風力發(fā)電機組的控制方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機組的控制方法和系統(tǒng)，并網(wǎng)時在環(huán)境風速未達并網(wǎng)風速前，僅使同步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電且使其輸出功率大于其額定功率并自動切入“超發(fā)”狀態(tài)，直至異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，再使異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，并控制同步發(fā)電機的輸出功率降至其額定功率；脫網(wǎng)時在風速低于并網(wǎng)風速后，保持異步發(fā)電機繼續(xù)變轉(zhuǎn)差率以形成并網(wǎng)脫網(wǎng)滯環(huán)區(qū)間。本發(fā)明能充分解決低風速和高風速等各風速條件下的風能利用問題，提高風能利用效率，可避免其頻繁并網(wǎng)脫網(wǎng)而降低機組壽命。
【專利說明】
風力發(fā)電機組的控制方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術(shù)控制領(lǐng)域，特別涉及一種風力發(fā)電機組的控制方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于永磁電機的風輪通過聯(lián)軸器直接與電機輸入軸相連接，其發(fā)電機轉(zhuǎn)速隨風速而改變，需采用多級低速永磁電機，所以機組設(shè)計容量的增大，給電機設(shè)計和加工制造帶來了不少困難，投資成本高;而異步電機的風輪通過增速機與電機輸入軸相連接，允許其在同步轉(zhuǎn)速上下30 %范圍內(nèi)運行，但是當?shù)拓摵蛇\行時，風能利用系數(shù)低，機組效率低。
[0003]所以，目前大型風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)型式多采用永磁同步發(fā)電機和異步發(fā)電機組合的形式，以結(jié)合二者的優(yōu)點、避開二者的短處，提高風力利用效率，并減少投資成本。但是，在永磁電機機組已并網(wǎng)發(fā)電，甚至已達到額定功率時，異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速還未達到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，此階段可能導(dǎo)致人為棄風，降低風能利用效率或?qū)е庐惒诫姍C頻繁并網(wǎng)脫網(wǎng)，如何解決該階段的風力利用問題，是目前亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提出一種風力發(fā)電機組的控制方法和系統(tǒng)，能夠充分解決同步發(fā)電機發(fā)電后感應(yīng)電機并網(wǎng)前的風能利用問題，能夠有效提高風能利用效率，避免人為的“棄風”。
[0005]—方面，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機組的控制方法，所述風力發(fā)電機組包括同步發(fā)電機和異步發(fā)電機，包括下述并網(wǎng)控制的步驟:
[0006]I)在環(huán)境風速小于機組切入風速VO時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速達到機組切入風速VO開始將同步發(fā)電機并網(wǎng)；當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過同步發(fā)電機實現(xiàn)最大功率輸出；
[0007]2)當環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2后，控制異步發(fā)電機并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降至額定功率，使得同步發(fā)電機和異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電。
[0008]進一步地，所述步驟I)的詳細步驟包括:
[0009]1.1)當環(huán)境風速在待機風速下時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速上升至機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機并網(wǎng)；
[0010]1.2)當環(huán)境風速上升至機組切入風速V0、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，且當風速增加至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，同步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率；
[0011 ] 1.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，同步發(fā)電機輸出功率大于其額定功率處于超發(fā)狀態(tài)，當環(huán)境風速等于并網(wǎng)風速V2時跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。
[0012]進一步地，所述步驟2)的詳細步驟包括:
[0013]2.1)當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2后，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，對異步發(fā)電機進行軟起、并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降低為其額定功率，異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率加載發(fā)電自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；
[0014]2.2)當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機的輸出功率為其額定功率，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；當風速增加至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4時，異步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率；
[0015]2.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、機組切出風速V5之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電；
