一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统，包括风轮、常规三级传动齿轮箱、齿轮箱差动式输出级、伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器、常规同步发电机和电网，风轮与常规三级传动齿轮箱连接，常规三级传动齿轮箱分别与齿轮箱差动式输出级和伺服电机输出传动齿轮副连接，伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器和电网依次连接，齿轮箱差动式输出级与常规同步发电机连接，常规同步发电机与电网连接。采用了本发明专利技术的技术方案，使发电机组在尽可能宽的运行风速范围内按最佳叶尖速比来运行，使发电机组能捕获更多的风能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉 及风力发电
，尤其涉及一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统。
技术介绍
目前，风电机组在传动链中采用了一种可变速比的齿轮箱，即其速比可按要求进行控制，从而可实现风轮在按要求作变转速运行的条件下，使齿轮箱所拖动的发电机作恒速运行。这种能力是通过在常规的齿轮箱的输出端增加了一级差动行星级，并由伺服电机驱动该级的太阳轮来达到改变速比来实现的。这样，风电机组就可以采用常规的同步发电机，实现风机的变速恒频运行。随着风电机组在电网中的比重越来越大，电网对并入电网的风电机组的发电性能的要求越来越高。这些性能包括低电压穿越能力、机组对电网无功功率支持的能力以及电压波形畸变等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统，使发电机组在尽可能宽的运行风速范围内按最佳叶尖速比来运行，使发电机组能捕获更多的风能。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法，当风速大于切入风速且小于临界风速时，其中临界风速小于额定风速，包括以下步骤Al、按照风力发电机组最佳叶尖速比λ 44计算出不同风速下的风轮转速；Α2、根据公式η发电机=i*n风计算出不同风轮转速所对应的齿轮箱速比i，其中η发为常规同步发电机转速；A3、按照不同风速下齿轮箱速比i计算出不同风速时的伺服电机的转速；A4、通过计算得到不同风速下的伺服电机的转速-转矩曲线；A5、按照测得的伺服电机转矩，从所述转速-转矩曲线查得伺服电机对应的转速；A6、以对应的转速作为伺服电机转速控制的给定值进行PI控制；当风速等于临界风速时，采用制动器将伺服电机制动，风力发电机组仍以最佳叶尖速比λ 运行；当风速大于临界风速且小于额定风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比i，风力发电机组风轮转速ηΛΛ处于恒速运行状态；当风速大于额定风速且小于切出风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比i，风力发电机组风轮转速处于恒速运行状态，进行变桨控制，以保证风力发电机组在额定功率下运行。还包括以下步骤在伺服电机转速控制系统中增加伺服电机转矩微分控制器，当风速突然变化形成传动链转矩波动较大时，通过控制伺服电机转速改变齿轮箱速比i，提高风轮转速ηΛΛ，将瞬间增大的部分风能转化为风轮的动能，达到减小传动链转矩峰值的目的。当风速大于临界风速且小于额定风速时，还包括以下步骤Bi、按照风力发电机组最佳叶尖速比λ ^^计算出不同风速下的风轮转速；Β2、根据公式计算出不同风轮转速所对应的齿轮箱速比i，其中 Λ为常规同步发电机转速；Β3、按照齿轮箱不同风速下速比i计算出不同风速下的伺服电机的转速；B4、通过计算得到不同风速下的伺服电机的转速-转矩曲线；B5、按照测得的伺服电机转矩，从所述转速-转矩曲线查得伺服电机对应的转速；B6、以对应的转速作为伺服电机转速控制的给定值进行PI控制，伺服电机反向以发电方式运行。步骤B6中，伺服电机通过变频器向电网送电。一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制系统，包括风轮、常规三级传动齿轮箱、齿轮箱差动式输出级、伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器、常规同步发电机和电网，风轮与常规三级传动齿轮箱连接；常规三级传动齿轮箱分别与齿轮箱差动式输出级和伺服电机输出传动齿轮副连接；伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器和电网依次连接；齿轮箱差动式输出级与常规同步发电机连接；常规同步发电机与电网相连。还包括转矩测量机构和转矩微分控制器，转矩测量机构用于由伺服电机的电参数计算得到转矩，转矩微分控制器设置在变频器内，用于控制伺服电机转速。还包括发电机功率测量单元和发电机功率微分器。还包括变桨控制器，用于改变叶片桨距角，限制发电机组在额定功率下运行。采用了本专利技术的技术方案，通过在3个不同的区域内分别采取不同的控制策略， 使发电机组在尽可能宽的运行风速范围内按最佳叶尖速比来运行，使发电机组能捕获更多的风能。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制系统的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。图1是本专利技术具体实施方式中差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制系统的结构示意图。如图1所示，该差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制系统，包括风轮1、常规三级传动齿轮箱2、齿轮箱差动式输出级3、伺服电机输出传动齿轮副4、伺服电机5、变频器6、变压器7、常规同步发电机8和电网9。其中风轮与常规三级传动齿轮箱连接，常规三级传动齿轮箱分别与齿轮箱差动式输出级和伺服电机输出传动齿轮副连接，伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器和电网依次连接，齿轮箱差动式输出级与常规同步发电机连接，常规同步发电机与电网连接。还包括转矩 测量机构和转矩微分控制器，转矩测量机构可由伺服电机的电参数计算得到转矩，转矩微分控制器可设置在变频器内来控制伺服电机转速。也可以用发电机功率测量单元和发电机功率微分器，来取代转矩测量机构和转矩微分控制器，但这时要用伺服电机转速-发电机功率曲线取代伺服电机的转速-转矩曲线。还可以包括变桨控制器，用于改变叶片桨距角，限制发电机组在额定功率下运行。如图1所示，差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制系统的技术原理是伺服电机受变频器的控制，以便达到按要求改变齿轮箱速比的目的。控制的基本目的是使机组在尽可能宽的运行风速范围内(额定风速以上另当别论)按最佳叶尖速比来运行，使机组能捕获更多的风能。为此，先参照常见的双馈机组将整个运行风速范围分为3个区域1区、 II区和III区，在3个不同的区域内可分别采取不同的控制策略。3个区域的风速V的范围从小到大分别如下I区V切入< V < V临界II区V临界< V < V额定III区V额定< V < V切出上述V额定为机组达到额定功率时的风速，为小于V额定的某个风速。正常运行时，风轮转速和发动机转速满足如下公式η发电机=土牝风论(1)其中为常规同步发电机转速，i为齿轮箱的速比，Iimfe为风轮转速。由于机组采用了常规同步发电机，故始终为常数，所以风轮转速的控制实际上已转化为齿轮箱速比i的控制，具体地说，已转化为齿轮箱差动级伺服电机的转速的控制。本专利技术技术方案提出的控制方式有以下三种基本控制方式、改进后的基本控制方式、 理想的控制方式。一、基本控制方式当风速大于切入风速且小于临界风速时，包括以下步骤Al、按照风力发电机组最佳叶尖速比λ 44计算出不同风速下的风轮转速；Α2、根据公式η发电机=i*n风计算出不同风轮转速所对应的齿轮箱速比i，其中η发为常规同步发电机转速；A3、按照齿轮箱速比i计算出伺服电机的转速；A4、实现不同风速下的伺服电机的转速-转矩曲线；A5、按照测得的伺服电机转矩，从转速-转矩曲线查得伺服电机对应的转速；A6、以对应的转速作为转速控制的给定值进行PI控制；当风速等于临界风速时，采用制动器将伺服电机制动，风力发电机组以最佳叶尖速比λ 运行；当风速大于临界风速且小于额定风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比i，风力发电机组风轮转速ηΛΛ处于恒速运行状态；当风速大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法，其特征在于，当风速大于切入风速且小于临界风速时，其中临界风速小于额定风速，包括以下步骤：Ａ１、按照风力发电机组最佳叶尖速比λ最佳计算出不同风速下的风轮转速ｎ风轮；Ａ２、根据公式ｎ发电机＝ｉ＊ｎ风轮计算出不同风轮转速所对应的齿轮箱速比ｉ，其中ｎ发电机为常规同步发电机转速；Ａ３、按照不同风速下齿轮箱速比ｉ计算出不同风速时的伺服电机的转速；Ａ４、通过计算得到不同风速下的伺服电机的转速－转矩曲线；Ａ５、按照测得的伺服电机转矩，从所述转速－转矩曲线查得伺服电机对应的转速；Ａ６、以对应的转速作为伺服电机转速控制的给定值进行ＰＩ控制；当风速等于临界风速时，采用制动器将伺服电机制动，风力发电机组仍以最佳叶尖速比λ最佳运行；当风速大于临界风速且小于额定风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比ｉ，风力发电机组风轮转速ｎ风轮处于恒速运行状态；当风速大于额定风速且小于切出风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比ｉ，风力发电机组风轮转速ｎ风轮处于恒速运行状态，进行变桨控制，以保证风力发电机组在额定功率下运行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施文江，郭靖，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11