模式，并输出控制指令到所述驱动模块，所述驱动模块驱动风轮机改变运行模式。本申请通过快速调整风轮机风叶的运行情况，调整风轮机的输出电压和相位，使风轮机能够满足电网供电稳定的需求，提升风力发电系统的并网供电的电能质量。
Description
技术领域
本申请属于新能源供电技术领域，特别涉及一种风力发电系统供电控制装置。
背景技术
现有技术中，风力供电存在大量谐波，很难稳定的给电网进行并网供电，造成风力发电机虽然利用风能发电，但是无法较好的输送出去，有些现有技术中，为了能够稳定的将风力发电系统产生的电能输送到电网中，需要先将风力发电系统产生的电能通过多次变换，形成稳定的直流电，存储在电池中，然后在电网或者负载需要时，将电能从电池中输送出去，这样会造成电能多次变换，能量容易损失，同时，需要使用大量的电池，造成供电成本增加。
现有技术中，风力发电系统由于其间歇性，无法较好的直接并网，在于其无法快速的跟踪相位，频率以及存在大量谐波，会造成对电网的污染，急需一种能够快速直接并网的风力系统，能够通过快速跟踪相位、频率等以直接控制风轮机，达到快速供电的方式。
发明内容
为解决上述技术问题：本申请提出一种风力发电系统供电控制装置，所述风力发电系统包括风轮机，所述风轮机依次连接双馈风力发电机、变压器、整流电流、boost变换器、直流线缆、并网供电接口；所述供电控制装置包括采集模块、控制器、驱动模块；所述采集模块，用于采集风力发电系统的供电接口的第一电流Io和第一电压Vo；以及风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；
所述控制器根据采集的数据进行分析处理，根据相位差值及频率差值，确定风轮机的运行模式，并输出控制指令到所述驱动模块，所述驱动模块驱动风轮机改变运行模式。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述控制器包括等值模块、计算模块、比较模块、指令输出模块；所述等值模块用于根据风力发电系统的固有参数进行等值，形成仿真模型；所述计算模块用于计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；所述比较模块用于计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值；所述指令输出模块用于输出控制风轮机改变运行模式的控制指令。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述指令输出模块包括第一无线通信模块、第四无线通信模块，所述第一无线通信模块与所述驱动模块的第二无线通信模块建立无线通信信号，用于将控制指令无线的发送到所述驱动模块。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述采集模块包括传感器、第三无线通信模块、无线电能供电模块；所述无线电能供电模块无线的感测所述并网供电接口处的电能，给传感器和所述第三无线通信模块供电，所述第三无线通信模块将传感器检测的数据传输到所述第四无线通信模块。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述计算模块通过如下方式计算所述第一相位相角：
其中，为和之间的相角差，为Io和Vo之间的相角差，为测量的电流相位角，R为风轮机到电网之间的电阻，X为风轮机到电网之间的电抗，风轮机到电网之间的阻抗满足：Z=R+jX，Vi为风轮机输出电压。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述相位差值、频率差值分别为：
其中，为控制并网时设定的电流和电压之间的相位，当大于5度时，且当大于1时，则相应调整锁相环模块，风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当小于5度时，且当大于1时，则调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当大于5度时，且当小于1时，则相应调整锁相环模块。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述风轮机输出电压Vi通过如下方式控制：
其中，ef为风轮机发电效率，为风轮机最大速度的比率，为风叶倾斜角度，为空气密度，S为风轮机叶片接触风的面积，为风速，为风轮机旋转速度，为风轮机叶片半径。
所述的风力发电系统供电控制装置，根据所述确定给定的风轮机转速，将风轮机当前转速与取差值后通过PI控制器求取电流偏差值，根据所述电流偏差值调整所述风轮机风叶倾斜角度，使风轮机的输出电压Vi跟踪电网需求电压，输出相位跟踪所述相位。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述变压器包括原边星形、副边三角形接线的三相变压器；所述整流电流包括三相全桥整流电流，其中每个桥路包括多个串联的晶体管。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述boost变换器包括串联连接的电感和二极管，在所述电感及二极管的连接中点，通过三极管连接到接地端，所述三级管反向并联有二极管，所述三极管的基极接收所述控制器的PWM控制。
