CN1964181A

CN1964181A - 用于大风电机组在额定风速以上的恒功率控制方法

Info

Publication number: CN1964181A
Application number: CN 200610097485
Authority: CN
Inventors: 张海波; 刘伟; 洪峰
Original assignee: NANJING GUANYA POWER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NANJING GUANYA POWER EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2007-05-16

Abstract

用于大风电机组在额定风速以上的恒功率控制方法，在大风电发电机的输出端检测输出功率，用风机整体(1)的输出功率(Po)减去给定功率(P*)得到功率误差(ΔP)，功率误差(ΔP)的大小对应于定桨距角(β*)，变桨距机构根据给定桨距角(β*)调节实际桨距角(β)，根据输出对应的参考桨距角 (β*)；得桨距角误差Δβ＝β*－β；对风机浆叶控制Δβ桨距角误差，使叶片浆距角变化至β*。尤其将这个功率误差经PID调节算法计算出当前桨距角，而后根据变距结构的参数确定桨距变化速率。并将桨距角限制在额定范围内。在这一限定范围内，按照计算得到的桨距角调节风力机桨叶。

Description

用于大风电机组在额定风速以上的恒功率控制方法

一、技术领域

本发明涉及一种功率反馈闭环控制器，尤其涉及一种用于风力发电领域的变速恒频风电机组在额定风速以上的恒功率控制器。

二、背景技术

风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生能源，它的开发利用已经受到了世界各国的普遍重视。作为风力资源丰富的国家之一，我国在风力发电机组的国产化方面取得了较快的进展。其中，变速恒频风力发电机组与失速型风力发电机组相比，其中一个很大的优点是额定风速以上输出功率平稳。变速恒频风力发电机组运行在额定风速以上时，既要使额定功率点以上输出功率平稳，避免波动，又要使发电机组传动系统具有良好的柔性，同时还要考虑对风电机组实现有效保护。采用风力发电机组接入系统后，为保证机组输出的电压、功率稳定，采用了无功补偿、变浆距控制系统和异步发电机滑差调节控制联合工作的方法。

张启柱申请的CN1266478.2可以无级改变浆叶角度的连接机构，由与主动轴固为一体的连接基座和浆叶根部的连接平台组成，所述的连接基座上设有按圆的轨迹设置的“”形槽，连接平台上设有用于固定的圆孔。浆叶的连接平台与连接基座通过连接螺杆和螺帽固定在一起，浆叶调整角度时，连接螺杆的螺杆头可以在连接基座的水平槽中移动。

克林特·科尔曼申请的CN88101156.8风力涡轮桨距控制毂，变桨距控制风力涡轮毂中一个壳体将一对有间距的平行叶片调桨轴线限制在一个平面中，这平面和该两调桨轴线间的中点附近的转子轴线相交，一对叶片轴，支承在该壳上，围绕相应的调桨轴线至少作一部分旋转，一个齿轮系(装置)在该两调桨轴线(在该转子轴线的一侧)之间横向连接，将该叶片轴直拉连接作逆旋转，以承受叶片的交变负荷，并使两叶片的桨距角度互相关连，将该叶片轴向一个标定的起动桨距角度偏压，以承受叶片的总负荷，主动决定运转时的桨距角度。

为提高风机的运行可靠性.获得较高的风能利用系数和不断优化的功率曲线.风力发电机组浆叶多设计成变浆距结构，有可能出现风轮过速时，由风机液压系统提供变浆距和对风机浆叶控制，每分钟使叶片浆距角变化，这样使过速不超过范围而以恒功率输出。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的是提出一种功率反馈闭环控制器，来实现大风电机组在额定风速以上的恒功率控制。

2、技术方案：

为了达到上述的发明目的，本发明的功率反馈闭环控制器在大风电机组中采用变桨距控制技术，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片功角，从而改变风电机组获得的空气动力转距，使机组功率输出保持稳定。

用于大风电在额定风速以上的恒功率控制方法，在大风电发电机的输出端检测输出功率，用风机整体(1)的输出功率(Po)减去给定功率(P^*)得到功率误差(ΔP)，功率误差(ΔP)的大小对应于定桨距角(β^*)，变桨距机构根据给定桨距角(β^*)调节实际桨距角(β)，根据输出对应的参考桨距角(β^*)；得桨距角误差Δβ＝β^*-β；对风机浆叶控制Δβ桨距角误差，使叶片浆距角变化至β^*。

