專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，特別是涉及一種帶有可變速比齒輪箱調(diào)速前端的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法。
背景技術(shù)：
隨著并網(wǎng)風(fēng)電場規(guī)模及風(fēng)電機(jī)組容量在電網(wǎng)中所占比例的不斷增大，為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電場可靠并網(wǎng)并保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定，電網(wǎng)對風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)要求將會越來越嚴(yán)苛。 這些要求包括低電壓穿越、電壓波形畸變、機(jī)組無功功率的支撐能力等。目前國內(nèi)風(fēng)電市場最主要的并網(wǎng)機(jī)型就是雙饋式及直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而這兩種風(fēng)電機(jī)組雖然采取了一些附加保護(hù)措施，但在滿足上述要求上特別是實(shí)際應(yīng)用方面仍存在難以克服的困難，目前尚無完整有效的解決方案，這嚴(yán)重影響了風(fēng)力發(fā)電作為重要可再生能源的進(jìn)一步開發(fā)利用。目前，國內(nèi)外已經(jīng)開始研制帶有前端調(diào)速裝置的新一代電網(wǎng)友好型風(fēng)電機(jī)組，該類型風(fēng)電機(jī)組前端帶有調(diào)速裝置對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，傳動鏈末端采用傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)，此舉能充分利用同步發(fā)電機(jī)比較成熟的勵(lì)磁控制策略，并且在在電網(wǎng)故障時(shí)通過施加強(qiáng)力磁增加勵(lì)磁電流來支撐電網(wǎng)電壓，增加風(fēng)電機(jī)組應(yīng)對電網(wǎng)故障的能力。該類電網(wǎng)友好型風(fēng)電機(jī)組中，調(diào)速裝置可以是液力耦合、電磁耦合或者可變速比齒輪箱中的一種。其中，可變速比齒箱是在傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組固定速比的增速齒輪箱輸出端增加一級行星差動調(diào)速機(jī)構(gòu)構(gòu)成的機(jī)械調(diào)速機(jī)構(gòu)，通過調(diào)速電機(jī)對差動調(diào)速機(jī)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)調(diào)速控制，可實(shí)現(xiàn)可變速比齒輪箱的連續(xù)無級調(diào)速和機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行控制。在沒有調(diào)速前端的風(fēng)電機(jī)組，如雙饋式風(fēng)電機(jī)組中，在達(dá)到額定功率之前，風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速亦發(fā)生變化，因此發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也相應(yīng)變化，此時(shí)通過實(shí)時(shí)檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速， 并根據(jù)實(shí)測的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，即可使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最佳功率曲線上；而對于友好型風(fēng)電機(jī)組例如帶有可變速比齒箱調(diào)速前端的風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速和同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速具有一一對應(yīng)的關(guān)系，在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后，同步發(fā)電機(jī)一直以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，在調(diào)速電機(jī)動作之前，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速并不發(fā)生任何變化，這使得調(diào)速電機(jī)沒有調(diào)速依據(jù)，即轉(zhuǎn)速無法作為整個(gè)風(fēng)電機(jī)組變速恒頻調(diào)節(jié)的觸發(fā)條件。由此可見，如何能實(shí)現(xiàn)帶有可變速比齒輪箱調(diào)速前端的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻調(diào)節(jié)，滿足變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行，提高并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，實(shí)屬當(dāng)前本領(lǐng)域的重要研究課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法， 使其可將轉(zhuǎn)矩作為帶有可變速比齒輪箱調(diào)速前端的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻調(diào)節(jié)的觸發(fā)條件，滿足變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行，提高并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，包括以下步驟:A.當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，調(diào)速電機(jī)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也發(fā)生相應(yīng)變化；B.在調(diào)速電機(jī)接到新的調(diào)速指令前，改變調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)而改變調(diào)速電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，以應(yīng)對變化的調(diào)速電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩；C.當(dāng)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流變化到一定程度時(shí)，計(jì)算其相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，并確定與該電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速值；D.將步驟C確定的最佳轉(zhuǎn)速值作為新的給定值對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)；E.當(dāng)風(fēng)輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速電機(jī)停止工作。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，步驟C中所述的確定與該轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速值，是通過查取調(diào)速電機(jī)最佳功率運(yùn)行轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線確定。所述的步驟B中改變調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流、步驟C中計(jì)算相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩、以及步驟D 中調(diào)速電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，均由變頻器完成。步驟E中所述的調(diào)速電機(jī)停止工作，是通過制動器鉗制調(diào)速電機(jī)的輸出軸實(shí)現(xiàn)。采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明無需對帶有差動齒箱調(diào)速前端的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行硬件上的任何改動，而只需將變速恒頻控制的調(diào)速依據(jù)由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改為調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩即可，并且滿足了變速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行，提高了并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，從而適于推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，是將轉(zhuǎn)矩作為調(diào)節(jié)依據(jù)對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行變速恒頻控制。風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后，風(fēng)輪、調(diào)速電機(jī)以及同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩都是具有一一對應(yīng)關(guān)系的，并且可變速比齒箱輸出軸及同步發(fā)電機(jī)都被電網(wǎng)頻率鎖定而以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)， 因此風(fēng)輪及調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速也是恒定的。當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速并不發(fā)生變化，僅有風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，因此調(diào)速電機(jī)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也發(fā)生相應(yīng)變化，由此造成調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化或有變化的趨勢。為了維持調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可改變調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流，進(jìn)而改變調(diào)速電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以平衡已變化的調(diào)速電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩。當(dāng)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流變化到一定程度時(shí)，計(jì)算其相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，并確定與該電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速值。將上述獲取的最佳轉(zhuǎn)速值作為新的給定值，對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，以應(yīng)對變化的風(fēng)速，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲。當(dāng)風(fēng)輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速電機(jī)停止工作。以下以風(fēng)速變大的情況舉例說明本發(fā)明的具體實(shí)施過程。假設(shè)并網(wǎng)后調(diào)速電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 ；，其負(fù)載機(jī)械轉(zhuǎn)矩為Tm，且有Te = Tm，轉(zhuǎn)速為 η ；同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩分別為叫、T1 ；風(fēng)輪上的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩分別η2、Τ2。當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，由于此時(shí)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速被電網(wǎng)頻率牽制，一直為Ii1 = 1500rpm, 因此風(fēng)輪轉(zhuǎn)速并不會發(fā)生變化仍為n2，而風(fēng)輪輸出轉(zhuǎn)矩變?yōu)門2' > T2，相應(yīng)的調(diào)速電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩變?yōu)門m' > Tffl0而此刻調(diào)速電機(jī)的調(diào)速目標(biāo)仍為n，因此變頻器會增大調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流i，相應(yīng)的增大其電磁轉(zhuǎn)矩為IV > Ty以平衡增大的機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tm'，達(dá)到轉(zhuǎn)速控制的目的。
當(dāng)調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流變化到一定范圍，如Δ > δ時(shí)，即可通過變頻器根據(jù)此時(shí)的轉(zhuǎn)矩電流i ’ = i+Δ i計(jì)算出此時(shí)的調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩T/，并根據(jù)T/查取事先得到的調(diào)速電機(jī)最佳功率運(yùn)行轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線，得到新的轉(zhuǎn)速值η'。將η'作為新的給定值通過變頻器轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。如果風(fēng)速持續(xù)增大，則按上述方法一直對調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此不斷改變可變速比齒箱的變速比，使同步發(fā)電機(jī)一直運(yùn)行在同步轉(zhuǎn)速的情況下完成整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的變速恒頻控制，直到風(fēng)輪轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速電機(jī)輸出軸被制動器鉗制不轉(zhuǎn)，此時(shí)可變速比齒箱就相當(dāng)于一個(gè)固定速比的傳統(tǒng)齒箱。至此，該風(fēng)電機(jī)組切入風(fēng)速以上、額定轉(zhuǎn)速以下的最大風(fēng)能追蹤控制過程結(jié)束。在風(fēng)速變小的情況下，該調(diào)節(jié)過程類似。其中，調(diào)速電機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線是通過對整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的最佳功率曲線折算而來，可以通過對調(diào)速電機(jī)實(shí)測獲取，也可以測取發(fā)電機(jī)或風(fēng)力機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)調(diào)速電機(jī)、風(fēng)力機(jī)和同步發(fā)電機(jī)三者之間的關(guān)系計(jì)算獲取。調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流的變化范圍的S 可通過事先估算結(jié)合多次試驗(yàn)試湊獲取。本發(fā)明提供了一種帶有齒箱調(diào)速前端的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，其以調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩作為變速恒頻調(diào)速的依據(jù)，利用調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流，通過變頻器計(jì)算得到調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩，查取事先根據(jù)最優(yōu)功率曲線得到的調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線，獲取新的轉(zhuǎn)速值，并以此作為變頻器轉(zhuǎn)速控制的給定值對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，使得風(fēng)電機(jī)組在同步發(fā)電機(jī)一直以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的情況下完成變速恒頻控制，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)后的最大風(fēng)能捕獲，并且提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，其特征在于包括以下步驟A.當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，調(diào)速電機(jī)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也發(fā)生相應(yīng)變化；B.在調(diào)速電機(jī)接到新的調(diào)速指令前，改變調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流，進(jìn)而改變調(diào)速電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，以應(yīng)對變化的調(diào)速電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩；C.當(dāng)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流變化到一定程度時(shí)，計(jì)算其相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，并確定與該電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速值；D.將步驟C確定的最佳轉(zhuǎn)速值作為新的給定值對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)；E.當(dāng)風(fēng)輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速電機(jī)停止工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，其特征在于步驟C中所述的確定與該轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速值，是通過查取調(diào)速電機(jī)最佳功率運(yùn)行轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，其特征在于所述的步驟B中改變調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流、步驟C中計(jì)算相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩、以及步驟D中調(diào)速電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，均由變頻器完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，其特征在于步驟E中所述的調(diào)速電機(jī)停止工作，是通過制動器鉗制調(diào)速電機(jī)的輸出軸實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后的變速恒頻控制方法，包括以下步驟當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，調(diào)速電機(jī)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也發(fā)生相應(yīng)變化；改變調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流，從而改變調(diào)速電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使其與調(diào)速電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩相平衡；當(dāng)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流變化到一定程度時(shí)，計(jì)算其相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，并確定與該電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速值；將此最佳轉(zhuǎn)速值作為新的給定值對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)；當(dāng)風(fēng)輪達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速電機(jī)停止工作。本發(fā)明只需將變速恒頻控制的調(diào)速依據(jù)由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改為調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)矩，滿足了電網(wǎng)友好型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行，提高了并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，從而適于推廣應(yīng)用。
文檔編號H02P27/06GK102361427SQ201110259248
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者張凱, 潘磊, 紀(jì)國瑞 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司