本申请能够准确控制风力发电系统按照电网需求进行频率及相位跟踪，通过快速调整风轮机风叶的运行情况，调整风轮机的输出电压和相位，使风轮机能够满足电网供电稳定的需求，提升风力发电系统的并网供电的电能质量。
附图说明
图1为本申请风力发电系统整体示意图。
图2为本申请供电控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，本申请提出一种风力发电系统供电控制装置，所述风力发电系统包括风轮机，所述风轮机依次连接双馈风力发电机、变压器、整流电流、boost变换器、直流线缆、并网供电接口；所述供电控制装置包括采集模块、控制器、驱动模块；所述采集模块，用于采集风力发电系统的供电接口的第一电流Io和第一电压Vo；以及风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；
所述控制器根据采集的数据进行分析处理，根据相位差值及频率差值，确定风轮机的运行模式，并输出控制指令到所述驱动模块，所述驱动模块驱动风轮机改变运行模式。
如图2所示，为本申请供电控制装置结构示意图。所述的风力发电系统供电控制装置，所述控制器包括等值模块、计算模块、比较模块、指令输出模块；所述等值模块用于根据风力发电系统的固有参数进行等值，形成仿真模型；所述计算模块用于计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；所述比较模块用于计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值；所述指令输出模块用于输出控制风轮机改变运行模式的控制指令。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述指令输出模块包括第一无线通信模块、第四无线通信模块，所述第一无线通信模块与所述驱动模块的第二无线通信模块建立无线通信信号，用于将控制指令无线的发送到所述驱动模块。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述采集模块包括传感器、第三无线通信模块、无线电能供电模块；所述无线电能供电模块无线的感测所述并网供电接口处的电能，给传感器和所述第三无线通信模块供电，所述第三无线通信模块将传感器检测的数据传输到所述第四无线通信模块。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述计算模块通过如下方式计算所述第一相位相角：
其中，为和之间的相角差，为Io和Vo之间的相角差，为测量的电流相位角，R为风轮机到电网之间的电阻，X为风轮机到电网之间的电抗，风轮机到电网之间的阻抗满足：Z=R+jX，Vi为风轮机输出电压。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述相位差值、频率差值分别为：
其中，为控制并网时设定的电流和电压之间的相位，当大于5度时，且当大于1时，则相应调整锁相环模块，风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当小于5度时，且当大于1时，则调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当大于5度时，且当小于1时，则相应调整锁相环模块。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述风轮机输出电压Vi通过如下方式控制：
其中，ef为风轮机发电效率，为风轮机最大速度的比率，为风叶倾斜角度，为空气密度，S为风轮机叶片接触风的面积，为风速，为风轮机旋转速度，为风轮机叶片半径。
所述的风力发电系统供电控制装置，根据所述确定给定的风轮机转速，将风轮机当前转速与取差值后通过PI控制器求取电流偏差值，根据所述电流偏差值调整所述风轮机风叶倾斜角度，使风轮机的输出电压Vi跟踪电网需求电压，输出相位跟踪所述相位。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述变压器包括原边星形、副边三角形接线的三相变压器；所述整流电流包括三相全桥整流电流，其中每个桥路包括多个串联的晶体管。
所述的风力发电系统供电控制装置，所述boost变换器包括串联连接的电感和二极管，在所述电感及二极管的连接中点，通过三极管连接到接地端，所述三级管反向并联有二极管，所述三极管的基极接收所述控制器的PWM控制。
本申请能够准确控制风力发电系统按照电网需求进行频率及相位跟踪，通过快速调整风轮机风叶的运行情况，调整风轮机的输出电压和相位，使风轮机能够满足电网供电稳定的需求，提升风力发电系统的并网供电的电能质量。
Claims (10)
1.一种风力发电系统供电控制装置，其特征在于，所述风力发电系统包括风轮机，所述风轮机依次连接双馈风力发电机、变压器、整流电流、boost变换器、直流线缆、并网供电接口；所述供电控制装置包括采集模块、控制器、驱动模块；所述采集模块，用于采集风力发电系统的供电接口的第一电流Io和第一电压Vo；以及风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；
所述控制器根据采集的数据进行分析处理，根据相位差值及频率差值，确定风轮机的运行模式，并输出控制指令到所述驱动模块，所述驱动模块驱动风轮机改变运行模式。
