风力发电系统及其控制方法技术方案

风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将机械能转换成电能的双馈感应发电机、用于将电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器及变压器，发电机的定子通过变压器连接到电网。当来自发电机的转子的测量到的转速反馈值低于转子的原始切入转速时，通过确定转换器的直流母线电压余量，基于确定出的直流母线电压余量来确定出转换器的直流母线电压设定值以及基于确定出的直流母线电压设定值来控制转换器；和/或通过增加变压器的变压比以降低来自电网的电网电压，来降低转子的切入转速。

Wind power generation system and control method thereof

The wind power generation system for wind turbines, mechanical energy is used to convert mechanical energy into electrical energy of the doubly fed induction generator, for converting electrical energy into the expected power converter and transformer to supply power for the stator of the generator is connected to the grid through a transformer. When the rotor from the generator to the measurement of the original starting value is lower than the speed feedback of rotation speed of the rotor, by determining the DC bus voltage margin converter, to determine the DC bus voltage converter set value and a preset value to control the converter based on the DC bus voltage was determined based on the DC bus voltage margin is determined; and / or by increasing the voltage ratio of transformer to reduce the voltage from the power grid, to reduce the starting speed of rotor.

【技术实现步骤摘要】
风力发电系统及其控制方法
本专利技术大体涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电系统及用于控制该风力发电系统的方法。
技术介绍
随着全球能源资源的日益短缺及环境污染的日益严峻，清洁可再生能源，特别是风能已经得到快速发展。风力涡轮机在该方面备受关注。已知风力涡轮机的运行与风速有关。例如，风力涡轮机具有用于确定风力发电系统的运行状态的预定的风速阈值。其中一个这样的阈值为切入风速，其被定义为风力发电系统开始发电的风速。另一个阈值为切出风速，其被定义为风力涡轮机能够运行而传递电力的最高风速。通常，在风速高于切出风速时，将停止发电。基于国际电工技术委员会(InternationalElectro-technicalCommission，IEC)标准，将风区划分为四类：一类风区(在该风区的平均风速在8.5米/秒到10米/秒的范围内)、二类风区(在该风区的平均风速在7.5米/秒到8.5米/秒的范围内)、三类风区(在该风区的平均风速在6.0米/秒到7.5米/秒的范围内)、以及四类风区(在该风区的平均风速低于6.0米/秒)。在过去，大部分的技术开发都集中在中高速风区。
技术实现思路
因此，有必要提供用于控制能够运行在低风区时的风力发电系统的系统及方法。本专利技术的一个方面在于提供一种用于控制风力发电系统的方法。所述风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将所述机械能转换成电能的双馈感应发电机、以及用于将所述电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器。所述方法包括：当来自所述发电机的转子的测量到的转速反馈值低于所述转子的原始切入转速时，确定出所述转换器的直流母线电压余量，其中，所述转子的所述原始切入转速包括用于从所述风力涡轮机产生电力的默认较低阈值速度；基于所述确定出的直流母线电压余量来确定出所述转换器的直流母线电压设定值；以及基于所述确定出的直流母线电压设定值来控制所述转换器，从而降低所述转子的切入转速。本专利技术的另一个方面在于提供一种用于控制风力发电系统的方法。所述风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将所述机械能转换成电能的双馈感应发电机、用于将所述电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器、以及有载调压变压器，所述发电机的定子通过所述有载调压变压器连接到所述电网。