專利名稱：一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)電機(jī)組在傳動鏈中采用了一種可變速比的齒輪箱，即其速比可按要求進(jìn)行控制，從而可實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪在按要求作變轉(zhuǎn)速運(yùn)行的條件下，使齒輪箱所拖動的發(fā)電機(jī)作恒速運(yùn)行。這種能力是通過在常規(guī)的齒輪箱的輸出端增加了一級差動行星級，并由伺服電機(jī)驅(qū)動該級的太陽輪來達(dá)到改變速比來實(shí)現(xiàn)的。這樣，風(fēng)電機(jī)組就可以采用常規(guī)的同步發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變速恒頻運(yùn)行。隨著風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)中的比重越來越大，電網(wǎng)對并入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能的要求越來越高。這些性能包括低電壓穿越能力、機(jī)組對電網(wǎng)無功功率支持的能力以及電壓波形畸變等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法和系統(tǒng)，使發(fā)電機(jī)組在盡可能寬的運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳葉尖速比來運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)組能捕獲更多的風(fēng)能。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法，當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速且小于臨界風(fēng)速時(shí)，其中臨界風(fēng)速小于額定風(fēng)速，包括以下步驟Al、按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳葉尖速比λ 44計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；Α2、根據(jù)公式η發(fā)電機(jī)=i*n風(fēng)計(jì)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，其中η發(fā)為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；A3、按照不同風(fēng)速下齒輪箱速比i計(jì)算出不同風(fēng)速時(shí)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；A4、通過計(jì)算得到不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線；A5、按照測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；A6、以對應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制；當(dāng)風(fēng)速等于臨界風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍以最佳葉尖速比λ 運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)速大于臨界風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ處于恒速運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速且小于切出風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速處于恒速運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行變槳控制，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。還包括以下步驟在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中增加伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩微分控制器，當(dāng)風(fēng)速突然變化形成傳動鏈轉(zhuǎn)矩波動較大時(shí)，通過控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速改變齒輪箱速比i，提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ，將瞬間增大的部分風(fēng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)輪的動能，達(dá)到減小傳動鏈轉(zhuǎn)矩峰值的目的。當(dāng)風(fēng)速大于臨界風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時(shí)，還包括以下步驟Bi、按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳葉尖速比λ ^^計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；Β2、根據(jù)公式計(jì)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，其中 Λ為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；Β3、按照齒輪箱不同風(fēng)速下速比i計(jì)算出不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；B4、通過計(jì)算得到不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線；B5、按照測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；B6、以對應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制，伺服電機(jī)反向以發(fā)電方式運(yùn)行。步驟B6中，伺服電機(jī)通過變頻器向電網(wǎng)送電。一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，包括風(fēng)輪、常規(guī)三級傳動齒輪箱、齒輪箱差動式輸出級、伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器、常規(guī)同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)，風(fēng)輪與常規(guī)三級傳動齒輪箱連接；常規(guī)三級傳動齒輪箱分別與齒輪箱差動式輸出級和伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副連接；伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器和電網(wǎng)依次連接；齒輪箱差動式輸出級與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)連接；常規(guī)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相連。還包括轉(zhuǎn)矩測量機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩微分控制器，轉(zhuǎn)矩測量機(jī)構(gòu)用于由伺服電機(jī)的電參數(shù)計(jì)算得到轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩微分控制器設(shè)置在變頻器內(nèi)，用于控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速。還包括發(fā)電機(jī)功率測量單元和發(fā)電機(jī)功率微分器。還包括變槳控制器，用于改變?nèi)~片槳距角，限制發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在3個(gè)不同的區(qū)域內(nèi)分別采取不同的控制策略， 使發(fā)電機(jī)組在盡可能寬的運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳葉尖速比來運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)組能捕獲更多的風(fēng)能。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，包括風(fēng)輪1、常規(guī)三級傳動齒輪箱2、齒輪箱差動式輸出級3、伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副4、伺服電機(jī)5、變頻器6、變壓器7、常規(guī)同步發(fā)電機(jī)8和電網(wǎng)9。