[发明专利]一种风力发电机组的控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组控制技术领域，特别涉及一种风力发电机组的控制方法及装置。

背景技术

目前变速变桨风力发电机组的控制方案是低风速时采用最大功率点跟踪控制以获取最大风能，高风速时采用变桨控制限制风能吸收以保持功率恒定。具体实施较多采用图1所示方法。图中AB-BC-CD三段为发电机额定功率以下转速转矩关系曲线，A点对应发电机达到最小并网转速，DE段为达到发电机额定功率后转速转矩关系曲线，D点对应额定功率，对应的发电机转速为额定转速。其中：AB段及CD段采用PID控制方式调整发电机转矩使发电机转速保持恒定，BC段采用跟踪最佳Cp控制方式调整发电机转矩；DE段采用恒转矩控制方式保持发电机转矩在额定值，同时通过线性插值计算PI控制参数(图2所示)的方式调节桨距角使发电机转速恒定在额定转速，从而获得恒定功率输出。

该种方式可使风力发电机组在额定功率以下区域最大限度处于最佳Cp控制区获取最大风能，但也存在以下不足：1)CD段与DE段的控制转换在额定功率点D，缺少相应过渡区，由于自然界风况均以湍流状态存在，当风速在额定风速上下波动会使转矩和变桨控制频繁切换，由于变桨控制响应速度落后于转矩控制，两种控制不同步造成转速在上下发生较大波动，从而造成对机组的冲击；2)发电机输出功率为转速与转矩的乘积，由于湍流风的影响，在DE段变桨控制不能完全维持转速在额定值，在该段采用恒转矩控制将造成输出功率随发电机转速变化而变化，降低发电功率品质；3)DE段采用线性插值计算变桨PI控制器参数值的方式不能有效反映风机叶片非线性的气动特性，从而降低了变桨动作随风速变化的跟随性，造成DE段转速波动较大，甚至出现超速超载等不利状况发生。

中国专利公开号CN102635499A公开了“一种风力发电机组的控制装置及方法”，如图3所示，该种控制通过改变两个控制器在过渡区域的控制目标点，避免两种控制不同步造成转速在上下发生较大波动的问题，实现控制状态的柔性切换，且在整个正常工作转速范围内变桨控制均处于激活状态，在II、III之间过渡区，当风速变化较平稳且发电机转速小于过渡转速区域使变桨角度始终保持在最佳角度；当风速发生急剧变化时变桨控制可提前参与控制，与转矩控制协调转速，减小该区域内转速的波动。该方法同样存在以下缺点：由于在风速变化剧烈时II、III过渡区变桨控制器提前参与控制虽然一定程度上降低了转速波动、减小了冲击，但变桨的提前动作降低了风能吸收损失了发电量，同时在II、III过渡区变桨提前动作将造成变桨电机频繁启停，从而增加变桨系统负荷，影响变桨系统安全性。

因此，如何提供一种风力发电机组的控制方法，既实现额定功率附近的转矩控制与变桨控制柔性过渡控制，又减少风速变化剧烈时变桨提前动作带来的发电量损失及增加的变桨系统负荷，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个发明目的在于提供一种风力发电机组的控制方法，既实现额定功率附近的转矩控制与变桨控制柔性过渡控制，又减少风速变化剧烈时变桨提前动作带来的发电量损失及增加的变桨系统负荷。

在上述风力发电机组的控制方法的基础上，本发明还提供了一种风力发电机组的控制装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风力发电机组的控制方法，在发电机的测量转速大于额定转速，且测量功率超过额定功率的情况下，转矩由变参数PI控制方式转换到恒功率控制方式；在变桨角度小于最佳变桨角度，且测量转速降至额定转速之下的情况下，转矩由恒功率控制方式转换到变参数PI控制方式；采用PI控制参数非线性调整方式控制变桨角度，且在整个正常工作转速范围内变桨控制均处于激活状态。

优选地，转矩控制器对于转矩的变参数PI控制方式表达式为：

y＝y^*+K_p-torque(x-x^*)+(dT/2)K_i-torque(x+x^*),x＝ω-ω_n

其中：y为输出转矩，x为输入转速偏差，K_p-torque为转矩控制器比例增益，K_i-torque为转矩控制器积分增益，dT为时间步长，ω为发电机的测量转速，ω_n为发电机的参考转速，符号(*)表示上一个时间点各参数对应值。