所述方法包括：当来自所述发电机的转子的测量到的转速反馈值低于所述转子的原始切入转速时，增加所述有载调压变压器的变压比以降低来自所述电网的电网电压，从而降低所述转子的切入转速。所述有载调压变压器的所述变压比被定义为所述变压器的原边绕组与副边绕组的变压比。所述转子的原始切入转速包括用于从所述风力涡轮机产生电力的默认较低阈值速度。本专利技术的又一个方面在于提供一种风力发电系统。所述风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将所述机械能转换成电能的双馈感应发电机、用于将所述电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器以及控制器。所述控制器用于当来自所述发电机的转子的测量到的转速反馈值低于所述转子的原始切入转速时，确定出所述转换器的直流母线电压余量，基于所述确定出的直流母线电压余量来确定出所述转换器的直流母线电压设定值，并且，基于所述确定出的直流母线电压设定值来控制所述转换器，从而降低所述转子的切入转速，其中，所述转子的所述原始切入转速包括用于从所述风力涡轮机产生电力的默认较低阈值速度。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：图1是根据本专利技术的一个具体实施方式的示意性风力发电系统的示意图；图2是图1的示意性风力发电系统的另一个示意图；图3是根据本专利技术的一个具体实施方式的示意性转速计算模块的示意图；图4是图1的示意性DFIG的等效电路；图5是根据本专利技术的一个具体实施方式的涡轮控制单元和转换器控制单元的示意图；图6是根据本专利技术的另一个具体实施方式的涡轮控制单元和转换器控制单元的示意图；图7是根据本专利技术的一个具体实施方式的示意性转换器控制单元的示意图；图8根据本专利技术的一个具体实施方式的用于控制风力发电系统的示意性方法的流程图；以及图9示出如何计算出图1的DFIG的转子的动态切入转速的步骤。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本专利技术所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本专利技术的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本专利技术的披露。除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。图1示出根据本专利技术的一个具体实施方式的示意性风力发电系统的示意图。如图1所示，示意性风力发电系统100可以包括风力涡轮机1、双馈感应发电机(DoublyFedInductionGenerator，DFIG)、转换器3及控制器4。风力涡轮机1接收风能并且产生机械能。在一些具体实施方式中，风力发电系统100还可以包括位于风力涡轮机1与DFIG之间的变速箱5。变速箱5能够将机械能传输成更合适的机械力以驱动转子轴20。DFIG2能够将机械能转换成电能，并包括转子21和定子22。DFIG2的转子21可以连接到转子轴20，并且能够通过转子轴20在机械力的作用下被旋转。DFIG2的定子22可以机械地连接到转子21，并且可以通过变压器7连接到电网6。转换器3用于将电能转换成期望的电能用于供应至电网6，并且可以包括转子侧转换器31、网侧转换器32以及用于连接转子侧转换器31和网侧转换器32的直流母线(DCLink)33。转子侧转换器31可以包括AC-DC转换器，其用于将来自DFIG2的转子21的交流(AlternatingCurrent，AC)电压转换成直流母线33上的直流(DirectCurrent，DC)母线电压。直流母线33可以包括串联或并联连接的一个或多个电容，其用于将直流母线电压维持在一定水平，因此，能够管理从直流母线33至电网6的电能。网侧转换器32可以包括DC-AC逆变器，其用于将直流母线33上的直流母线电压转换成具有合适的频率、相位及幅值用于馈入到电网6的交流电压。变压器7用于提供来自转换器3的功率及来自DFIG2的定子22的功率的电压或电流变换，并且提供在转换器3和电网6之间以及在DFIG2和电网6之间的隔离。变压器7用于将从网侧转换器31及DFIG2的定子22输出的交流电压幅值升高以匹配电网6。变压器7可以包括连接到电网6的原边绕组71和与定子22及网侧转换器32连接的副边绕组72。在一个可选的具体实施方式中，变压器7可以为有载调压变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制风力发电系统的方法，其中，所述风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将所述机械能转换成电能的双馈感应发电机、以及用于将所述电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器，所述方法包括：当来自所述发电机的转子的测量到的转速反馈值低于所述转子的原始切入转速时，确定出所述转换器的直流母线电压余量，其中，所述转子的所述原始切入转速包括用于从所述风力涡轮机产生电力的默认较低阈值速度；基于所述确定出的直流母线电压余量来确定出所述转换器的直流母线电压设定值；及基于所述确定出的直流母线电压设定值来控制所述转换器，从而降低所述转子的切入转速。