其中風(fēng)輪與常規(guī)三級傳動齒輪箱連接，常規(guī)三級傳動齒輪箱分別與齒輪箱差動式輸出級和伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副連接，伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器和電網(wǎng)依次連接，齒輪箱差動式輸出級與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)連接，常規(guī)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接。還包括轉(zhuǎn)矩 測量機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩微分控制器，轉(zhuǎn)矩測量機(jī)構(gòu)可由伺服電機(jī)的電參數(shù)計(jì)算得到轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩微分控制器可設(shè)置在變頻器內(nèi)來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速。也可以用發(fā)電機(jī)功率測量單元和發(fā)電機(jī)功率微分器，來取代轉(zhuǎn)矩測量機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩微分控制器，但這時(shí)要用伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速-發(fā)電機(jī)功率曲線取代伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線。還可以包括變槳控制器，用于改變?nèi)~片槳距角，限制發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。如圖1所示，差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的技術(shù)原理是伺服電機(jī)受變頻器的控制，以便達(dá)到按要求改變齒輪箱速比的目的。控制的基本目的是使機(jī)組在盡可能寬的運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)(額定風(fēng)速以上另當(dāng)別論)按最佳葉尖速比來運(yùn)行，使機(jī)組能捕獲更多的風(fēng)能。為此，先參照常見的雙饋機(jī)組將整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍分為3個(gè)區(qū)域1區(qū)、 II區(qū)和III區(qū)，在3個(gè)不同的區(qū)域內(nèi)可分別采取不同的控制策略。3個(gè)區(qū)域的風(fēng)速V的范圍從小到大分別如下I區(qū)V切入< V < V臨界II區(qū)V臨界< V < V額定III區(qū)V額定< V < V切出上述V額定為機(jī)組達(dá)到額定功率時(shí)的風(fēng)速，為小于V額定的某個(gè)風(fēng)速。正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速滿足如下公式η發(fā)電機(jī)=土牝風(fēng)論(1)其中為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，i為齒輪箱的速比，Iimfe為風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。由于機(jī)組采用了常規(guī)同步發(fā)電機(jī)，故始終為常數(shù)，所以風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制實(shí)際上已轉(zhuǎn)化為齒輪箱速比i的控制，具體地說，已轉(zhuǎn)化為齒輪箱差動級伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制。本發(fā)明技術(shù)方案提出的控制方式有以下三種基本控制方式、改進(jìn)后的基本控制方式、 理想的控制方式。一、基本控制方式當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速且小于臨界風(fēng)速時(shí)，包括以下步驟Al、按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳葉尖速比λ 44計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；Α2、根據(jù)公式η發(fā)電機(jī)=i*n風(fēng)計(jì)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，其中η發(fā)為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；A3、按照齒輪箱速比i計(jì)算出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；A4、實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線；A5、按照測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；A6、以對應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制；當(dāng)風(fēng)速等于臨界風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以最佳葉尖速比λ 運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)速大于臨界風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ處于恒速運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速且小于切出風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速處于恒速運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行變槳控制，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。
也即按照風(fēng)速分成I區(qū)、II區(qū)和III區(qū)分別采取不同的控制方式。首先按照不同的控制方式，根據(jù)不同的葉尖速比λ要求算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。計(jì)算公式如下ηΛΛ=30λν/3 Κ ，其中，R 為風(fēng)輪半徑。1、I區(qū)控制方式在該區(qū)域內(nèi)可按最佳葉尖速比λ ^^算出各種不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)公式(1)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，并由此速比可計(jì)算出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 以此作為控制的目標(biāo)。這樣即可保證機(jī)組風(fēng)輪在I區(qū)按最高Cp值運(yùn)行。具體做法為在保證最佳葉尖速比λ 的條件下，按差動齒輪箱傳動結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線，在實(shí)際控制過程中按隨時(shí)測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩從已有的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)應(yīng)有的轉(zhuǎn)速，以此轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制即達(dá)到了控制目的。暫且將該控制方式稱為查曲線方式。2、臨界點(diǎn)的控制臨界點(diǎn)即為風(fēng)速為V11^的那點(diǎn)。在該點(diǎn)運(yùn)行時(shí)可用制動器將伺服電機(jī)制動，不作調(diào)節(jié)，這時(shí)機(jī)組仍將以最佳葉尖速比最佳運(yùn)行。3、II區(qū)控制方式在II區(qū)伺服電機(jī)仍處于被制動狀態(tài)。故齒輪箱將保持恒定的速比，機(jī)組風(fēng)輪將處于恒速運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)隨著風(fēng)速的增大，機(jī)組將逐漸偏離最佳葉尖速比λ 運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)速增大致額定風(fēng)速時(shí)，實(shí)際λ與最佳λ 的差值將達(dá)最大。