[0016]2.4)在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時，則將風力發(fā)電機組停機。
[0017]進一步地，包括下述脫網(wǎng)控制的步驟:
[0018]SI)在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時將風力發(fā)電機組停機；
[0019]S2)當環(huán)境風速下降至機組切出風速V5、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電；
[0020]S3)當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化;當環(huán)境風速等于預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，將異步發(fā)電機脫網(wǎng)；
[0021 ] S4)當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl、機組切入風速VO之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，當環(huán)境風速下降至到機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機脫網(wǎng)，風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)。
[0022]進一步地，還包括監(jiān)測所述風力發(fā)電機組所處環(huán)境的環(huán)境風速，根據(jù)環(huán)境風速的變化情況來判定當前執(zhí)行并網(wǎng)控制或脫網(wǎng)控制的步驟，如果環(huán)境風速增加，則執(zhí)行并網(wǎng)控制，如果環(huán)境風速減少，則執(zhí)行脫網(wǎng)控制。
[0023]另一方面，在風速低于異步發(fā)電機并網(wǎng)風速后，為了保持異步發(fā)電機繼續(xù)變轉(zhuǎn)差率以形成并網(wǎng)脫網(wǎng)滯環(huán)區(qū)間，避免其頻繁并網(wǎng)脫網(wǎng)而降低機組壽命，本發(fā)明還提供一種風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，所述風力發(fā)電機組包括同步發(fā)電機和異步發(fā)電機，包括用于執(zhí)行并網(wǎng)控制的并網(wǎng)控制單元，所述并網(wǎng)控制單元包括:
[0024]低風速并網(wǎng)控制模塊，用于在環(huán)境風速小于機組切入風速VO時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速達到預(yù)設(shè)的機組切入風速VO開始將同步發(fā)電機并網(wǎng)；當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過同步發(fā)電機實現(xiàn)最大功率輸出；
[0025]高風速并網(wǎng)控制模塊，用于當環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2后，控制異步發(fā)電機并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降至額定功率，使得同步發(fā)電機和異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電。
[0026]進一步地，所述低風速并網(wǎng)控制模塊包括:
[0027]低風速并網(wǎng)切入子模塊，用于當環(huán)境風速在待機風速下時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速上升至機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機并網(wǎng)；
[0028]低風速并網(wǎng)風輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子模塊，用于當環(huán)境風速上升至機組切入風速V0、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，且當風速增加至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，同步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率；
[0029]低風速并網(wǎng)超發(fā)控制子模塊，用于當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，同步發(fā)電機輸出功率大于其額定功率處于超發(fā)狀態(tài)，當環(huán)境風速等于并網(wǎng)風速V2時跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。
[0030]進一步地，所述高風速并網(wǎng)控制模塊包括:
[0031]高風速并網(wǎng)切入子模塊，用于當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2后，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，對異步發(fā)電機進行軟起、并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降低為其額定功率，異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率加載發(fā)電自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；
[0032]高風速并網(wǎng)混合發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機的輸出功率為其額定功率，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；當風速增加至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4時，異步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率；
[0033]高風速并網(wǎng)額定功率發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、機組切出風速V5之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電；
[0034]高風速并網(wǎng)保護子模塊，用于在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時，則將風力發(fā)電機組停機。
[0035]進一步地，本發(fā)明還包括用于執(zhí)行脫網(wǎng)控制的脫網(wǎng)控制單元，所述脫網(wǎng)控制單元包括:
[0036]高風速脫網(wǎng)保護子模塊，用于在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時將風力發(fā)電機組停機；
[0037]高風速脫網(wǎng)額定功率發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速下降至機組切出風速V5、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電；
[0038]高風速脫網(wǎng)混合發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化;當環(huán)境風速等于預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，將異步發(fā)電機脫網(wǎng)；
[0039]高風速脫網(wǎng)切出子模塊，用于當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、機組切入風速VO之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，當環(huán)境風速下降至到機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機脫網(wǎng)，風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)。
[0040]進一步地，本發(fā)明還包括控制狀態(tài)檢測單元，所述控制狀態(tài)檢測單元包括:
[0041]實時風速檢測模塊，用于監(jiān)測所述風力發(fā)電機組所處環(huán)境的環(huán)境風速；
[0042]控制模式判斷模塊，用于根據(jù)環(huán)境風速的變化情況來判定當前執(zhí)行并網(wǎng)控制或脫網(wǎng)控制的步驟，如果環(huán)境風速增加，則執(zhí)行并網(wǎng)控制，如果環(huán)境風速減少，則執(zhí)行脫網(wǎng)控制。
[0043]本發(fā)明風力發(fā)電機組的控制方法具有下述優(yōu)點:本發(fā)明在環(huán)境風速小于機組切入風速VO時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速達到機組切入風速VO開始將同步發(fā)電機并網(wǎng)；當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過同步發(fā)電機實現(xiàn)最大功率輸出，當環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2后，控制異步發(fā)電機并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降至額定功率，使得同步發(fā)電機和異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，因此能在風力發(fā)電機組所處的當前風速未使異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速前，僅使同步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，使其輸出功率大于其額定功率后自動切入“超發(fā)”狀態(tài)，直至異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，再使異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，并控制同步發(fā)電機的輸出功率降至其額定功率，充分解決了異步發(fā)電機并網(wǎng)前、環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時的風能利用問題，能夠有效提高風力發(fā)電機組的風能利用效率。
[0044]本發(fā)明風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)為本發(fā)明風力發(fā)電機組的控制方法完全對應(yīng)的系統(tǒng)，因此同樣也具有本發(fā)明風力發(fā)電機組的控制方法的前述優(yōu)點，在此不再贅述。
【附圖說明】
[0045]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0046]圖1為本發(fā)明實施例的風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示例圖。
[0047]圖2為本發(fā)明實施例方法中并網(wǎng)控制的流程圖。
[0048]圖3為本發(fā)明實施例方法中并網(wǎng)過程中的監(jiān)測曲線。
[0049]圖4為本發(fā)明實施例方法中脫網(wǎng)控制的流程圖。
[0050]圖5為本發(fā)明實施例方法中并網(wǎng)過程中的監(jiān)測曲線。
[0051]圖6為本發(fā)明實施例方法中的并網(wǎng)脫網(wǎng)滯環(huán)區(qū)間示意圖。
【具體實施方式】
[0052]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0053]本發(fā)明的發(fā)明宗旨在于:針對包含永磁同步發(fā)電機和異步發(fā)電機兩種機組類型的風力發(fā)電機組，在風力發(fā)電機組所處的當前風速未使異步發(fā)電機升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速前，僅使永磁同步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，甚至使其輸出功率大于其額定功率后自動切入“超發(fā)”狀態(tài)，直至異步發(fā)電機升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，再使異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電，并控制永磁同步發(fā)電機的輸出功率降至其額定功率，以解決異步發(fā)電機并網(wǎng)前、環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時的風能利用問題，提高風力發(fā)電機組的風能利用效率。
[0054]具體的，本發(fā)明的優(yōu)選實施例是以圖1所示的風力發(fā)電機機組為例進行說明的。參見圖1可知，該風力發(fā)電機機組的同步發(fā)電機具體為兩臺永磁同步發(fā)電機PMSG(以下簡稱永磁電機G1/G2)，且其額定電流、額定功率、額定電壓、輸入轉(zhuǎn)速均相同;此外也可以采用電勵磁同步電機；該風力發(fā)電機機組的異步發(fā)電機則具體為兩臺型號相同的鼠籠式感應(yīng)電機SCIG(以下簡稱感應(yīng)電機G3/G4)，其額定電流、額定功率、額定電壓均相同。值得注意的，該永磁同步發(fā)電機和異步發(fā)電機的數(shù)量、種類、型號在此不作唯一限定，可由設(shè)計人員根據(jù)機組型號任意配置。
