一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法，当低于额定风速时，风电系统的控制器依靠调节发电机的反力矩让转速追随风速的改变，寻求最佳的叶尖速比，此时将其视作跟踪问题来处理；在额定风速以上时，系统的变桨距结构开始工作，通过调节桨距角，从而限制风力机能量的获取，进而保证风力机输出围绕在额定值附近。本发明专利技术能够在不同风况下设计出具有强稳定性的控制器，使其在低风况下能实现风能的最大转换，高风况能保持输出功率的恒定，从而向电网输送安全可靠的电能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制方法，具体是一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法。
技术介绍
随着社会的发展，能源和环境问题成为了全世界各国一项亟待解决的问题，可持续能源的开发便成为了全世界各国首要的任务。以煤、石油、天然气为主的化石能源不止严重短缺，更为重要的是会造成严重的环境污染，威胁到人类社会的安全和发展，因此开发无污染的可再生能源已刻不容缓。在可再生能源领域里，风力发电以其相对低廉的成本消耗得到了快速发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法，当低于额定风速时，风电系统的控制器依靠调节发电机的反力矩让转速追随风速的改变，寻求最佳的叶尖速比，此时将其视作跟踪问题来处理；在额定风速以上时，系统的变桨距结构开始工作，通过调节桨距角，从而限制风力机能量的获取，进而保证风力机输出围绕在额定值附近，减小系统的失速负荷值；变桨距风力发电机组的功率调节是通过变桨距系统控制桨距角b的变化来实现的，在低于额定风速时，风力发电机组的输出功率低于额定功率，此时将桨距角设置为零，则整个机组的运行状态与定桨距风力发电机组无异，当风速变化时，发电机的输出功率也会发生变化，在风力发电机组处于高风速区域时，此时它的输出功率高于额定功率，变桨距机构便开始工作。作为本专利技术再进一步的方案：以水平轴风力机为研究对象，只考虑水平方向的风速而忽略三维的风向变化对风力机的影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术能够在不同风况下设计出具有强稳定性的控制器，使其在低风况下能实现风能的最大转换，高风况能保持输出功率的恒定，从而向电网输送安全可靠的电能。附图说明图1为风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法的时序图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例中，一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法，当低于额定风速时，风电系统的控制器依靠调节发电机的反力矩让转速追随风速的改变，寻求最佳的叶尖速比，此时将其视作跟踪问题来处理；在额定风速以上时，系统的变桨距结构开始工作，通过调节桨距角，从而限制风力机能量的获取，进而保证风力机输出围绕在额定值附近，减小系统的失速负荷值；变桨距风力发电机组的功率调节是通过变桨距系统控制桨距角b的变化来实现的，在低于额定风速时，风力发电机组的输出功率低于额定功率，此时将桨距角设置为零，则整个机组的运行状态与定桨距风力发电机组无异，当风速变化时，发电机的输出功率也会发生变化，在风力发电机组处于高风速区域时，此时它的输出功率高于额定功率，变桨距机构便开始工作；以水平轴风力机为研究对象，只考虑水平方向的风速而忽略三维的风向变化对风力机的影响。本专利技术的工作原理是：风力发电机实现变速控制，其主要目的是使系统在进行能量转换的同时，能够通过变速控制系统调节发电机转速，使得外部风轮转动时能够追踪风速变化，进而对整个风力机的输入功率实现调节作用。相较于恒速风力发电机组，变速风力发电机组的优势有：(1)当处于低风速时，它可以在运行过程中依据风速的变化来调节转速，以实现最大风能的捕获，提高系统的效率；(2)当处于高风速时，它可以根据风轮转速的变化来储存或释放一些能量，从而输出更加平稳的功率，因此变速风力发电机组将取代恒速风力发电机组成为风力发电的一个发展趋势，被大范围的应用在大型风力发电机组中。变速风力发电机组的控制是由两个阶段实现完成的。当低于额定风速时，风电系统的控制器依靠调节发电机的反力矩让转速追随风速的改变，从而寻求最佳的叶尖速比，此时将其视作跟踪问题来处理；在额定风速以上时，系统的变桨距结构开始工作，通过调节桨距角，从而限制风力机能量的获取，进而保证风力机输出围绕在额定值附近，尽量减小系统的失速负荷值。要完成上述控制过程，变速风力发电机组主要依靠两类控制器，一类是以控制发电机转速为目标的电力电子类控制器；另一类是用于调节桨角距的变桨距系统。根据理论分析，由于功率与风速的立方成正比，因此输出的功率是不存在极限的。但在实际应用中，风电机组的工作还要受其机械设备、物理性能、风车承压能力等等条件的限制，因此，实际的风电机组输出功率是有一定的额度限制的。主要体现着以下两点：1)功率限制，存在于风力发电机组中的所有电路及电力电子器件都有其自身的额定功率，超出了额定功率，该器件便不能继续工作；2)转速限制，风力发电机组中的所有旋转部件都存在自身可以承受的最大的机械强度。如图1所示，当风速为v2时，发电机工作在A2点，此时发电机的转速为1200转/分，而风力机工作点在A1。此时风力机的机械功率大于电功率，点A1和点A2之间的功率差值使转速增大。曲线P随转速增大而增大，而目标功率也在逐步增大。与此同时，opt风力机的工作点沿曲线v2的轨迹进行变化，当工作点A1、A2都在A3点处重合时，风力机输入功率与发电机的输出功率达到平衡。在风速为v3时，发电机工作在B2点，风力机工在作Bl点。因为发电机的负荷比风力机产生的机械功率大，所以风轮得转速会减小。此时发电机的功率会因为风轮转速的减小沿着P曲线不断的变化修正，而风力机的输出功率也会沿着v3曲线改变。同时opt风轮功率与发电机功率之间的偏差会随着风轮转速的减小而缩小，最后二者将在B3点处重合。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法，其特征在于，当低于额定风速时，风电系统的控制器依靠调节发电机的反力矩让转速追随风速的改变，寻求最佳的叶尖速比，此时将其视作跟踪问题来处理；在额定风速以上时，系统的变桨距结构开始工作，通过调节桨距角，从而限制风力机能量的获取，进而保证风力机输出围绕在额定值附近，减小系统的失速负荷值；变桨距风力发电机组的功率调节是通过变桨距系统控制桨距角b 的变化来实现的，在低于额定风速时，风力发电机组的输出功率低于额定功率，此时将桨距角设置为零，则整个机组的运行状态与定桨距风力发电机组无异，当风速变化时，发电机的输出功率也会发生变化，在风力发电机组处于高风速区域时，此时它的输出功率高于额定功率，变桨距机构便开始工作。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的回路补偿增益调度控制方法，其特征在于，当低于额定风速时，风电系统的控制器依靠调节发电机的反力矩让转速追随风速的改变，寻求最佳的叶尖速比，此时将其视作跟踪问题来处理；在额定风速以上时，系统的变桨距结构开始工作，通过调节桨距角，从而限制风力机能量的获取，进而保证风力机输出围绕在额定值附近，减小系统的失速负荷值；变桨距风力发电机组的功率调节是通过变桨距系统控制桨距角b的变化来实现的，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金杰，程广明，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23