即Cp值將有所降低。但實(shí)際上，由于V11^與Vgffi相差并不很大，故Cp值的減小量并不大。這一點(diǎn)與常規(guī)的雙饋機(jī)組的常用控制方式是一樣的。4、III區(qū)的控制方式在III區(qū)伺服電機(jī)仍處于被制動狀態(tài)。故齒輪箱將保持恒定的速比，機(jī)組風(fēng)輪將處于恒速運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)變槳控制器將投入運(yùn)行，保證機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。二、改進(jìn)后的基本控制方式與基本控制方式相比，改進(jìn)后的基本控制方式增加了當(dāng)風(fēng)速變化形成轉(zhuǎn)矩波動達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，轉(zhuǎn)矩微分控制器改變齒輪箱速比i，提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ，將瞬間的增大的部分風(fēng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)輪的動能的內(nèi)容。因?yàn)榛究刂品绞接幸粋€(gè)缺點(diǎn)，即這種控制方式造成在傳動鏈中的動載荷較大。 這是由于在運(yùn)行過程中，當(dāng)風(fēng)的突然變化形成大的轉(zhuǎn)矩波動時(shí)，控制器不能做出快速反應(yīng)以削減傳動鏈中的動載荷的峰值。為此對需對上述基本控制方式進(jìn)行改進(jìn)，具體方法為在保證原有的控制系統(tǒng)的控制功能外，對伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速另增加一個(gè)以傳動鏈轉(zhuǎn)矩微分為輸入信號的控制器，其輸入方向?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)使差動齒輪箱的速比減小。由公式(1) 可知，當(dāng)速比減小時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速將增大。所以當(dāng)引入轉(zhuǎn)矩微分控制器以后，當(dāng)風(fēng)的突然變化形成大的轉(zhuǎn)矩波動時(shí)，在基本控制器來不及進(jìn)行查曲線控制時(shí)，轉(zhuǎn)矩微分控制器已作出動作，改變了齒輪箱速比，造成風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加。實(shí)際上起到了將瞬間的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)輪的動能，這樣就起到了削減傳動鏈中動載荷的峰值的作用。為了實(shí)現(xiàn)上述削減傳動鏈中動載荷的峰值的作用，改進(jìn)后的基本控制方式在3個(gè)區(qū)域的控制方式為I區(qū)在原有基本控制方式的基礎(chǔ)上，對伺服電機(jī)另加一個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩微分控制器，轉(zhuǎn)矩微分控制器輸出方向如前所述，轉(zhuǎn)矩微分控制器的輸出可表示為 D(t) = _Kd*dI> /dt，其中 > 為伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，Kd為微分增益。由于傳動鏈中各處的轉(zhuǎn)矩是有固定的比例關(guān)系的，所以上式可用任何處的轉(zhuǎn)矩微分，公式中的負(fù)號表示增大時(shí)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)減小。臨界點(diǎn)與II區(qū)伺服電機(jī)保持以某一較低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以便接受轉(zhuǎn)矩微分控制器的輸出，達(dá)到削減傳動鏈中動載荷的峰值的目的，風(fēng)輪就靜態(tài)而言仍以恒速運(yùn)行。III區(qū)轉(zhuǎn)速控制同II區(qū)，此外增加變槳控制。三、理想的控制方式與改進(jìn)后的基本控制方式相比，理想的控制方式增加了以下內(nèi)容當(dāng)風(fēng)速大于臨界風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時(shí)和當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速且小于切出風(fēng)速時(shí)，還包括以下步驟Bi、按照發(fā)電機(jī)組最佳葉尖速比λ 44計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；Β2、根據(jù)公式η發(fā)電機(jī)=i*n風(fēng)計(jì)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，其中η發(fā)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；Β3、按照齒輪箱速比i計(jì)算出伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；B4、實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線；B5、按照測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速；B6、以對應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制，伺服電機(jī)反向以發(fā)電方式運(yùn)行，通過變頻器向電網(wǎng)送電。這是因?yàn)楦倪M(jìn)后的基本控制方式還有一個(gè)缺點(diǎn)，也就是在II區(qū)范圍內(nèi)，由于伺服電機(jī)以恒速運(yùn)行，也就是說風(fēng)輪以恒速運(yùn)行，但風(fēng)速仍在變化，所以機(jī)組不能始終保持以最佳葉尖速比λ 運(yùn)行。理想的控制方式是在II區(qū)范圍內(nèi)，按最佳葉尖速比λ最佳算出 II區(qū)范圍內(nèi)各種不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)式(1)算出所對應(yīng)的齒輪箱速比i，并由此速比可計(jì)算出差動級伺服電機(jī)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，以此作為轉(zhuǎn)速控制的給定值。這時(shí)只要計(jì)算得合適，可以使算出的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變方向，即伺服電機(jī)將反向并以發(fā)電機(jī)方式進(jìn)行運(yùn)行，伺服電機(jī)將通過變頻器向電網(wǎng)送電。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電功率將隨風(fēng)速的增大而增大，直至到額定風(fēng)速時(shí)為最大。理想的控制方式在各區(qū)域的控制策略分別為I區(qū)與改進(jìn)后的基本控制方式相同。臨界點(diǎn)伺服電機(jī)以接近零(不能等于零)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以便接受轉(zhuǎn)矩微分控制器的輸出，達(dá)到消減傳動鏈中動載荷的峰值的目的。II區(qū)在保證最佳葉尖速比λ最佳的條件下，按差動齒輪箱傳動結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算出不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線。在實(shí)際控制過程中按隨時(shí)測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩從已有的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)應(yīng)有的轉(zhuǎn)速，以此轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行 PI控制；實(shí)際上伺服電機(jī)反向以發(fā)電方式運(yùn)行。伺服電機(jī)同時(shí)接受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩微分控制器的控制，達(dá)到削減傳動鏈中動載荷的峰值的目的。III區(qū)伺服電機(jī)反向按照某轉(zhuǎn)速以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的增大而增大。 同時(shí)，變槳控制器投入運(yùn)行，以保證機(jī)組以額定負(fù)荷運(yùn)行。