一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)是一個要求能夠無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控的綜合性自動化系統(tǒng)。它要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的各種運行參數(shù)，要能夠自動或手動的開停機(jī)和并脫網(wǎng)控制，保證機(jī)組的安全性和可靠性，并網(wǎng)后還要能夠根據(jù)風(fēng)況(包括風(fēng)向、風(fēng)速大小及其變化率)，對機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，提高機(jī)組的運行效率和發(fā)電量。近年來二類及三類風(fēng)電場越來越多，各風(fēng)電場夏季空氣稀薄，風(fēng)速更低，如何提高風(fēng)電機(jī)組在較低風(fēng)速下的切入電網(wǎng)能力、提高低風(fēng)速下的發(fā)電量已經(jīng)成為各整機(jī)廠家亟待解決的課題。
[0003]目前已公開的技術(shù)做法大多是對風(fēng)電機(jī)組的兩個電機(jī)進(jìn)行控制，一種是雙電樞混合勵磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用雙電機(jī)技術(shù)，在低風(fēng)速時，永磁電樞調(diào)速發(fā)電，啟動力矩小，在高風(fēng)速時異步電樞與永磁電樞同時定速發(fā)電。雙電機(jī)切換控制應(yīng)用于雙電樞混合勵磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對于避免永磁同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)頻繁切換，有效利用風(fēng)能，提高發(fā)電機(jī)效率和機(jī)組可利用率起重要作用。另一種做法是風(fēng)電機(jī)組包括風(fēng)輪、與風(fēng)輪連接的傳動裝置、由傳動裝置驅(qū)動的永磁同步電機(jī)、電勵磁同步發(fā)電機(jī)，其中永磁同步電機(jī)總的額定功率占風(fēng)電機(jī)組額定功率的1/3，電勵磁同步發(fā)電機(jī)的額定功率占風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定功率的2/3，永磁同步電機(jī)連接變流器，變流器根據(jù)風(fēng)速及永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制永磁同步電機(jī)分別作為發(fā)電機(jī)或電動機(jī)使用，電勵磁同步發(fā)電機(jī)連接有調(diào)整同步發(fā)電機(jī)輸出有功功率分量或無功功率分量的勵磁控制裝置，優(yōu)點是使用相當(dāng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1/3功率的變流器即可實現(xiàn)與電網(wǎng)的穩(wěn)定連接。但是，其上兩種已公開的技術(shù)并未解決切入風(fēng)速附近風(fēng)況頻繁起停機(jī)、并網(wǎng)開關(guān)動作頻繁、器件易損壞等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)及方法，用于避免風(fēng)機(jī)頻繁起停，以及并網(wǎng)開關(guān)的頻繁動作，延長器件壽命，減少機(jī)械損傷。
[0005]—方面，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括風(fēng)電機(jī)組、變流器和主控系統(tǒng)，所述風(fēng)電機(jī)組包括風(fēng)輪、與風(fēng)輪連接的傳動裝置、由傳動裝置驅(qū)動的電機(jī)，所述電機(jī)的數(shù)量為一個，其中，所述電機(jī)的定子側(cè)連接到電網(wǎng)上，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)連接到變流器的機(jī)側(cè)，所述變流器網(wǎng)側(cè)連接到電網(wǎng)上，且所述變流器與主控系統(tǒng)連接。
[0006]進(jìn)一步地，所述變流器包括變流控制器、電網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器，所述電網(wǎng)側(cè)變換器與轉(zhuǎn)子側(cè)變換器連接，所述變流控制器同時與電網(wǎng)側(cè)變換器和轉(zhuǎn)子側(cè)變換器連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)側(cè)變換器與電網(wǎng)連接，所述轉(zhuǎn)子側(cè)變換器與電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，所述變流控制器與主控系統(tǒng)連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)風(fēng)輪槳距角的變槳控制器，所述變槳控制器與所述主控系統(tǒng)連接。
[0009]進(jìn)一步地，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)還包括并網(wǎng)開關(guān)，所述電機(jī)的定子通過并網(wǎng)開關(guān)與電網(wǎng)側(cè)連接；和/或，所述電網(wǎng)側(cè)變換器與所述電網(wǎng)之間設(shè)置有并網(wǎng)開關(guān)。
[0010]另一方面，本發(fā)明還提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法，用于控制其上任一項所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括步驟如下:
[0011]所述風(fēng)電機(jī)組起機(jī)時，若風(fēng)速大于等于切入風(fēng)速，且狀態(tài)持續(xù)了一定時間，則進(jìn)入空轉(zhuǎn)初始化階段，若風(fēng)速不滿足條件，則停留在待風(fēng)階段；
[0012]當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速提升達(dá)到空轉(zhuǎn)初始化設(shè)定轉(zhuǎn)速后，則進(jìn)入并網(wǎng)轉(zhuǎn)速提升階段;
[0013]當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速提升達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速后且一定時間內(nèi)轉(zhuǎn)速誤差較小，則進(jìn)入并網(wǎng)連接階段；