[0055]參見圖1，風輪I的輸出軸與增速箱2的低速軸連接，增速箱2的高速軸#1、高速軸#2分別與永磁電機G1/G2相連，增速箱2的高速軸#3、高速軸#4分別與感應(yīng)電機G3/G4相連，組成獨立的4套發(fā)電系統(tǒng)，機組的總功率P等于4套發(fā)電系統(tǒng)之和。永磁電機Gl和電網(wǎng)之間設(shè)有全功率變流器3#1，永磁電機G2和電網(wǎng)之間設(shè)有全功率變流器3#2。全功率變流器3#1和全功率變流器3#2結(jié)構(gòu)相同，均由串聯(lián)的并網(wǎng)接觸器31、變流單元32、第一并網(wǎng)斷路器33組成。感應(yīng)電機G3和電網(wǎng)之間串接有旁路斷路器4#1和第二并網(wǎng)斷路器5#1，感應(yīng)電機G4和電網(wǎng)之間串接有旁路斷路器4#2和第二并網(wǎng)斷路器5#2，旁路斷路器4#1上并聯(lián)有軟起裝置6#1，旁路斷路器4#2上并聯(lián)有軟起裝置6#2。旁路斷路器4#1和第二并網(wǎng)斷路器5#1、旁路斷路器4#2和第二并網(wǎng)斷路器5#2根據(jù)感應(yīng)電機G3和感應(yīng)電機G4配置，全功率變流器3#1和全功率變流器3#2則根據(jù)永磁電機61和永磁電機62配置。本實施例中，假設(shè)以下條件成立:丨1 =丨2，丨3 =14，？(61)=?(62)，？(63)=卩(64)，感應(yīng)電機63和感應(yīng)電機64的同步轉(zhuǎn)速為1500印111。
[0056]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作進一步詳細說明。
[0057]如圖2所示，本實施例風力發(fā)電機組的控制方法包括下述并網(wǎng)控制的步驟:
[0058]I)在環(huán)境風速小于機組切入風速VO時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速達到機組切入風速VO開始將永磁電機并網(wǎng)；當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過永磁電機實現(xiàn)最大功率輸出；
[0059]2)當環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2后，控制感應(yīng)電機并網(wǎng)，將永磁電機的輸出功率降至額定功率，使得永磁電機和感應(yīng)電機并網(wǎng)發(fā)電。
[0060]本實施例中，當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過永磁電機實現(xiàn)最大功率輸出，因此能夠能在風力發(fā)電機組所處的當前風速未使感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速前，僅使永磁電機并網(wǎng)發(fā)電，使其輸出功率大于其額定功率后自動切入“超發(fā)”狀態(tài)，直至感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速升至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，再使感應(yīng)電機并網(wǎng)發(fā)電，并控制永磁電機的輸出功率降至其額定功率，充分解決了感應(yīng)電機并網(wǎng)前、環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時的風能利用問題，提高風能利用效率。
[0061 ]本實施例中，步驟I)的詳細步驟包括:
[0062]1.1)當環(huán)境風速在待機風速下時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速上升至機組切入風速VO時，將永磁電機并網(wǎng)；
[0063]1.2)當環(huán)境風速上升至機組切入風速V0、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，且當風速增加至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，永磁電機的輸出功率達到額定功率；
[0064]1.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，永磁電機輸出功率大于其額定功率處于超發(fā)狀態(tài)，當環(huán)境風速等于并網(wǎng)風速V2時跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。
[0065]本實施例要解決的技術(shù)問題是需要解決永磁電機達到滿功率，但未達到感應(yīng)電機并網(wǎng)轉(zhuǎn)速前，風速(VI，V2)時的風能利用問題，本實施例通過前述步驟1.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，永磁電機輸出功率大于其額定功率處于超發(fā)狀態(tài)，采用永磁電機“超發(fā)”模式解決感應(yīng)電機并網(wǎng)前風速(VI，V2)時風能利用問題，避免人為的“棄風”。
[0066]本實施例中，所述步驟2)的詳細步驟包括:
[0067]2.1)當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2后，感應(yīng)電機同步轉(zhuǎn)速，對感應(yīng)電機進行軟起、并網(wǎng)，將永磁電機的輸出功率降低為其額定功率，感應(yīng)電機變轉(zhuǎn)差率加載發(fā)電自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；
[0068]2.2)當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持永磁電機的輸出功率為其額定功率，控制感應(yīng)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化;當風速增加至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4時，感應(yīng)電機的輸出功率達到額定功率；
[0069]2.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、機組切出風速V5之間時，保持永磁電機、感應(yīng)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電；
[0070]2.4)在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時，則將風力發(fā)電機組停機。
[0071]參見圖3，橫軸表示當前風速V(m/s)，左邊縱軸表示輸出功率P(MW)，右邊縱軸表示電機轉(zhuǎn)速n/rpm，曲線a表示永磁電機的轉(zhuǎn)速，曲線b表示感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速，曲線c表示永磁電機的輸出功率，曲線d表示感應(yīng)電機的輸出功率。根據(jù)環(huán)境風速，可以將風力發(fā)電機組并網(wǎng)過程中的輸出功率進行分段:
