一种多种工况下的风电机组保护控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多种工况下的风电机组保护控制系统，首先根据机组的控制特性建立控制系统的控制模型，采用暂态控制策略与稳态控制策略并行运行的转速控制器，根据特殊工况的具体情况，判断采用哪种转速保护控制方法，当电网电压处于稳定状态则采用稳态控制策略下的转速控制器，实现风机在额定转速下的安全运行。当风电机组处于特殊工况下运行，应自动切换为暂态控制策略下的转速控制，快速响应能够抑制由于特殊工况使得机组超速或电网电压波动引起的机组功率的急剧上升的现象，减少风电机组的输入功率从而适应电网故障下输出电能的减少。

A protection and control system for wind turbines under various working conditions

The invention discloses a variety of working conditions of wind turbine protection and control system, firstly establish the control model of the control system according to the characteristics of the control unit, the transient control strategy and steady control strategy of parallel speed controller operation, according to the specific circumstances of the special conditions, which determine the speed protection control method, when the speed controller of power grid the voltage is in a stable state with steady state control strategy, realize the safe operation of the blower in the rated speed of the. When in the wind turbine special conditions of operation, should automatically switch to the transient control strategy of speed control, fast response can be suppressed due to the special condition of the power unit overspeed or grid voltage fluctuation caused by the sharp rise in the phenomenon, reduce the wind turbine output power to reduce the output power under grid fault.

【技术实现步骤摘要】
一种多种工况下的风电机组保护控制系统
本专利技术涉及风机控制
，尤其涉及一种多种工况下的风电机组保护控制系统。
技术介绍
目前，在各种可再生能源的开发中，风力发电的开发最具潜力，发电成本逐渐降低，并且在技术上日趋成熟，从而形成一个新兴的产业，成为电力系统结构中相对增长速度最快的新能源发电。因此，对于风力发电技术的研究有着重要的意义。风能的随机性和不确定性使得风电机组所输出的电功率、频率、电压均随风速改变，因此必须对电能品质进行控制和整定。但风力发电机系统有很强的非线性和不确定性，多干扰等特点，所有基于某些有效系统模型的控制也仅适合于某个特定的系统和一定的工作周期。现有的技术当风速发生变化时，风力发电机运行点要发生变化，为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳，风力机将进行桨距调整。风电机组的桨距控制系统通常采用典型的PID速度、功率和桨距角三模态控制。速度控制和直接桨距控制通常用于风力发电机组的启动、停止和紧急事故处理。风力机正常运行时主要采用功率控制。典型的桨距控制系统如图1所示，系统在正常状态下，能够很好的控制风电机组运行发电。但环境往往不是一直不变的，有如下缺陷，如(1)低电压穿越状态，机组有功功率逐渐减少，导致机组的转速上升，引起超速。(2)在电网电压恢复过程中，由于变桨的回桨速度慢，造成有功功率恢复较慢。(3)极限阵风的情况下，风机快速响应风速的控制使得风机超速。(4)电网电压高于额定电压，导致风电机组超速。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种多种工况下的风电机组保护控制系统包括：安装在电机内部检测电机的转速信息和电网状态信号的电机检测单元；接收所述电机检测单元传送的数据信息判断风机当前的运行工况，根据不同的工况信息输出叶片的角度信息和电机功率控制指令的控制单元；接收所述控制单元传送的数据信息控制叶片转动角度和电机转速的叶片角度控制单元；所述叶片角度控制单元设置在每个轮毂的内部实时监测叶片的角度信息；所述电机检测单元包括检测电机的转速信息的转速检测模块和检测电网的电压信号的电网状态检测模块；所述控制单元设置在电机和轮毂的外部存储有多种工况下的风机功率、叶片基准角度、转速保护值的控制参数信息，根据电机检测单元传送的信息进行风机的工况判断输出风机的转速和叶片的角度值对风机进行实时监控。2、根据权利要求1所述的一种多种工况下的风电机组保护控制系统，其特征还在于：所述控制单元包括判断模块和控制模块；所述判断模块判断电机检测单元传送的电压信息是否大于或等于第n预设值，如果判断结果为是，则控制模块向叶片角度控制单元输出叶片的基准角度值。3、根据权利要求1所述的一种多种工况下的风电机组保护控制系统，其特征还在于：所述控制单元内存储有电网电压的多种工况状态，对风机进行实时监控时：低电压穿越跌落阶段：控制单元对转速误差进行前置P环节计算，得到适应当前状况下最大化变桨速率，同时调节变桨方向为收桨，再结合当前的状况配合变流器强制接触器闭合，控制风机处于不脱网不超速状态；低电压穿越恢复阶段：控制单元判断当前机组与电网的工作状态、对变桨速率采用PID进行控制:PID将叶片角度的变化速度反馈给控制单元，所述控制单元通过PID控制叶片角度的变化速度由抖动趋近平滑；所述控制单元再通过当前的转速和当前的电网电压对机组发出的有功功率进行调节：发出有功功率的同时发出无功功率、对电网进行支撑。极限阵风状态：控制单元根据接收到的转速差值以及风速值来判断当前状态进行变桨策略的调节：电机检测单元将当前的变桨状态、叶片角度速率、电机的转速差值和风速传递给控制单元，对于转速差值环节的反馈采用PI环节控制，来平滑控制风机的转速，减小转速误差，对于风速的补偿采用P环节的控制，对风速的影响进行放大来控制变桨速率；高电压运行状态：控制单元通过判断电网电压或电网频率来判断当前状态，当控制单元处于当前控制策略下，控制单元控制变桨以最大的速度进行收桨动作保证机组安全停机。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种多种工况下的风电机组保护控制系统，首先根据机组的控制特性建立控制系统的控制模型，采用暂态控制策略与稳态控制策略并行运行的转速控制器，根据特殊工况的具体情况，判断采用哪种转速保护控制方法，当电网电压处于稳定状态则采用稳态控制策略下的转速控制器，实现风机在额定转速下的安全运行。当风电机组处于特殊工况下运行，应自动切换为暂态控制策略下的转速控制，快速响应能够抑制由于特殊工况使得机组超速或电网电压波动引起的机组功率的急剧上升的现象，减少风电机组的输入功率从而适应电网故障下输出电能的减少。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中的
技术介绍
中典型的桨距控制系统示意图；图2为本专利技术系统的结构示意图；图3为本专利技术系统的实施例的示意图；图4为本专利技术系统的实施例的示意图图5为本专利技术系统的实施例的示意图图6为本专利技术系统的实施例的示意图图7为本专利技术系统的实施例的示意图图8为本专利技术系统的实施例的示意图图9为本专利技术系统的实施例的示意图图10为本专利技术系统的实施例的示意图具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：如图2所示的一种多种工况下的风电机组保护控制系统，包括安装在电机内部检测电机的转速信息和电网状态信号的电机检测单元20；接收所述电机检测单元20传送的数据信息判断风机当前的运行工况，根据不同的工况信息输出叶片的角度信息和电机功率控制指令的控制单元30；所述控制单元30包括判断模块31和控制模块32。控制模块32在实际应用中采用转速控制器。接收所述控制单元30传送的数据信息控制叶片转动角度和电机转速的叶片角度控制单元10；叶片角度控制单元10设置在每个轮毂的内部实时监测叶片的角度信息；所述电机检测单元20包括检测电机的转速信息的转速检测模块21和检测电网的电压信号的电网状态检测模块22；所述控制单元30设置在电机和轮毂的外部存储有多种工况下的风机功率、叶片基准角度、转速保护值的控制参数信息，根据电机检测单元20传送的信息进行风机的工况判断输出风机的转速和叶片的角度值对风机进行实时监控。控制单元30根据不同的工况向叶片角度控制单元10传达不同的角度信息，同时也向机组的变频器传达不同的功率指令。最终保证风机系统的转速在一个稳定安全的运行范围内。控制单元30在检测电机的转速和电网信息时，控制单元30中预设多钟工况下的风机控制参数，如参考功率，叶片基准角度，转速保护值。根据电机检测单元20传递来的信息，通过与叶片角度控制单元10的叶片基准角度进行判断，从而实现对风机的转速进行控制，同时将控制单元30中的转速保护值设定为与现状态相对应的参数，最后在现有工况下对机组的功率进行实时控制，最后实现机组的稳定运行。所述判断模块31判断电机检测单元20传送的电压信息是否大于或等于第n预设值，如果判断结果为是，则控制模块32向叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多种工况下的风电机组保护控制系统，其特征在于包括：安装在电机内部检测电机的转速信息和电网状态信号的电机检测单元(20)；接收所述电机检测单元(20)传送的数据信息判断风机当前的运行工况，根据不同的工况信息输出叶片的角度信息和电机功率控制指令的控制单元(30)；接收所述控制单元(30)传送的数据信息控制叶片转动角度和电机转速的叶片角度控制单元(10)；所述叶片角度控制单元(10)设置在每个轮毂的内部实时监测叶片的角度信息；所述电机检测单元(20)包括检测电机的转速信息的转速检测模块(21)和检测电网的电压信号的电网状态检测模块(22)；所述控制单元(30)设置在电机和轮毂的外部存储有多种工况下的风机功率、叶片基准角度、转速保护值的控制参数信息，根据电机检测单元(20)传送的信息进行风机的工况判断输出风机的转速和叶片的角度值对风机进行实时监控。