2.如权利要求1所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于，所述控制器包括等值模块、计算模块、比较模块、指令输出模块；所述等值模块用于根据风力发电系统的固有参数进行等值，形成仿真模型；所述计算模块用于计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；所述比较模块用于计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值；所述指令输出模块用于输出控制风轮机改变运行模式的控制指令。
3.如权利要求2所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于，所述指令输出模块包括第一无线通信模块、第四无线通信模块，所述第一无线通信模块与所述驱动模块的第二无线通信模块建立无线通信信号，用于将控制指令无线的发送到所述驱动模块。
4.如权利要求3所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于，所述采集模块包括传感器、第三无线通信模块、无线电能供电模块；所述无线电能供电模块无线的感测所述并网供电接口处的电能，给传感器和所述第三无线通信模块供电，所述第三无线通信模块将传感器检测的数据传输到所述第四无线通信模块。
5.如权利要求4所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于：所述计算模块通过如下方式计算所述第一相位相角：
其中，为和之间的相角差，为Io和Vo之间的相角差，为测量的电流相位角，R为风轮机到电网之间的电阻，X为风轮机到电网之间的电抗，风轮机到电网之间的阻抗满足：Z=R+jX，Vi为风轮机输出电压。
6.如权利要求5所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于：所述相位差值、频率差值分别为：
其中，为控制并网时设定的电流和电压之间的相位，当大于5度时，且当大于1时，则相应调整锁相环模块，风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当小于5度时，且当大于1时，则调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当大于5度时，且当小于1时，则相应调整锁相环模块。
7.如权利要求6所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于：所述风轮机输出电压Vi通过如下方式控制：
其中，ef为风轮机发电效率，为风轮机最大速度的比率，为风叶倾斜角度，为空气密度，S为风轮机叶片接触风的面积，为风速，为风轮机旋转速度，为风轮机叶片半径。
8.如权利要求7所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于：根据所述确定给定的风轮机转速，将风轮机当前转速与取差值后通过PI控制器求取电流偏差值，根据所述电流偏差值调整所述风轮机风叶倾斜角度，使风轮机的输出电压Vi跟踪电网需求电压，输出相位跟踪所述相位。
9.如权利要求1所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于：所述变压器包括原边星形、副边三角形接线的三相变压器；所述整流电流包括三相全桥整流电流，其中每个桥路包括多个串联的晶体管。
10.如权利要求1所述的风力发电系统供电控制装置，其特征在于：所述boost变换器包括串联连接的电感和二极管，在所述电感及二极管的连接中点，通过三极管连接到接地端，所述三级管反向并联有二极管，所述三极管的基极接收所述控制器的PWM控制。
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Inventor after: Peng Jing Inventor after: Wang Jun Inventor after: Zhenfujun Inventor after: Liao Yuxiang Inventor after: Chen Haiyan Inventor after: Zhang Haijuan Inventor after: Sun Xiaoxuan Inventor after: Yu Hehe Inventor after: Liu Qingrui Inventor before: Liu Qingrui |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210608 Address after: 276002 No.97, jinqueshan 1st Road, Lanshan District, Linyi City, Shandong Province Applicant after: LINYI POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Address before: No. 210, Bocheng 4th Road, Boxing County, Binzhou City, Shandong Province Applicant before: Liu Qingrui |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |