一种风力发电机组的双电机切换控制方法技术

一种风力发电机组的双电机切换控制方法，由风力发电机组控制系统对风力发电机处于待风状态、启动状态、发电运行状态及故障状态中的永磁同步电机和感应异步电机的切换进行控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电机组的控制方法。 技术背景风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。定桨距风力发电机组存在在低风速运行时的效率问题。在整个运行风速范围内(切入风速<风速<切出风速)由于气流的速度是在不断变化的，如果风力机的转速不能随风速的变化而调整，这就必然使风轮在低风速时的效率降低(而设计低风速时效率过高，会使桨叶过早进入失速状态)。同时发电机本身也存在低负荷时的效率问题，尽管目前用于风力发电机组的发电机已能设计得非常理想，它们在功率大于30 %额定功率范围内，均有高于90 %的效率，但当功率小于25%额定功率时，效率仍然会急剧下降。双电枢混合励磁风力发电机采用双电机技术永磁同步电机和感应异步电机。在低风速时，永磁电枢调速发电，启动力矩小；在高风速时异步电枢与永磁电枢同时定速发电。双电机切换控制应用于双电枢混合励磁风力发电机组，对于避免永磁同步电机和感应异步电机频繁切换，有效利用风能，提高发电机效率和机组可利用率起着非常重要的作用。 与传统异步发电机相比，可增加10 %的发电量，所以双电机切换控制方法对于双电枢混合励磁风电机组的运行控制和市场推广具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决永磁同步电机和感应异步电机的切换控制问题，提供一种安全、可靠的双电枢混合励磁风力发电机组的双电机切换控制方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现在风电机组控制系统自检通过，无故障存在且风速大于切入风速，小于切出风速时，风力发电机组进入待风状态。风力发电机组进入待风状态后，若满足永磁同步电机启动条件，即风电机组变流器控制单元正常，且风速大于启动风速小于永磁同步电机启动风速上限，上述情况持续时间超过30秒，风电机组控制系统执行永磁同步电机启动程序；若满足感应异步电机启动条件，即风电机组变流器控制单元异常，且风速大于感应异步电机启动风速下限，上述情况持续时间30秒，风电机组控制系统执行感应异步电机启动程序。风力发电机组进入启动状态后，若风电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风电机组控制系统控制感应异步电机并网，感应异步电机并网采用软并网技术。本专利技术采用的软并网控制，采用晶闸管反并联方式，通过晶闸管移相触发控制，改变晶闸管的导通角，使加在电机定子上的电压按阶梯波的形式从某一较小的初值逐渐增加到全压状态，达到调压限流的目的。永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态。风力发电机组进入发电运行状态后(1)当只有永磁同步电机在并网发电时，若风电机组控制系统检测到风力发电机转速大于永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永磁同步电机给定有功功率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升，当风力发电机转速满足感应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；(2)当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功功率持续5秒大于由感应异步电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定的有功功率，在变流器无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行；C3)在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机有功功率小于从永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步机单独运行所设定的有功功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制。由于风速的随机性很大，为了保证双电机切换过程中风电机组正常运行，本专利技术对双电机切换过程采取了如下保护措施在风电机组由永磁同步电机运行切换为永磁同步电机和感应异步电机同时运行的过程中，若发电机转速在设定的永磁同步电机向永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换所设定时间内仍无法达到感应异步电机并网转速，风电机组控制系统将永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至切换保护功率，待发电机转速降低至永磁同步电机低转速运行范围以内时，解除从永磁同步电机切换到永磁同步电机和感应异步电机同时运行的动作；在机组由永磁同步电机和感应异步电机同时运行切换为只有永磁同步电机运行的过程中，感应异步电机脱网后，如果发电机转速无法在永磁同步电机与感应异步电机同时运行向永磁同步电机单独运行切换所设定的时间内降低至永磁同步电机低转速运行范围以内，或风速大于永磁同步电机与感应异步电机同时运行向永磁同步电机单独运行切换所设定的风速条件时，再次执行感应异步电机并网程序。为了防止机组频繁启停，减少叶尖的收甩次数，风电机组控制系统在启动状态下执行永磁同步电机启动程序或者机组在发电运行状态下，且只有永磁同步电机并网发电时，若变流器控制单元发生故障，风电机组控制系统在停止变流器控制单元运行的同时，执行感应异步电机启动程序；风电机组在发电运行状态下，且永磁同步电机和永磁同步电机都在并网发电时，若变流器控制单元发生故障，则风电机组执行永磁同步电机脱网程序，永磁同步电机脱网后，感应异步电机照常并网发电；风电机组在发电运行状态下且只有永磁同步电机在并网发电时，若发电机转速小于永磁同步电机运行范围下限转速时，复位变流器控制单元并网指令，变流器控制单元控制永磁同步电机脱网后，机组执行小风停机程序。风电机组进入发电运行状态后，只有永磁同步电机并网发电时，风电机组控制系统按照永磁同步电机低转速运行时的转速-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率；永磁同步电机和感应异步电机同时并网发电时，风电机组控制系统按照永磁同步电机高转速运行时的功率-功率曲线，向变流器控制单元发送永磁同步电机给定有功功率。当风电机组处于启动状态或并网发电状态时，若有导致机组停机的故障发生，执行相应停机程序，永磁同步电机和感应异步电机同时脱网，机组进入停机状态。本专利技术的有益效果1)按照本专利技术所述方法可实现永磁同步电机和感应异步电机安全、可靠切换控制，在不影响感应异步电机发电效果的前提下，最大程度发挥永磁同步电机的特性，提高机组发电效率，延长机组发电时间。2)可以使永磁同步电机和感应异步电机无扰切换，无需停机即可实现永磁同步电机和感应异步电机的切换，避免了叶尖的频繁收甩，延长了叶尖的使用寿命。3)考虑了切换过程中的阵风问题，最大限度保证机组的正常运行，提高了机组的可利用率。4)本专利技术所述方法采用模块化编程，可快速移植到同类机组双电机切换控制中。 附图说明图1双电枢混合励磁风电机组控制系统结构图，图中1、SCADA ；2、环网交换机；3、 环网交换及；4、塔基控制单元；5、光纤链路模块；6、光纤链路模块；7、机舱控制单元；8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪彬，谷海涛，李海东，赵栋利，赵斌，
申请(专利权)人：北京科诺伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：