專利名稱：一種補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前，變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中主要機(jī)型，其原因歸結(jié)為 1、在低風(fēng)速時(shí)可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪按照最佳葉尖速比運(yùn)行獲得最佳風(fēng)能利用系數(shù)Cpmax ;2、在高風(fēng)速時(shí)可以通過變槳控制限制氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使機(jī)組恒功率輸出。在風(fēng)電系統(tǒng)呈現(xiàn)時(shí)滯性和受干擾因素多、干擾頻率高的情況下，系統(tǒng)響應(yīng)速度的快速性和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最主要的不可控因素是隨機(jī)變化的風(fēng)速和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的滯后性，要消除兩者的影響，利用傳統(tǒng)的PID控制往往不能達(dá)到理想的效果。因此，補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后是實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組功率穩(wěn)定輸出的方式。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變槳距機(jī)構(gòu)、參數(shù)檢測模塊、主控制器、過壓保護(hù)模塊和變頻控制器。變槳距機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)、電動(dòng)推桿和變距軸；變槳電機(jī)通過電動(dòng)推桿和變距軸連接槳葉根部偏心盤，變槳距機(jī)構(gòu)根據(jù)主控制器的指令驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪槳葉，達(dá)到變槳的目的；過壓保護(hù)模塊包括DSP、電壓互感器、電流互感器、RS232接口、RJ45接口、調(diào)理單元、主控器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)芯片和端口隔離器件，電壓互感器和電流互感器的輸入端接至三相電網(wǎng)，電壓互感器和電流互感器輸出端接至調(diào)理單元輸入端，調(diào)理單元輸出端接至DSP的A/D轉(zhuǎn)換端口，DSP外接網(wǎng)絡(luò)接口芯片和RS232接口，網(wǎng)絡(luò)接口芯片連接網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)芯片輸入端，網(wǎng)絡(luò)接口芯片外接有存儲器，網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)芯片輸出端連接端口隔離器件，主控器經(jīng)RJ45接口接至隔離器件；過壓保護(hù)模塊保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)電流電壓過大，防止危險(xiǎn)發(fā)生；風(fēng)輪通過主軸與齒輪箱連接，齒輪箱通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相連，參數(shù)檢測模塊的輸入端分別通過溫度傳感器、測量槳距角的絕對值編碼器和測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增量式編碼器與齒輪箱、變槳電機(jī)和發(fā)電機(jī)連接，風(fēng)輪通過碼盤和接近開關(guān)與參數(shù)檢測模塊輸入端相連，以測量風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，參數(shù)檢測模塊的輸出端通過I/O模塊和交換機(jī)與主控制器的輸入端相連，主控制器的輸出端通過交換機(jī)分別與變槳距機(jī)構(gòu)的輸入端和變頻控制器的輸入端相連，變頻控制器的輸出端分別連接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器的輸入端，轉(zhuǎn)子側(cè)交流器的輸出端連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，電網(wǎng)側(cè)輸出端與變壓器相連，輸入三相電網(wǎng)。電網(wǎng)側(cè)變流器與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的直流母線側(cè)相連，保證兩者的直流側(cè)電壓相等。采用上述控制裝置的補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制方法，具體步驟如下步驟1 設(shè)置主控制器的初始參數(shù)，包括低速軸最高轉(zhuǎn)速、高速軸最高轉(zhuǎn)速、齒輪箱最高和最低溫度、發(fā)電機(jī)運(yùn)行最低和最高溫度；步驟2 測量當(dāng)前至少3分鐘的平均風(fēng)速V，判斷平均風(fēng)速ν與切入風(fēng)速Vin的大小，機(jī)組設(shè)計(jì)的時(shí)候根據(jù)葉片特性規(guī)定切入風(fēng)速，一般為3m/s-3. 5m/s ；若ν < vin,則不啟動(dòng)；若ν >vin，則開啟風(fēng)力發(fā)電機(jī)，此時(shí)測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)所需的最小轉(zhuǎn)速，則風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，執(zhí)行步驟3 ；反之，不并網(wǎng)，繼續(xù)空轉(zhuǎn)運(yùn)行；步驟3 測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在一分鐘內(nèi)持續(xù)大于額定轉(zhuǎn)速，則進(jìn)行變槳?jiǎng)幼?