PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统，包括转矩控制模块、桨距角调节模块以及桨距角补偿模块，本发明专利技术还涉及PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC方法，其步骤为：先确定一定时间内风速的变化范围，再以减少风力机俯仰动作为目标，优化不同风速下的SEP，形成了一组最优运行平衡点，由于每一个OEP都对应一组ω

【技术实现步骤摘要】
PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统及方法


[0001]本专利技术属于风力发电有功输出控制
，涉及一种PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统及方法。

技术介绍

[0002]随着风电接入电网的高度渗透，风电的不确定性和波动性给电网的安全平稳运行带来了巨大挑战。风力发电参与了自动发电控制(automatic generation control,AGC)，于是对风力发电机(wind turbine generators,WTG)进行有功功率控制(active power control,APC)迫在眉睫。APC控制下的WTG由传统的最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)运行模式转变为响应风电场功率指令的恒功率运行模式。
[0003]然而，APC性能的提高与WTG的转子速度变化模式和稳定平衡点(stable equilibrium points,SEP)的最佳设置密切相关。对于被动转子速度变化(passive rotor speed variation,PRSV)模式的APC，其不再采用转子速度的闭环反馈控制，只能利用风力转子中大惯性的动能缓冲，使电力完全响应功率指令，从而可以有效降低传动系负载和变桨动作，提高APC性能，而且因受限于实现原理的限制，忽略了SEP的优化和设置，使得发电机的转子速度容易达到可变速度范围的界限，这时将激活通过桨距角调节的速度限制控制，由于变桨制动器的动作滞后和速率限制，使得转子速度很有可能会超过其极限，这就会导致：
>[0004]1)当转子转速超过其下限时，WTG将切换到MPPT模式，以保证涡轮的稳定性。此时风电机有功功率输出下降，无法实现有功功率指令跟踪。
[0005]2)当转子转速超过上限时，WTG完全依靠桨距角调节来限制转子转速，这会导致转速超调，危及WTG的安全运行。
[0006]综上，现有PRSV模式的APC无法优化和设置风力发电机SEP，使得发电机的转子速度容易达到、甚至超出可变速度范围的界限，导致转子速度超调和功率下降，触发较大强度的桨距角调节，影响功率命令响应和WTG的健康运行。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统及方法。
[0008]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0009]PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统，其特征在于：包括转矩控制模块、桨距角调节模块以及桨距角补偿模块，
[0010]所述的转矩控制模块用于判断转子转速是否超过下限，以此来确定风机的运行模式，从而给出相应的电转矩指令；
[0011]桨距角调节模块用于判断转子转速的运行范围，以此来给出桨距角指令；
[0012]桨距角补偿模块用于当转子转速处于变速范围内时，根据风速波动范围的预测结
果，得到最优运行平衡点OEP集S
opt
，在此基础上，动态调整桨距角，以避免转子转速达到变速范围的界限，减少螺距动作量。
[0013]PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0014]步骤1，确定转子转速下限ω
lim.l
：
[0015]步骤2，当转子转速在可变速度范围内时，转矩控制模块根据有功功率指令给出电转矩指令T
g.cmd
：
[0016]步骤3，若转子转速下降到ω
lim.l
，为了保持稳定性，风力发电机WTG将从恒功率切换到最大功率点跟踪MPPT模式；
[0017]步骤4，当转子转速低于ω
lim.l
或高于转子转速上限ω
lim.u
时，基于PI控制的桨距角调节被激活，将转子转速限制在变速范围内；
[0018]步骤5，当转子转速运行在变速范围之内时，桨距角指令将输出由桨距角补偿模块产生的补偿桨距角，进而使风机运行在最优运行平衡点OEP；
[0019]步骤6，基于风速估算，获得等效风速v
pre
，采用长短期记忆预测未来60秒内的最大风速和最小风速进而确定风速波动范围
