[发明专利]用于风电机组的发电机电磁扭矩补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机电磁扭矩补偿控制方法，适用于陆地式风电机组，尤其适用于浮动式风电机组，属于风电机组发电机转速与载荷控制领域。

背景技术

目前，基于直驱永磁技术或双馈励磁技术的风电机组大多采用变桨变速的控制方法。具体来说，当实际风速在额定风速以下时，叶轮转速随风速成比例调节，以维持最佳尖速比不变，从而获得更多的风能。通常，采用控制发电机电磁扭矩来控制发电机转速，使叶片桨距角保持在最优桨距角。发电机电磁扭矩输出需求值与发电机转速的平方成正比，其比值为最佳增益值，发电机电磁扭矩的控制由变流器来实现。当实际风速在额定风速以上时，大多数的风电机组采用发电机恒功率的控制方法，通过改变叶轮的叶片桨距角和发电机电磁扭矩，来保持发电机恒定功率。调节发电机转速时，变桨距控制不是保持发电机电磁扭矩输出需求值恒定，而是以检测的发电机转速为依据，反比例调节发电机电磁扭矩输出需求值，以保持发电机输出功率恒定。而变桨距控制采用测量发电机转速与转速设定点的差值，引入PID校正方式，计算对应的叶片桨距角需求，由变桨执行机构来实现。

但是，在实际运行中，风速是具有随机性和不确定性的，叶轮转速会随风速作相应变化，而叶轮转速的变化最终会影响风电机组的发电性能和结构部件载荷的承受情况，尤其是大湍流风工况下，风速的瞬时变化会造成叶轮转速的快速变化。根据实验现场采集的数据可知，在满发工况条件下，特别是在大风工况条件下:当风速突然增大时，叶轮转速上升，由于发电机电磁扭矩乘以发电机转速等于发电机功率，因此发电机电磁扭矩因恒功率而降低。由于变流器惯性较小，因而发电机电磁扭矩反应迅速，由于变桨执行机构转动惯量较大，因而叶轮变桨反应较慢，所以造成发电机(传动轴)扭矩差上升较快，叶轮加速度增大，也就是说，发电机转速是容易上升的。那么，若发电机转速已处于临界过速状态，则此时就容易发生发电机过速故障，尤其是浮动式风电机组经常发生过速故障。当风速突然降低时，叶轮转速下降，发电机电磁扭矩因恒功率而增大，基于上述变流器惯性较小而变桨执行机构转动惯量较大的原理，发电机(传动轴)扭矩差为负，叶轮产生负加速度，从而导致发电机转速跌落，极易致使风电机组从满发状态突跳到变速控制阶段，造成发电机功率大幅损失。

发明内容

针对满发工况条件下恒功率输出导致的发电机转速与发电机电磁扭矩成反比例，对发电机转速产生负阻尼影响的现状，本发明的目的在于提出一种针对风电机组，特别是浮动式风电机组在满发工况条件下，不采取恒功率控制，而是根据发电机转速的变化，适时通过发电机电磁扭矩补偿的方式来实现发电机转速波动控制、降低结构部件载荷的发电机电磁扭矩补偿控制方法，该方法可防止发电机转速波动过大以及结构部件载荷过大。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于风电机组的发电机电磁扭矩补偿控制方法，该发电机电磁扭矩补偿控制方法用于风电机组，该风电机组包括由多片叶片及骨架构成的叶轮，该叶轮通过传动轴安装在发电机的转轴上，该发电机的输出功率端经由变流器与电网连接，该叶轮上安装有变桨执行机构，该传动轴上安装有转速传感器，该变桨执行机构、该变流器、该转速传感器分别与主控制器连接，其特征在于，该发电机电磁扭矩补偿控制方法包括如下步骤：

步骤一：判断当前工况是否为满发工况：若当前工况为满发工况，则进入步骤二；若当前工况不为满发工况，则进入非满发工况处理流程；

步骤二；基于该转速传感器检测得到的当前发电机转速进行如下判断:若该当前发电机转速处于设定发电机转速范围内，则将额定发电机功率除以该当前发电机转速得到的当前发电机电磁扭矩实际值作为发电机电磁扭矩输出需求值向该变流器传送，由该变流器基于该发电机电磁扭矩输出需求值来控制该发电机的转速，然后返回至该步骤一；若该当前发电机转速未处于该设定发电机转速范围内，则进入步骤三；

步骤三：基于如下公式得到发电机电磁扭矩补偿值，

发电机电磁扭矩补偿值刊当前发电机转速-额定发电机转速)×增益值×权重值；

步骤四：将额定发电机功率除以该当前发电机转速得到的当前发电机电磁扭矩实际值与该步骤三计算得到的该发电机电磁扭矩补偿值相加得到发电机电磁扭矩输出初始值，将该发电机电磁扭矩输出初始值作为发电机电磁扭矩输出需求值向该变流器传送，由该变流器基于该发电机电磁扭矩输出需求值来控制该发电机的转速，然后返回至该步骤一。

所述判断当前工况是否为满发工况包括如下步骤：

步骤1：获取所述叶片当前的桨距角，并计算当前发电机功率；