[0072]Al)在機組切入風速VO以下時，輸出功率P為O。環(huán)境風速達到機組切入風速VO時，永磁電機GI /G2同時并網(wǎng)。
[0073]A2)環(huán)境風速在(V0，V1]區(qū)間時，通過全功率變流器3#1和3#2調(diào)節(jié)風輪I的轉(zhuǎn)速，使其工作在最佳葉尖速比(參見圖2中的曲線①)，使得風能轉(zhuǎn)換為電能效率最優(yōu)。當環(huán)境風速為預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，永磁電機G1/G2已經(jīng)達到額定功率。
[0074]A3)環(huán)境風速在(VI，V2)區(qū)間時，通過全功率變流器3#1和3#2調(diào)節(jié)風輪I的轉(zhuǎn)速，使其工作在最佳葉尖速比(參見圖2中的曲線②)，使得風能轉(zhuǎn)換為電能效率最優(yōu)，此時永磁電機G1/G2輸出功率大于額定功率，工作在超發(fā)狀態(tài)，達到此種工況下機組最大功率輸出，避免人為的“棄風”。
[0075]A4)環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2時，感應(yīng)電機G3/G4接近同步轉(zhuǎn)速，第二并網(wǎng)斷路器5#1/5#2閉合、軟起裝置6#1/6#2投入，軟起過程完成后，閉合旁路斷路器4#1/4#2斷開軟起裝置6#1/6#2，完成感應(yīng)電機G3/G4并網(wǎng)，通過全功率變流器3#1和3#2將永磁電機G1/G2功率降至額定功率(參見圖2中的曲線③)，感應(yīng)電機G3/G4變轉(zhuǎn)差率加載發(fā)電(參見圖2中的曲線
(11))，自動適應(yīng)機組吸收功率的變化。
[0076]A5)環(huán)境風速在風速(V2，V4]時，永磁電機G1/G2以額定功率發(fā)電(參見圖2中的曲線④)，感應(yīng)電機G3/G4變轉(zhuǎn)差率發(fā)電(參見圖2中的曲線(12))，自動適應(yīng)機組吸收功率的變化。
[0077]A6)環(huán)境風速在風速(V4，V5]時，永磁電機G1/G2、感應(yīng)電機G3/G4都以額定功率發(fā)電(參見圖2中的曲線⑤、(15))，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片槳距角保證機組以額定功率發(fā)電。
[0078]A7)環(huán)境風速大于機組切出風速V5時，機組停機保護。
[0079]如圖4所示，本實施例還包括下述脫網(wǎng)控制的步驟:
[0080]SI)在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時將風力發(fā)電機組停機；
[0081 ] S2)當環(huán)境風速下降至機組切出風速V5、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持永磁電機、感應(yīng)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電；
[0082]S3)當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，控制感應(yīng)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化;當環(huán)境風速等于預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，感應(yīng)電機接近同步轉(zhuǎn)速，將感應(yīng)電機脫網(wǎng)；
[0083]S4)當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl、機組切入風速VO之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，當環(huán)境風速下降至到機組切入風速VO時，將永磁電機脫網(wǎng)，風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)。
[0084]參見圖5，橫軸表示當前風速V(m/s)，左邊縱軸表示輸出功率P(MW)，右邊縱軸表示電機轉(zhuǎn)速n/rpm，曲線a表示永磁電機的轉(zhuǎn)速，曲線b表示感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)速，曲線c表示永磁電機的輸出功率，曲線d表示感應(yīng)電機的輸出功率。根據(jù)環(huán)境風速，可以將風力發(fā)電機組脫網(wǎng)過程中的輸出功率進行分段:
[0085]BI)環(huán)境風速在風速[V5，V4)時，永磁電機G1/G2、感應(yīng)電機G3/G4都以額定功率發(fā)電(參見圖3中的曲線⑤、(15))，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片槳距角保證機組以額定功率發(fā)電。
[0086]B2)環(huán)境風速在風速[V4，V1)時，永磁電機G1/G2以額定功率發(fā)電(參見圖3中的曲線④、⑥)，感應(yīng)電機G3/G4變轉(zhuǎn)差率發(fā)電((參見圖3中的曲線(12)、(16))，自動適應(yīng)機組吸收功率的變化。
[0087]B3)環(huán)境風速在達到預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，感應(yīng)電機G3/G4接近同步轉(zhuǎn)速，斷開旁路斷路器4# I /4#2，感應(yīng)電機G3/G4脫網(wǎng)。
[0088]B4)環(huán)境風速在(￥1，￥0]時，通過全功率變流器3#1和3#2調(diào)節(jié)風輪轉(zhuǎn)速，使其工作在最佳葉尖速比(參見圖3中的曲線①)，風能轉(zhuǎn)換為電能效率最優(yōu)。
[0089]B5)環(huán)境風速在小于機組切入風速VO時，未達到機組并網(wǎng)風速，永磁電機G1/G2脫網(wǎng)待機。
[0090]將圖3的并網(wǎng)過程和圖5的脫網(wǎng)過程的輸出功率曲線合成，則可以得到圖6所示的并網(wǎng)、脫網(wǎng)過程輸出功率曲線。參見圖6可知，通過環(huán)境風速在風速[V4，V1)的脫網(wǎng)控制永磁電機G1/G2以額定功率發(fā)電(參見圖3中的曲線④、⑥)，感應(yīng)電機G3/G4變轉(zhuǎn)差率發(fā)電((參見圖3中的曲線(12)、(16))，自動適應(yīng)機組吸收功率的變化，使得風速Vl?V2為感應(yīng)電機G3\G4并網(wǎng)脫網(wǎng)滯環(huán)區(qū)間，避免了風速頻繁在Vl?V2變化時感應(yīng)電機G3/G4并網(wǎng)脫網(wǎng)，可避免其頻繁并網(wǎng)脫網(wǎng)而降低機組壽命及影響風能的利用效率
