[发明专利]改进式双馈风力发电机系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种改进式双馈风力发电机系统及其控制方法，其系统包括齿轮增速箱、双馈风力发电机、无极变速器以及磁变流器，齿轮增速箱前端连接风电叶片，后端连接双馈风力发电机电机轴，双馈风力发电机电机轴还连接无极变速器和离合器，双馈风力发电机电压输出端分别连接磁变流器和逆变器，逆变器通过电源线连接电源系统。本发明系统和方法能应对电网不稳定状况，通过采用分级控制策略，选择性使用磁变流器、无极变速器和离合器，对双馈风力发电机的主轴的扭矩进行自动调控，能够避免发生电机组和风电片加速，而导致机轴受过大扭矩变形，甚至轮轴断裂现象，保障双馈风力发电机系统的正常工作，并提高设备的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种双馈风力发电机及其控制方法，特别是涉及一种能具有分级控制策略的双馈风力发电机及其控制方法，应用于风力发电和控制技术领域。

背景技术

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮、发电机和铁塔三部分，其中风轮还包括尾舵。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

目前对于双馈式变速风电机组，在电网发生而故障导致电机端电压跌落时，发电机定子电流会增加，快速增加的定子电流会导致转子电流急速上升，风轮若在此时不降低风能输入，而风电机组由于机端电压降低，不能正常向电网输送有功功率，即有一部分能量无法输入电网，这些不平衡能量将导致风电机组出现直流环节电容充电、直流电压快速上升、风电机组加速等一系列问题，影响设备的生产使用，并威胁设备的使用寿命，这成为亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种改进式双馈风力发电机系统及其控制方法，能应对电网不稳定状况，通过采用分级控制策略，选择性使用磁变流器、无极变速器和离合器，对双馈风力发电机的主轴的扭矩进行自动调控，能够避免发生电机组和风电片加速，而导致机轴受过大扭矩变形，甚至轮轴断裂现象，保障双馈风力发电机系统的正常工作，并提高设备的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双馈风力发电机的控制方法，采用三级控制方案对双馈风力发电机的工作方式进行选择控制，设定扭矩参考值的关系为J₁﹤J₂﹤J₃，根据扭矩参考值实施对双馈风力发电机的不同工作状态的选择控制，具体如下：

a.第一级控制方案：

当主控制系统检测到双馈风力发电机的主轴的扭矩未达到设定的明显扭矩参考值J₁时，采用磁变流器控制方法，通过增大双馈风力发电机的风电叶片阻尼，来减小双馈风力发电机的主轴的扭矩，实现双馈风力发电机转子的减速控制；

b.第二级控制方案：

当主控制系统检测到双馈风力发电机的主轴的扭矩达到明显扭矩参考值J₂时，或者超过明显扭矩参考值J₂时，但未达到需要停机操作时的双馈风力发电机的主轴工作极限扭矩参考值J₃时，采用无级变速器控制方法，来减小双馈风力发电机的主轴的扭矩，实现双馈风力发电机转子的减速控制；

c.第三级控制方案：