[发明专利]一种液压型风力发电机组低电压穿越控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，涉及液压型风力发电机的主传动系统，用液压传动设备以及液压控制系统代替传统的齿轮箱传动系统和直驱式传动系统，特别涉及一种液压型风力发电机组低电压穿越控制方法。

背景技术

风能资源是清洁的可再生能源，不消耗任何燃料，也不产生二氧化碳，不污染环境。风力发电是新能源技术最成熟、最具规模开发条件和极具商业化发展前景的发电方式之一。世界上很多国家，尤其是发达国家，已意识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方而的重要性，对风电的开发给予了高度重视。

从风力机产生到现在，风力机传动系统经历了齿轮箱式、直驱式及近几年刚出现的液压型三种传动形式。

目前，齿轮箱式风力发电机组由于出现时间长，技术相对成熟，应用广泛。其主要包括风轮、齿轮箱、发电机、整流器及逆变器等部分，齿轮箱为其关键零部件，输入为风轮的低转速，输出为发电机的高转速，两者具有稳定的增速比。目前齿轮箱式风力发电机组的发电机一般采用双馈异步发电机，风力发电机组通过控制整流、递变系统实现变速恒频。

直驱式风力发电机组省略齿轮箱，风轮与发电机直接连接，发电机通过整流器、逆变器等与电网相连。由于风轮转速较低，要求直接连接的发电机能够在低转速下正常运行，发电机极数较多，体积大，重量大，并且实现变频恒速的电子控制方法复杂。

液压型风力发电机组采用定量泵-变量马达闭式液压回路，风轮与定量泵连接，变量马达与发电机连接，采用液压系统代替齿轮箱，将风轮与发电机的刚性连接转化为柔性连接，在风速较大及风速波动剧烈情况下，有良好的阻尼缓冲作用，有效延长机组寿命。综合检测分析风轮转速、风速及定量泵出口流量，控制变量马达的摆角，使马达始终运转在1500r/min，4极同步发电机输送到电网的电能频率为50Hz，满足电网频率要求。

与其他风力发电机一样，液压型风力发电机组需要具备低电压穿越能力，即当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。并向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。

我国对风电机组和风电场低电压穿越过程提出了明确要求：1)风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力；2)风电场并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组保持并网运行。对于目前尚不具备低电压穿越能力且已投运的风电场，应积极开展机组改造工作，以具备低电压穿越能力；3)对故障期间没有切出电网的风电场，其有功功率在故障切除后快速恢复，以至少10％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。

目前，液压型风力发电机组低电压穿越控制技术发展状况：

中国专利CN200980136335.3中，挪威ChapDrive公司研发的涡轮机速度控制系统，采用定量泵-变量马达闭式液压系统，控制系统采用涡轮机转子旋转速度反馈控制环和压力反馈控制环，分别通过转速信号和压力信号设定变量马达排量，有效的实现低电压穿越控制。而其控制变量只有马达摆角，可调参数较少，控制不够灵活。

欧洲专利EP2481917A1A中，挪威ChapDrive公司提出了一种液压型风力发电机组低电压穿越控制系统。该系统包括控制单元和一个跨接在高压管路和低压管路之间的流量控制阀，电网的电压被发送到控制单元，流量控制阀从控制单元中接收信号，进而控制高压管路到低压管路的油液流动，最终实现低电压穿越。该方法存在变量马达摆角和流量控制阀两个控制变量，控制更加灵活，但未对控制过程中两控制变量协调控制方法及能量分配方案进行阐述。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压型风力发电机组低电压穿越控制方法，用于电网出现故障导致电网电压暂态跌落时对系统进行控制。该控制方法具备传统液压型风力发电机组传动灵活、可靠性高的优点，同时避免了其控制变量单一的缺点。

为了解决上述存在的技术问题实现发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种液压型风力发电机组低电压穿越控制方法，实现该控制方法的液压系统硬件配置包括风轮1、第一转速转矩传感器2、定量泵3、高压管路4、第一单向阀5、第一压力传感器6、比例节流阀7、第二压力传感器8、流量传感器9、安全阀10、变量马达11、第二转速转矩传感器12、发电机13、多功能仪表14、电网15、补油泵16、溢流阀17、油箱18、第二单向阀19、低压管路20、风速传感器21、功率控制器22和转速控制器23等元件和装置;