[0091 ]需要說明的是，環(huán)境風速實際上并非總是持續(xù)的增加或減少，因此實際上對風力發(fā)電機組的控制可能會是部分并網(wǎng)控制步驟和部分脫網(wǎng)控制步驟混雜的情況，因此本實施例還包括監(jiān)測所述風力發(fā)電機組所處環(huán)境的環(huán)境風速，根據(jù)環(huán)境風速的變化情況來判定當前執(zhí)行并網(wǎng)控制或脫網(wǎng)控制的步驟，如果環(huán)境風速增加，則執(zhí)行并網(wǎng)控制，如果環(huán)境風速減少，則執(zhí)行脫網(wǎng)控制。
[0092]上述風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)與上述控制方法對應(yīng)，其技術(shù)效果和【具體實施方式】在此不再贅述。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種風力發(fā)電機組的控制方法，所述風力發(fā)電機組包括同步發(fā)電機和異步發(fā)電機，其特征在于，包括下述并網(wǎng)控制的步驟: 1)在環(huán)境風速小于機組切入風速VO時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速達到機組切入風速VO開始將同步發(fā)電機并網(wǎng)；當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過同步發(fā)電機實現(xiàn)最大功率輸出； 2)當環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2后，控制異步發(fā)電機并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降至額定功率，使得同步發(fā)電機和異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機組的控制方法，其特征在于，所述步驟I)的詳細步驟包括: 1.1)當環(huán)境風速在待機風速下時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機并網(wǎng)； 1.2)當環(huán)境風速上升至機組切入風速V0、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，且當風速增加至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，同步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率； 1.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、預(yù)設(shè)的并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，同步發(fā)電機輸出功率大于其額定功率處于超發(fā)狀態(tài)，當環(huán)境風速等于并網(wǎng)風速V2時跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機組的控制方法，其特征在于，所述步驟2)的詳細步驟包括: 2.1)當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2后，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，對異步發(fā)電機進行軟起、并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降低為其額定功率，異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率加載發(fā)電自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化； 2.2)當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機的輸出功率為其額定功率，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化;當風速增加至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4時，異步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率； 2.3)當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、機組切出風速V5之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電； 2.4)在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時，則將風力發(fā)電機組停機。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機組的控制方法，其特征在于，包括下述脫網(wǎng)控制的步驟: 51)在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時將風力發(fā)電機組停機； 52)當環(huán)境風速下降至機組切出風速V5、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電； 53)當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；當環(huán)境風速等于預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，將異步發(fā)電機脫網(wǎng)； S4)當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl、機組切入風速VO之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，當環(huán)境風速下降至到機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機脫網(wǎng)，風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4所述的風力發(fā)電機組的控制方法，其特征在于，還包括監(jiān)測所述風力發(fā)電機組所處環(huán)境的環(huán)境風速，根據(jù)環(huán)境風速的變化情況來判定當前執(zhí)行并網(wǎng)控制或脫網(wǎng)控制的步驟，如果環(huán)境風速增加，則執(zhí)行并網(wǎng)控制，如果環(huán)境風速減少，則執(zhí)行脫網(wǎng)控制。6.