【技术特征摘要】
1.一种用于控制风力发电系统的方法，其中，所述风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将所述机械能转换成电能的双馈感应发电机、以及用于将所述电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器，所述方法包括：当来自所述发电机的转子的测量到的转速反馈值低于所述转子的原始切入转速时，确定出所述转换器的直流母线电压余量，其中，所述转子的所述原始切入转速包括用于从所述风力涡轮机产生电力的默认较低阈值速度；基于所述确定出的直流母线电压余量来确定出所述转换器的直流母线电压设定值；及基于所述确定出的直流母线电压设定值来控制所述转换器，从而降低所述转子的切入转速。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：计算出所述转子的动态切入转速；当所述转速反馈值达到所述转子的所述动态切入转速时，根据所述转速反馈值产生所述发电机的扭矩命令；及基于所述转子的所述转速反馈值和所述扭矩命令来确定出所述直流母线电压余量。3.根据权利要求2所述的方法，其中，计算出所述转子的所述动态切入转速包括：确定出所述转子的转速余量；及从所述转子的所述原始切入转速中减去所述转子的所述转速余量，从而获得所述转子的所述动态切入转速。4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述转子的所述转速余量包括：基于所述转子的计算出的动态切入转速、来自所述电网的电网电压、分配给所述风力涡轮机的无功功率命令、以及根据所述转子的所述计算出的动态切入转速从第一查找表中得到的所述发电机的目标有功功率来计算出转子电压估算值；将所述计算出的转子电压估算值限制在转子电压最大值与转子电压最小值的范围内；基于限制后的转子电压估算值来计算出所述转换器的直流母线电压需求值；根据所述无功功率命令和所述目标有功功率从第二查找表中确定出所述转换器的目标直流母线电压最大值；及基于所述计算出的直流母线电压需求值和所述确定出的目标直流母线电压最大值来获得所述转子的所述转速余量。5.根据权利要求4所述的方法，其中，获得所述转子的所述转速余量包括：从所述目标直流母线电压最大值中减去所述直流母线电压需求值，从而获得直流母线电压余量估算值；将转子电压反馈值与所述转子电压最大值进行比较；基于比较结果来限制所述直流母线电压余量估算值；以及基于限制后的直流母线电压余量估算值来获得所述转子的所述转速余量。6.根据权利要求2所述的方法，其还包括：基于所述转子的所述转速反馈值和所述扭矩命令来计算出所述发电机的输出有功功率；及使用所述发电机的所述计算出的输出有功功率和分配给所述风力涡轮机的无功功率命令从第三查找表中确定出所述直流母线电压余量。7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述转换器的所述直流母线电压设定值包括：将所述确定出的直流母线电压余量增加到在所述转子的所述原始切入转速下的所述转换器的原始直流母线电压最大值中，从而产生增加后的直流母线电压最大值；及基于所述增加后的直流母线电压最大值、转子侧调制指数和调制指数设定值来确定出所述转换器的所述直流母线电压设定值。8.一种用于控制风力发电系统的方法，其中，所述风力发电系统包括用于产生机械能的风力涡轮机、用于将所述机械能转换成电能的双馈感应发电机、用于将所述电能转换成期望的电能用于供应至电网的转换器、以及有载调压变压器，所述发电机的定子通过所述有载调压变压器连接到所述电网，所述方法包括：当来自所述发电机的转子的测量到的转速反馈值低于所述转子的原始切入转速时，增加所述有载调压变压器的变压比以降低来自所述电网的电网电压，从而降低所述转子的切入转速，其中，所述有载调压变压器的所述变压比被定义为所述变压器的原边绕组与副边绕组的变压比，所述转子的所述原始切入转速包括用于从所述风力涡轮机产生电力的默认较低阈值速度。9.根据权利要求8所述的方法，其中，增加所述变压比包括：确定出所述转换器的直流母线电压余量估算值；当所述确定出的直流母线电压余量估算值小于预定值时，计算出所述变压器的目标变压比；及基于所述目标变压比来控制所述变压器，从而来增加所述变压器的所述变压比。10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述转换器的所述直流母线电压余量估算值包括：基于所述转子的计算出的动态切入转速、所述电网电压、分配给所述风力涡轮机的无功功率命令、以及根据所述转子的所述计算出的动态切入转速从第一查找表中得到的所述发电机的目标有功功率来计算出转子电压估算值；将所述计算出的转子电压估算值限制在转子电压最大值与转子电压最小值的范围内；基于限制后的转子电压估算值来计算出所述转换器的直流母线电压需求值；根据所述无功功率命令...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭卓辉，安东尼·迈克尔·克罗多夫斯基，罗伯特·格雷戈里·瓦戈纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US