[0014]在并網(wǎng)發(fā)電階段，若風(fēng)速向下波動，風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速降低至小于脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速后，對風(fēng)電機(jī)組并不作脫網(wǎng)停機(jī)控制，而是控制風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)作電動機(jī)使用，使其轉(zhuǎn)速維持在脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速附近，當(dāng)風(fēng)速上升大于等于切入風(fēng)速后，控制風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)由電動機(jī)切換為發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速提升達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速后，直接進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電階段。
[0015]進(jìn)一步地，在并網(wǎng)連接階段，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子，使電機(jī)的定子感應(yīng)出與電網(wǎng)電壓幅值和相位一致的波形，然后，并網(wǎng)開關(guān)合閘進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電階段。
[0016]進(jìn)一步地，在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速提升階段，風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)轉(zhuǎn)速通過變槳控制器調(diào)節(jié)槳距角使得其上升到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，并維持穩(wěn)定。
[0017]進(jìn)一步地，所述風(fēng)電機(jī)組起機(jī)時，30s平均風(fēng)速大于等于切入風(fēng)速，且該狀態(tài)持續(xù)了 120s，則進(jìn)入空轉(zhuǎn)初始化階段，若風(fēng)速不滿足條件，則停留在待風(fēng)階段。
[0018]進(jìn)一步地，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速提升達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速后且3s內(nèi)維持誤差在1rpm之內(nèi)，則進(jìn)入并網(wǎng)連接階段。
[0019]綜上所述，本發(fā)明提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)及方法，利用發(fā)電機(jī)組的電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)又可以作為電動機(jī)的特性，只采用單個電機(jī)，在不需要額外增加電機(jī)以及其它設(shè)備的情況下，通過控制方法即可減少并網(wǎng)開關(guān)的動作次數(shù)，避免風(fēng)機(jī)的頻繁起停，延長器件壽命，減少機(jī)械損傷，節(jié)省了成本?？刂品椒ň唧w表現(xiàn)為:對于風(fēng)場風(fēng)速較小，在切入風(fēng)速附近波動時，若風(fēng)速大于切入風(fēng)速，風(fēng)機(jī)通過調(diào)節(jié)槳距角使得機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速并維持穩(wěn)定，然后投入并網(wǎng)裝置，將機(jī)組并入電網(wǎng)發(fā)電；若風(fēng)速變小，轉(zhuǎn)速降低，難以維持在并網(wǎng)發(fā)電階段，控制電機(jī)做電動機(jī)使用，帶動傳動裝置及風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，控制轉(zhuǎn)速維持在脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速附近；當(dāng)風(fēng)速上升大于切入風(fēng)速后，控制電動機(jī)切換為發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速提升后立即可以并網(wǎng)發(fā)電。此外，通過上述控制方法當(dāng)風(fēng)速增大可以并網(wǎng)時，可以控制機(jī)組迅速進(jìn)入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，省去了轉(zhuǎn)速從零開始提升的階段，延長了發(fā)電時間，提高了發(fā)電量及機(jī)組的可利用率。
【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法一具體實施例的流程圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明
[0024]I風(fēng)輪2齒輪箱3制動器
[0025]4電機(jī)5主軸6轉(zhuǎn)子側(cè)變換器
[0026]7變流控制器8電網(wǎng)側(cè)變換器9主控制器
[0027]10并網(wǎng)開關(guān)11變槳控制器12主變壓器
[0028]13 電網(wǎng)
【具體實施方式】
[0029]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0030]應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明中切入風(fēng)速是指風(fēng)機(jī)開始發(fā)電時輪轂高度處的最低平均風(fēng)速；脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速之間的數(shù)值大小依次遞增。
[0031]如圖1所示，一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括風(fēng)電機(jī)組、變流器、主控系統(tǒng)和變槳控制器11，風(fēng)電機(jī)組包括風(fēng)輪1、與風(fēng)輪I連接的傳動裝置、由傳動裝置驅(qū)動的電機(jī)4，電機(jī)4為雙饋異步電機(jī)，且雙饋異步電機(jī)的數(shù)量僅為一個，其中，雙饋異步電機(jī)的定子側(cè)連接到電網(wǎng)13上，雙饋異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)連接到變流器的機(jī)側(cè)，變流器網(wǎng)側(cè)連接到電網(wǎng)13上，且所述變流器與主控系統(tǒng)連接，主控系統(tǒng)同時還與用于調(diào)節(jié)風(fēng)輪I槳距角的變槳控制器11連接。在風(fēng)電機(jī)組的開機(jī)過程，包括機(jī)組自啟動和切入電網(wǎng)13兩個階段，通過調(diào)節(jié)槳距角使得機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速并維持穩(wěn)定，然后投入并網(wǎng)裝置，將機(jī)組并入電網(wǎng)13發(fā)電。
[0032]需要說明的是，前述主控系統(tǒng)包括主控制器9，變流器具體與主控