采用输入功率误差进行控制，其误差调节环节(4)的输出送PID调节器(5)，PID调节器(5)的计算结果得到给定桨距角(β^*)。

程序算法包括输入误差调节环节(4)对输入的功率误差(ΔP)进行限幅和整定，输出限幅(6)。采用离散控制方式，在每分钟至每半分钟间隔进行叶片浆距的角误差输出控制。

基于风力发电机组电控系统工作于恶劣的自然环境和强电磁干扰中，对控制系统的可靠性和抗干扰性要求很高，在技术方案中采用数字控制芯片做为中央控制器。在控制器中使用PID控制算法，采集当前发电机输出功率，与给定功率相比得到功率误差。将这个功率误差经PID调节算法计算出当前桨距角，而后根据变距结构的参数确定桨距变化速率。并将桨距角限制在额定范围内。在这一限定范围内，按照计算得到的桨距角调节风力机桨叶。

3、有益效果：本发明的优点是：

1)桨距角变化速率在液压系统允许的范围内变化；

2)桨距角的变化与风速的变化趋势一样；

3)实现了发电机输出功率在额定功率附近平滑变化，保持了恒功率。

四、附图说明

图1是采用本发明的用于大风电在额定风速以上的恒功率控制器的系统框图；

图2是本发明的用于大风电在额定风速以上恒功率控制的控制流程图。

五、具体实施方式

如图1所示，采用本实施例的恒功率控制的大风电系统，包括风机整体1的输出功率Po减去给定功率P^*得到功率误差ΔP，功率误差ΔP经数字控制3后得到给定桨距角β^*，变桨距机构根据给定桨距角β^*调节实际桨距角β，实际桨距角的输出经风机整体得到输出功率Po。其中数字控制3的程序算法包括输入误差调节环节4对输入的功率误差ΔP进行限幅和整定，输入误差调节环节4的输出送PID调节器5，PID调节器5的计算结果经输出限幅6得到给定桨距角β^*。数字控制3进行程序计算的流程图如图2所示。Δβ＝β^*-β。

如图2所示，采用本实施例的用于大风电在额定风速以上的恒功率控制器的程序流程图，包括如下步骤：

1)得到发电机当前的输出功率Po的采样值；

2)得到当前桨距角的采样值；

3)进行PID计算和相应的输入输出处理；

4)输出参考桨距角β^*；

5)计算桨距角误差Δβ＝β^*-β；

1)6)输出计算结果；

叶片桨距角度由风机液压系统提供变浆距提供，对风机浆叶控制，使叶片浆距角变化，这样使过速不超过范围而以恒功率输出。可以在每分钟或每半分钟进行叶片浆距的输出，通过控制液压系统的液压缸工作距离决定叶片浆距角的大小变化。

实际桨距角的输出经风机整体得到输出功率Po。其中数字控制3的程序算法包括输入误差调节环节4对输入的功率误差ΔP进行限幅和整定，输入误差调节环节4的输出送PID调节器5，PID调节器5的计算结果经输出限幅6得。

图2是一种实施例，计算变浆距β^*，将功率误差经PID调节算法计算出当前桨距角，而后根据变距结构的参数确定桨距变化速率。并将桨距角限制在额定范围内。在这一限定范围内，按照计算得到的桨距角调节风力机桨叶。输出电压值可以同时对应速率，用于通过控制液压系统的液压缸工作决定叶片浆距角的大小变化。

Claims

1、一种用于大风电在额定风速以上的恒功率控制方法，其特征在于：在大风电发电机的输出端检测输出功率，用风机整体(1)的输出功率(Po)减去给定功率(P^*)得到功率误差(ΔP)，功率误差(ΔP)的大小对应于定桨距角(β^*)，变桨距机构根据给定桨距角(β^*)调节实际桨距角(β)，根据输出对应的参考桨距角(β^*)；得桨距角误差Δβ＝β^*-β；对风机浆叶控制Δβ桨距角误差，使叶片浆距角变化至β^*。

2、根据权利要求1所述的用于大风电在额定风速以上的恒功率控制方法，其特征在于采用输入功率误差进行控制，其误差调节环节(4)的输出送PID调节器(5)，PID调节器(5)的计算结果得到给定桨距角(β^*)。

3、根据权利要求1所述的用于大风电在额定风速以上的恒功率控制方法，其特征在于程序算法包括输入误差调节环节(4)对输入的功率误差(ΔP)进行限幅和整定，输出限幅(6)。

4、根据权利要求1所述的用于大风电在额定风速以上的恒功率控制方法，其特征在于采用离散控制方式，在每分钟至每半分钟间隔进行叶片浆距的角误差输出控制。