專利名稱：變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行控制方法，特別是涉及一種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)電是重要的潔凈能源，其開發(fā)利用日益受到重視。目前，變槳距技術(shù)在大型風(fēng)力發(fā)電機組中已廣泛使用，適當(dāng)?shù)淖儤刂撇呗钥梢允癸L(fēng)力發(fā)電機葉片處于更好的流動狀態(tài)下以獲得更多的風(fēng)能，從而在發(fā)電功率上得到可觀的變槳距效益；另外一方面，還可以有效地減小風(fēng)輪推力及葉根彎矩等氣動載荷，從而減小風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計對強度、疲勞的要求，增加風(fēng)力發(fā)電機運行的可靠性。因此，變槳距控制技術(shù)也逐漸引起了本領(lǐng)域技術(shù)人員的極大地重視。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)根據(jù)風(fēng)況不同可分為四種不同的階段，請參閱圖ι所示，分別是恒速并網(wǎng)(切入)階段、最大Cp階段，額定轉(zhuǎn)速階段和額定功率階段當(dāng)?shù)竭_(dá)切入風(fēng)速時，發(fā)電機以最小轉(zhuǎn)速切入，此時風(fēng)力發(fā)電機運行在很大的葉尖速比下，在該階段，發(fā)電機保持最小轉(zhuǎn)速；隨著風(fēng)速的提高，葉尖速比逐漸減小，當(dāng)葉尖速比達(dá)到最佳葉尖速比時，風(fēng)力發(fā)電機運行進(jìn)入第二個階段，即最大Cp階段，在該階段電機通過對轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)使得風(fēng)力發(fā)電機始終運行在最佳Cp的狀態(tài)；當(dāng)電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，風(fēng)力發(fā)電機運行進(jìn)入第三個階段，在額定轉(zhuǎn)速下，風(fēng)力發(fā)電機葉尖速比隨著風(fēng)速的提高而逐漸降低，并不斷的偏離最佳葉尖速比，在該階段，風(fēng)力發(fā)電機運行功率系數(shù)明顯降低，但由于風(fēng)速不斷提高，風(fēng)力發(fā)電機功率逐漸向額定狀態(tài)靠近；在達(dá)到額定狀態(tài)時，風(fēng)力發(fā)電機保持電機額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，并通過變槳控制使電機維持在恒功率狀態(tài)。在這四個階段中，不同的變槳控制策略會使風(fēng)力發(fā)電機運行在不同的Cp- λ曲線上，通常情況下，在額定轉(zhuǎn)速階段葉片槳距角保持為零度，在額定轉(zhuǎn)速階段，風(fēng)能較大，但該階段風(fēng)力發(fā)電機運行已偏離最佳Cp。由此可見，如何能創(chuàng)設(shè)一種可保證變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段保持最佳功率的新的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，已成為當(dāng)前業(yè)界極需研究的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，使其可保證變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段保持最佳功率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，包括以下步驟A.求解風(fēng)力發(fā)電機在不同槳距角下對應(yīng)的Cp-λ曲線；B.找出 Cp-λ曲線族最大的外包絡(luò)線Cpmax-X及不同葉尖速比所對應(yīng)的葉片槳距角；C.在額定轉(zhuǎn)速階段，根據(jù)來流風(fēng)速求解出風(fēng)力發(fā)電機運行的葉尖速比；D.根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角，使得風(fēng)力發(fā)電機運行在Cp-λ曲線族的外包絡(luò)線上。采用這樣的設(shè)計后，本發(fā)明可保證變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段保持最佳功率，從而可轉(zhuǎn)化更多的風(fēng)能在低海拔下，可以在一定程度上提高發(fā)電量；在高海拔下， 更可在大幅提高發(fā)電功率的同時，大幅減小風(fēng)輪載荷，提高風(fēng)力發(fā)電機運行的安全可靠性， 具有重要的工程意義。