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法，其特征在于，當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速且小于臨界風(fēng)速時(shí)，其中臨界風(fēng)速小于額定風(fēng)速，包括以下步驟Al、按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳葉尖速比λ 44計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速； Α2、根據(jù)公式η·Λ= i*n^fe計(jì)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，其中Iiswa為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；A3、按照不同風(fēng)速下齒輪箱速比i計(jì)算出不同風(fēng)速時(shí)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速； A4、通過計(jì)算得到不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線； A5、按照測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速； A6、以對應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制； 當(dāng)風(fēng)速等于臨界風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍以最佳葉尖速比入λ佳運(yùn)行；當(dāng)風(fēng)速大于臨界風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ處于恒速運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速且小于切出風(fēng)速時(shí)，采用制動器將伺服電機(jī)制動，齒輪箱保持恒定的齒輪箱速比i，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ處于恒速運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行變槳控制，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法，其特征在于，還包括以下步驟在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中增加伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩微分控制器，當(dāng)風(fēng)速突然變化形成傳動鏈轉(zhuǎn)矩波動較大時(shí)，通過控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速改變齒輪箱速比i，提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)速ηΛΛ，將瞬間增大的部分風(fēng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)輪的動能，達(dá)到減小傳動鏈轉(zhuǎn)矩峰值的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法， 其特征在于，當(dāng)風(fēng)速大于臨界風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時(shí)，還包括以下步驟 Bi、按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳葉尖速比λ 44計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速； Β2、根據(jù)公式η·Λ= i*n^fe計(jì)算出不同風(fēng)輪轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的齒輪箱速比i，其中Iiswa為常規(guī)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；B3、按照齒輪箱不同風(fēng)速下速比i計(jì)算出不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速； B4、通過計(jì)算得到不同風(fēng)速下的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線； B5、按照測得的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從所述轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線查得伺服電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速； B6、以對應(yīng)的轉(zhuǎn)速作為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的給定值進(jìn)行PI控制，伺服電機(jī)反向以發(fā)電方式運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法，其特征在于，步驟B6中，伺服電機(jī)通過變頻器向電網(wǎng)送電。
5.一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括風(fēng)輪、常規(guī)三級傳動齒輪箱、齒輪箱差動式輸出級、伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器、常規(guī)同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)，風(fēng)輪與常規(guī)三級傳動齒輪箱連接；常規(guī)三級傳動齒輪箱分別與齒輪箱差動式輸出級和伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副連接；伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器和電網(wǎng)依次連接；齒輪箱差動式輸出級與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)連接；常規(guī)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括轉(zhuǎn)矩測量機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩微分控制器，轉(zhuǎn)矩測量機(jī)構(gòu)用于由伺服電機(jī)的電參數(shù)計(jì)算得到轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩微分控制器設(shè)置在變頻器內(nèi)，用于控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括發(fā)電機(jī)功率測量單元和發(fā)電機(jī)功率微分器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括變槳控制器，用于改變?nèi)~片槳距角，限制發(fā)電機(jī)組在額定功率下運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種差動齒箱調(diào)速型同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方法和系統(tǒng)，包括風(fēng)輪、常規(guī)三級傳動齒輪箱、齒輪箱差動式輸出級、伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器、常規(guī)同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)，風(fēng)輪與常規(guī)三級傳動齒輪箱連接，常規(guī)三級傳動齒輪箱分別與齒輪箱差動式輸出級和伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副連接，伺服電機(jī)輸出傳動齒輪副、伺服電機(jī)、變頻器、變壓器和電網(wǎng)依次連接，齒輪箱差動式輸出級與常規(guī)同步發(fā)電機(jī)連接，常規(guī)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，使發(fā)電機(jī)組在盡可能寬的運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳葉尖速比來運(yùn)行，使發(fā)電機(jī)組能捕獲更多的風(fēng)能。
文檔編號H02P9/00GK102305180SQ20111025629
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者施文江, 郭靖 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司