[0020]步骤7，对于每一个估算出的等效风速v
pre
，计算出被动转子速度变化PRSV模式下风力发电机WTG的稳定平衡点SEP集S
v
；
[0021]步骤8，通过设置螺距角，从机组中选择一个能使风力机稳定运行的稳定平衡点SEP，即OEP；对于所预测的风速范围对于任何估算出的等效风速从S
v
中选择一个OEP，构成对应的OEP集S
oep
；
[0022]构建S
oep
的优化模型；
[0023]步骤9，确定S
oep
优化模型下的最优S
oep
，即S
opt
：
[0024]步骤10，根据测量到的转子转速和SEP下的桨距角β
e
，确定转子转速在变速范围内时的桨距角补偿β
cop
。
[0025]而且，所述确定转子转速下限ω
lim.l
的方法由下式得到：
[0026][0027]其中，P
cmd
为有功功率指令，K
opt
为最优有功系数：
[0028][0029]其中，ρ为空气密度，R为风轮半径，为最大功率系数，λ
opt
为最优叶尖速比。
[0030]而且，所述当转子转速在可变速度范围内时，转矩控制模块根据有功功率指令给出电转矩指令T
g.cmd
的方法由下式得到：
[0031][0032]其中，ω为转子转速，n
g
为变速箱比。
[0033]而且，所述若转子转速下降到ω
lim.l
，为了保持稳定性，风力发电机将从恒功率切换到最大功率点跟踪模式，其电转矩指令模型为；
[0034][0035]其中，K
opt
为最优有功系数；ω为转子转速；n
g
为变速箱比。
[0036]而且，所述对于每一个估算出的等效风速v
pre
，计算出被动转子速度变化PRSV模式下WTG的稳定平衡点SEP集S
v
的模型为：
[0037][0038]其中，ω
e
为SEP下的转子转速，β
e
为SEP下的桨距角，C
p
为功率系数，T
m
为气动转矩，β为桨距角。
[0039]而且，所述S
oep
的优化模型为：
[0040][0041][0042]其中，和为S
oep
中OEP的最大和最小桨距角，为WTG当前的OEP。
[0043]而且，所述确定优化模型下的最优S
oep本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC系统，其特征在于：包括转矩控制模块、桨距角调节模块以及桨距角补偿模块，所述的转矩控制模块用于判断转子转速是否超过下限，以此来确定风机的运行模式，从而给出相应的电转矩指令；桨距角调节模块用于判断转子转速的运行范围，以此来给出桨距角指令；桨距角补偿模块用于当转子转速处于变速范围内时，根据风速波动范围的预测结果，得到最优运行平衡点OEP集S
opt
，在此基础上，动态调整桨距角，以避免转子转速达到变速范围的界限，减少螺距动作量。2.PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，确定转子转速下限ω
lim.l
：步骤2，当转子转速在可变速度范围内时，转矩控制模块根据有功功率指令给出电转矩指令T
g.cmd
：步骤3，若转子转速下降到ω
lim.l
，为了保持稳定性，风力发电机WTG将从恒功率切换到最大功率点跟踪MPPT模式；步骤4，当转子转速低于ω
lim.l
或高于转子转速上限ω
lim.u
时，基于PI控制的桨距角调节被激活，将转子转速限制在变速范围内；步骤5，当转子转速运行在变速范围之内时，桨距角指令将输出由桨距角补偿模块产生的补偿桨距角，进而使风机运行在最优运行平衡点OEP；步骤6，基于风速估算，获得等效风速v
pre
，采用长短期记忆预测未来60秒内的最大风速和最小风速进而确定风速波动范围步骤7，对于每一个估算出的等效风速v
pre
，计算出被动转子速度变化PRSV模式下风力发电机WTG的稳定平衡点SEP集S
v
；步骤8，通过设置螺距角，从机组中选择一个能使风力机稳定运行的稳定平衡点SEP，即OEP；对于所预测的风速范围对于任何估算出的等效风速从S
v
中选择一个OEP，构成对应的OEP集S
oep
；构建S
oep
的优化模型；步骤9，确定S
oep
优化模型下的最优S
oep
，即S
opt
：步骤10，根据测量到的转子转速和SEP下的桨距角β
e
，确定转子转速在变速范围内时的桨距角补偿β
cop
。3.根据权利要求2所述PRSV模式下考虑平衡点优化的风电APC方法，其特征在于：所述确定转子转速下限ω
lim.l
的方法由下式得到：其中，P
cmd
为有功功率指令，K
opt
为最优有功系数：其中，ρ为空气密度，R为风轮半径，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱介北，刘晓龙，俞露杰，李峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：