，否則，進(jìn)行步驟4;步驟4:根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性，主控制器給出指令使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在最佳葉尖速比下，以獲得最大輸出功率，計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置，其特征在于包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變槳距機(jī)構(gòu)、參數(shù)檢測模塊、主控制器、過壓保護(hù)模塊和變頻控制器；所述變槳距機(jī)構(gòu)包括變槳電機(jī)，電動(dòng)推桿和變距軸，變槳電機(jī)通過電動(dòng)推桿和變距軸連接槳葉根部偏心盤；所述過壓保護(hù)模塊包括DSP、電壓互感器、電流互感器、RS232接口、RJ45接口、調(diào)理單元、主控器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)芯片和端口隔離器件；風(fēng)輪通過主軸與齒輪箱連接，齒輪箱通過聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)相連，參數(shù)檢測模塊的輸入端分別通過溫度傳感器、測量槳距角的絕對值編碼器和測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增量式編碼器與齒輪箱、變槳電機(jī)和發(fā)電機(jī)連接，風(fēng)輪通過碼盤和接近開關(guān)與參數(shù)檢測模塊輸入端相連，以測量風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，參數(shù)檢測模塊的輸出端通過I/O模塊和交換機(jī)與主控制器的輸入端相連， 主控制器的輸出端通過交換機(jī)分別與變槳距機(jī)構(gòu)的輸入端和變頻控制器的輸入端相連，變頻控制器的輸出端分別連接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器的輸入端，轉(zhuǎn)子側(cè)交流器的輸出端連接發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，電網(wǎng)側(cè)輸出端與變壓器相連，輸入三相電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置，其特征在于 所述過壓保護(hù)模塊的連接如下電壓互感器和電流互感器的輸入端接至三相電網(wǎng)，電壓互感器和電流互感器輸出端接至調(diào)理單元輸入端，調(diào)理單元輸出端接至DSP的A/D轉(zhuǎn)換端口， DSP外接網(wǎng)絡(luò)接口芯片和RS232接口，網(wǎng)絡(luò)接口芯片連接網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)芯片輸入端，網(wǎng)絡(luò)接口芯片外接有存儲器，網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)芯片輸出端連接端口隔離器件，主控器經(jīng)RJ45接口接至隔離器件。
3.采用權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置的控制方法，其特征在于具體步驟如下步驟1 設(shè)置主控制器的初始參數(shù)，包括低速軸最高轉(zhuǎn)速、高速軸最高轉(zhuǎn)速、齒輪箱最高和最低溫度、發(fā)電機(jī)運(yùn)行最低和最高溫度；步驟2 測量當(dāng)前至少3分鐘的平均風(fēng)速v，判斷平均風(fēng)速ν與切入風(fēng)速Vin的大??；若 ν < Vin，則不啟動(dòng)；若ν >vin，則開啟風(fēng)力發(fā)電機(jī)，此時(shí)測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)所需的最小轉(zhuǎn)速，則風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，執(zhí)行步驟3;反之，不并網(wǎng)，繼續(xù)空轉(zhuǎn)運(yùn)行；步驟3 測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在一分鐘內(nèi)持續(xù)大于額定轉(zhuǎn)速，則進(jìn)行變槳?jiǎng)幼?，否則，進(jìn)行步驟4;步驟4 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性，主控制器給出指令使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在最佳葉尖速比下，以獲得最大輸出功率，計(jì)算公式如下
全文摘要
一種補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法，該控制裝置包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變槳距機(jī)構(gòu)、參數(shù)檢測模塊、主控制器、過壓保護(hù)模塊和變頻控制器。本發(fā)明通過提出補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制方法，減小轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)對整機(jī)的影響。一方面，該發(fā)明中加入前饋環(huán)節(jié)，大大消除了由轉(zhuǎn)矩控制引起的滯后和隨機(jī)風(fēng)速對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響，優(yōu)化了機(jī)組的功率輸出，提高了風(fēng)機(jī)控制子系統(tǒng)的響應(yīng)速度，另一方面，加入阻尼器以減少載荷沖擊對機(jī)組傳動(dòng)鏈的影響。通過本發(fā)明，可以減小轉(zhuǎn)矩控制引起的風(fēng)電機(jī)組響應(yīng)滯后和對傳動(dòng)鏈載荷的沖擊。
文檔編號H02P9/04GK102444541SQ201110382540
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者孫東華, 楊波, 王湘明, 董磊書, 郭成廣 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)自控技術(shù)研究所