—種風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，所述風力發(fā)電機組包括同步發(fā)電機和異步發(fā)電機，其特征在于，包括用于執(zhí)行并網(wǎng)控制的并網(wǎng)控制單元，所述并網(wǎng)控制單元包括: 低風速并網(wǎng)控制模塊，用于在環(huán)境風速小于機組切入風速VO時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速達到預(yù)設(shè)的機組切入風速VO開始將同步發(fā)電機并網(wǎng)；當環(huán)境風速在機組切入風速V0、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下通過同步發(fā)電機實現(xiàn)最大功率輸出； 高風速并網(wǎng)控制模塊，用于當環(huán)境風速達到并網(wǎng)風速V2后，控制異步發(fā)電機并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降至額定功率，使得同步發(fā)電機和異步發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述低風速并網(wǎng)控制豐吳塊包括: 低風速并網(wǎng)切入子模塊，用于當環(huán)境風速在待機風速下時風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)，當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機并網(wǎng)； 低風速并網(wǎng)風輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子模塊，用于當環(huán)境風速上升至機組切入風速V0、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，且當風速增加至預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，同步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率； 低風速并網(wǎng)超發(fā)控制子模塊，用于當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、并網(wǎng)風速V2之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，同步發(fā)電機輸出功率大于其額定功率處于超發(fā)狀態(tài)，當環(huán)境風速等于并網(wǎng)風速V2時跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述高風速并網(wǎng)控制豐吳塊包括: 高風速并網(wǎng)切入子模塊，用于當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2后，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，對異步發(fā)電機進行軟起、并網(wǎng)，將同步發(fā)電機的輸出功率降低為其額定功率，異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率加載發(fā)電自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化； 高風速并網(wǎng)混合發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速上升至并網(wǎng)風速V2、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機的輸出功率為其額定功率，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；當風速增加至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4時，異步發(fā)電機的輸出功率達到額定功率； 高風速并網(wǎng)額定功率發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速上升至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、機組切出風速V5之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電； 高風速并網(wǎng)保護子模塊，用于在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時，則將風力發(fā)電機組停機。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力發(fā)電機組的控制方法，其特征在于，還包括用于執(zhí)行脫網(wǎng)控制的脫網(wǎng)控制單元，所述脫網(wǎng)控制單元包括: 高風速脫網(wǎng)保護子模塊，用于在環(huán)境風速大于機組切出風速V5時將風力發(fā)電機組停機； 高風速脫網(wǎng)額定功率發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速下降至機組切出風速V5、預(yù)設(shè)的第二額定風速V4之間時，保持同步發(fā)電機、異步發(fā)電機的輸出功率均為其額定功率，通過變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片的槳距角以保證風力發(fā)電機組以額定功率發(fā)電； 高風速脫網(wǎng)混合發(fā)電子模塊，用于當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第二額定風速V4、預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl之間時，控制異步發(fā)電機變轉(zhuǎn)差率發(fā)電以自動適應(yīng)風力發(fā)電機組吸收功率的變化；當環(huán)境風速等于預(yù)設(shè)的第一額定風速Vl時，異步發(fā)電機接近同步轉(zhuǎn)速，將異步發(fā)電機脫網(wǎng)； 高風速脫網(wǎng)切出子模塊，用于當環(huán)境風速下降至預(yù)設(shè)的第一額定風速V1、機組切入風速VO之間時，調(diào)節(jié)風力發(fā)電機組的風輪轉(zhuǎn)速使其工作在最佳葉尖速比狀態(tài)下，當環(huán)境風速下降至到機組切入風速VO時，將同步發(fā)電機脫網(wǎng)，風力發(fā)電機組處于待機狀態(tài)。10.根據(jù)權(quán)利要求6?9所述的風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制狀態(tài)檢測單元，所述控制狀態(tài)檢測單元包括: 實時風速檢測模塊，用于監(jiān)測所述風力發(fā)電機組所處環(huán)境的環(huán)境風速； 控制模式判斷模塊，用于根據(jù)環(huán)境風速的變化情況來判定當前執(zhí)行并網(wǎng)控制或脫網(wǎng)控制的步驟，如果環(huán)境風速增加，則執(zhí)行并網(wǎng)控制，如果環(huán)境風速減少，則執(zhí)行脫網(wǎng)控制。
【文檔編號】F03D7/02GK106089579SQ201610431246
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張超, 左光群, 劉晨程
【申請人】三重型能源裝備有限公司, 三一重型能源裝備有限公司