【技术特征摘要】
1.一种多种工况下的风电机组保护控制系统，其特征在于包括：安装在电机内部检测电机的转速信息和电网状态信号的电机检测单元(20)；接收所述电机检测单元(20)传送的数据信息判断风机当前的运行工况，根据不同的工况信息输出叶片的角度信息和电机功率控制指令的控制单元(30)；接收所述控制单元(30)传送的数据信息控制叶片转动角度和电机转速的叶片角度控制单元(10)；所述叶片角度控制单元(10)设置在每个轮毂的内部实时监测叶片的角度信息；所述电机检测单元(20)包括检测电机的转速信息的转速检测模块(21)和检测电网的电压信号的电网状态检测模块(22)；所述控制单元(30)设置在电机和轮毂的外部存储有多种工况下的风机功率、叶片基准角度、转速保护值的控制参数信息，根据电机检测单元(20)传送的信息进行风机的工况判断输出风机的转速和叶片的角度值对风机进行实时监控。2.根据权利要求1所述的一种多种工况下的风电机组保护控制系统，其特征还在于：所述控制单元(30)包括判断模块(31)和控制模块(32)；所述判断模块(31)判断电机检测单元(20)传送的电压信息是否大于或等于第n预设值，如果判断结果为是，则控制模块(32)向叶片角度控制单元(10)输出叶片的基准角度值。3.根据权利要求1所述的一种多种工况下的风电机组保护控制系统，其特征还...

【专利技术属性】
技术研发人员：马靖聪，张洪阳，樊文辉，鹿怀骥，张舒睿，
申请(专利权)人：大连国通电气有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21