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機在不同槳距角下的Cp-λ曲線圖。圖2是本發(fā)明具體實施例的來流風(fēng)速-葉片槳距角曲線圖。圖3是本發(fā)明具體實施例額定轉(zhuǎn)速變槳后風(fēng)機運行的Cp-λ曲線圖。圖4是本發(fā)明具體實施例風(fēng)機運行的Ct-X曲線圖。圖5是本發(fā)明具體實施例額定轉(zhuǎn)速階段提前變槳后風(fēng)機運行的CMy-X曲線圖。圖6是本發(fā)明具體實施例在海平面高度下的靜態(tài)功率曲線圖。圖7是本發(fā)明具體實施例在不同海拔高度下的靜態(tài)功率曲線圖。圖8是本發(fā)明具體實施例額定功率前在不同海拔高度下風(fēng)輪推力隨風(fēng)速的變化圖。圖9是本發(fā)明具體實施例額定功率前在不同海拔高度下葉根揮舞彎矩隨風(fēng)速的變化圖。
具體實施例方式在額定轉(zhuǎn)速階段(低于最佳葉尖速比區(qū)域)，不同槳距角對應(yīng)的Cp-λ曲線存在一個功率最優(yōu)的包絡(luò)線，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機運行在該包絡(luò)線時，風(fēng)力發(fā)電機可轉(zhuǎn)化更多的風(fēng)能。要得到該包絡(luò)線，首先要準(zhǔn)確的求解出特定風(fēng)力機在不同槳距角下對應(yīng)的Cp-λ曲線。給定葉尖速比λ，功率系數(shù)Cp可通過下列步驟求出1.誘導(dǎo)因子的求解。(1)假設(shè)軸向誘導(dǎo)因子a和周向誘導(dǎo)因子b的初值，可取為0。(2)計算入流角。入流角
權(quán)利要求
1.一種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，其特征在于包括以下步A.求解風(fēng)力發(fā)電機在不同槳距角下對應(yīng)的Cp-λ曲線；B.找出Cp-λ曲線族最大的外包絡(luò)線Cpmax-λ及不同葉尖速比所對應(yīng)的葉片槳距角；C.在額定轉(zhuǎn)速階段，根據(jù)來流風(fēng)速求解出風(fēng)力發(fā)電機運行的葉尖速比；D.根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角，使得風(fēng)力發(fā)電機運行在Cp-λ曲線族的外包絡(luò)線
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，其特征在于所述的步驟C中，葉尖速比λ = QR/U，其中Ω為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，R為風(fēng)輪半徑，U為來流風(fēng)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，其特征在于所述的步驟A的求解過程包括Al.誘導(dǎo)因子的求解，(1)假設(shè)軸向誘導(dǎo)因子a和周向誘導(dǎo)因子b的初值，(2)根據(jù)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，其特征在于所述的步驟D 在額定轉(zhuǎn)速階段初期，逆向變槳，槳距角保持為負(fù)； 隨著風(fēng)速的增加，葉片順向變槳，槳距角由負(fù)值向正值過渡； 在額定功率前，槳葉過渡至正的槳距角； 當(dāng)額定風(fēng)速繼續(xù)增加時，葉片順槳幅度增大。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段的變槳控制方法，包括以下步驟A.求解風(fēng)力發(fā)電機在不同槳距角下對應(yīng)的Cp-λ曲線；B.找出Cp-λ曲線族最大的外包絡(luò)線Cpmax-λ及不同葉尖速比所對應(yīng)的葉片槳距角；C.在額定轉(zhuǎn)速階段，根據(jù)來流風(fēng)速求解出風(fēng)力發(fā)電機運行的葉尖速比；D.根據(jù)葉尖速比調(diào)整葉片槳距角，使得風(fēng)力發(fā)電機運行在Cp-λ曲線族的外包絡(luò)線上。本發(fā)明可保證變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速階段保持最佳功率，從而可轉(zhuǎn)化更多的風(fēng)能在低海拔下，可以在一定程度上提高發(fā)電量；在高海拔下，更可在大幅提高發(fā)電功率的同時，大幅減小風(fēng)輪載荷，提高風(fēng)力發(fā)電機運行的安全可靠性，具有重要的工程意義。
文檔編號F03D7/00GK102562453SQ20121005218
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者代海濤, 秦明, 葛銘緯 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司