CN112648141A - 一种串列式双风轮风电机组协同控制方法 - Google Patents

一种串列式双风轮风电机组协同控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串列式双风轮风电机组协同控制方法，属于风电控制技术领域。针对目前串列式双风轮机组在运行上未能解耦，运行效率偏低的问题，提出一种具有传动解耦的串列双风轮风电机组前后风轮协同控制策略，首先通过划分前后风轮的运行区间并确定最优出力值后，以风电机组整体出力最大为目标，通过调节前后风轮的转速及桨距角，进行前后风轮的出力协同控制。本发明以机组整机效率最高、载荷最低为控制目标，前后两风轮协同配合，使机组效率更高，高效区更宽，并网更加友好，可大幅度降低风电机组度电成本，提高机组并网特性。

Description

一种串列式双风轮风电机组协同控制方法
技术领域
本发明属于风电控制技术领域，具体涉及一种串列式双风轮风电机组协同控制方法。
背景技术
随着风电装机容量的快速发展，目前主流风电机组采用单风轮水平轴形式，且朝着大型化发展，但随着风电机组大型化发展，其核心关键技术受到诸多限制，迫切需要发展新形式高效风能转换装置。
串列式双风轮结构形式以其高效率、关键核心设备成熟而受到重视。但是现有报道的双风轮机组采用两风轮共轴或通过锥形齿轮连接至主轴。所述结构形式两风轮只能同转速，不能实现两风轮转速独立运行、前后风轮的协同控制进而导致两风轮不能在各自的高效区运行，导致所述机组整机效率偏低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种串列式双风轮风电机组协同控制方法，可提高风能利用率，降低风力发电机组度电成本。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种串列式双风轮风电机组协同控制方法，划分前后风轮的运行区间并确定最优出力值后，以风电机组整体出力最大为目标，通过调节前后风轮的转速及桨距角，进行前后风轮的出力协同控制。
优选地，调节前风轮和后风轮的桨距角时，前风轮叶片桨距角由前风轮变桨系统传感器反馈信号获得，后风轮叶片桨距角由后风轮变桨系统传感器反馈信号获得。
优选地，调节前风轮和后风轮的转速时，前风轮转速由双转子发电机外转子转速反馈信号获得，后风轮转速由双转子发电机内转子反馈信号获得。
进一步优选地，根据前风轮设计最佳尖速比，确定额定风速前不同风速对应的最佳转速，确定额定风速后不同风速对应的最佳桨距角，根据叶片极限载荷确定前风轮切出风速；根据后风轮设计最佳尖速比，确定后风轮额定风速前不同风速对应的最佳转速，确定额定风速后不同风速对应的最佳桨距角，根据叶片极限载荷确定后风轮切出风速。
优选地，通过调节变流器电流，来调节前风轮和后风轮各自的转速，进而通过双风轮功率的调节，使串列式双风轮风电机组的整体出力最大。
优选地，划分前后风轮的运行区间是根据前后风轮高效区所对应的风速段，以机组高效区最宽为目标，划分前后风轮的运行区间。
进一步优选地，运行区间划分时，后风轮的启动风速、额定风速和停机风速高于前风轮。
优选地，出力协同是通过改变前后风轮的转速、桨距角，达到功率最高、载荷最低的控制目标。
优选地，当遇到极端风况或停机风速时，通过控制后风轮为前风轮提供反向制动力矩；当电网出现电压跌落时，通过协调两风轮的电压，使后风轮继续运行。
优选地，前风轮功率曲线按常规单风轮机组设计，后风轮功率曲线具有冗余度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的串列式双风轮风电机组协同控制方法，针对目前串列式双风轮机组在运行上未能解耦，运行效率偏低的问题，提出一种具有传动解耦的串列双风轮风电机组前后风轮协同控制策略，通过划分前后风轮的运行区间并确定最优出力值后，以风电机组整体出力最大为目标，而不是以某一风轮出力为目标，通过调节前后风轮的转速及桨距角，进行前后风轮的出力协同控制。本发明从风力发电机组传动上实现了解耦，从而可实现前后风轮的独立控制，从而为协同控制从本质上提供了可能性；本发明以机组整机效率最高、载荷最低为控制目标，前后两风轮协同配合，使机组效率更高，高效区更宽，并网更加友好，可大幅度降低风电机组度电成本，提高机组并网特性。
进一步地，由于流体绕过前风轮后，风能被前风轮吸收，流入后风轮流体速度降低，所以相对于来流风速，前风轮与后风轮之间存在运行区间差。前风轮运行区间按常规风电机组设计，后风轮启动风速更高，相应的额定风速更大，停机风速也更高。
进一步地，在遇到极端风况或停机风速时，两风轮协调控制级通过控制后风轮为前风轮提供反向制动力矩，通过协同降载的策略，使机组载荷最小，保证机组安全。当电网出现电压跌落时，通过协调两风轮的电压，使后风轮继续运行，维持发电机电压等级，增加双风轮机组网源可调性。
进一步地，前风轮功率曲线按常规单风轮机组设计，后风轮功率曲线具有冗余度，能够通过协同控制两风轮的出力，最终使双风轮机组在额定功率前发电量更高，可适应更宽的风速段。
附图说明
图1为本发明的串列式双风轮风电机组协同控制方法的逻辑图；
图2为本发明的前后风轮最佳运行区间划分示意图；
图3为本发明的前后风轮发电功率示意图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的串列式双风轮风电机组协同控制方法，逻辑图如图1，双风轮风电机组系统控制策略包括：双风轮运行区间及前后风轮协同出力最优；前风轮最优出力设定，后风轮出力最优设定；前风轮变速变桨控制，后风轮变速变桨控制。
前风轮叶片桨距角由前风轮变桨系统传感器反馈信号获得，后风轮叶片桨距角由后风轮变桨系统传感器反馈信号获得。前风轮转速由双转子发电机外转子转速反馈信号获得，后风轮转速由双转子发电机内转子反馈信号获得。通过调节变流器电流，来调节双风轮各自转速，达到控制双风轮功率的目的。
通过调节前风轮转速及桨距角，调节前风轮出力。调节后风轮转速及桨距角，调节后风轮出力。通过调节前后风轮的转速和桨距角，使机组总体出力最大和载荷最小，而不局限于前风轮或后风轮某一风轮出力最大。进一步地，通过划分后风轮最优运行区间，得到机组总体的高效区更宽。前风轮功率曲线按常规单风轮机组设计，后风轮采用一定的冗余度设计，通过协同控制两风轮的出力，最终使双风轮机组在额定功率前发电量更高，可适应更宽的风速段。
根据前风轮设计最佳尖速比，确定额定风速前不同风速对应的最佳转速，确定额定风速后不同风速对应的最佳桨距角，根据叶片极限载荷确定前风轮切出风速；根据后风轮设计最佳尖速比，确定后风轮额定风速前不同风速对应的最佳转速，确定额定风速后不同风速对应的最佳桨距角，根据叶片极限载荷确定后风轮切出风速。
如图2，前风轮启动风速为V1min，额定风速为V1N，风轮最佳Cp1max运行区间为V1min与V1N之间，V1max为风轮切出风速，由机组极限载荷确定。
气流流过前风轮后，进入后风轮流体速度会降低，所以后风轮入流速度低于前风轮入流速度，后风轮启动风速为V2min，额定风速为V2N，风轮最佳Cp2max运行区间为V2min与V2N之间，后风轮启动风速和额定风速均高于前风轮。
双风轮机组的高效区比同容量单风轮机组更宽。
如图3，后风轮采用一定的冗余度设计，其额定功率对应的风速更高，采用这种控制策略，双风轮机组额定功率对应的风速更高，机组可在更宽的风速段保持高效区。
在遇到极端风况或停机风速时，两风轮协调控制级通过控制后风轮为前风轮提供反向制动力矩，通过协同降载的策略，使机组载荷最小，保证机组安全。当电网出现电压跌落时，通过协调两风轮的电压，使后风轮继续运行，维持发电机电压等级，增加双风轮机组网源可调性。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，划分前后风轮的运行区间并确定最优出力值后，以风电机组整体出力最大为目标，通过调节前后风轮的转速及桨距角，进行前后风轮的出力协同控制。
2.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，调节前风轮和后风轮的桨距角时，前风轮叶片桨距角由前风轮变桨系统传感器反馈信号获得，后风轮叶片桨距角由后风轮变桨系统传感器反馈信号获得。
3.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，调节前风轮和后风轮的转速时，前风轮转速由双转子发电机外转子转速反馈信号获得，后风轮转速由双转子发电机内转子反馈信号获得。
4.如权利要求3所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，根据前风轮设计最佳尖速比，确定额定风速前不同风速对应的最佳转速，确定额定风速后不同风速对应的最佳桨距角，根据叶片极限载荷确定前风轮切出风速；根据后风轮设计最佳尖速比，确定后风轮额定风速前不同风速对应的最佳转速，确定额定风速后不同风速对应的最佳桨距角，根据叶片极限载荷确定后风轮切出风速。
5.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，通过调节变流器电流，来调节前风轮和后风轮各自的转速，进而通过双风轮功率的调节，使串列式双风轮风电机组的整体出力最大。
6.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，划分前后风轮的运行区间是根据前后风轮高效区所对应的风速段，以机组高效区最宽为目标，划分前后风轮的运行区间。
7.如权利要求6所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，运行区间划分时，后风轮的启动风速、额定风速和停机风速高于前风轮。
8.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，出力协同是通过改变前后风轮的转速、桨距角，达到功率最高、载荷最低的控制目标。
9.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，当遇到极端风况或停机风速时，通过控制后风轮为前风轮提供反向制动力矩；当电网出现电压跌落时，通过协调两风轮的电压，使后风轮继续运行。
10.如权利要求1所述的串列式双风轮风电机组协同控制方法，其特征在于，前风轮功率曲线按常规单风轮机组设计，后风轮功率曲线具有冗余度。
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