[发明专利]一种提升环境适应性的风力发电机转速控制方法

说明书

本发明公开了一种提升环境适应性的风力发电机转速控制方法，首先判断风力发电机组是否出现转速切换需求，如果没有切换信号则风力发电机组正常运行，有切换信号则继续判断当前风电机组所处工作模式，如果风电机组处于首选额定转速运行控制模式则设定额定转速逐步从首选额定转速切换到过渡转速Ⅰ，再逐步从过渡转速Ⅰ切换到次级额定转速，如果风电机组处于次级额定转速运行控制模式则设定额定转速逐步从次级额定转速切换到过渡转速Ⅱ，再逐步从过渡转速Ⅱ切换到首选额定转速。本发明在风力发电机运行过程中通过调整变桨控制以及转矩控制使得风力发电机能够平滑地逐步地改变其额定转速，转速过渡过程平滑无跳变，提高机组安全性与环境适应性。

技术领域

本发明涉及风电领域，特别涉及一种提升环境适应性的风力发电机转速控制方法。

背景技术

目前大型风电机组的一个研究重点是降低材料成本与提高风机的环境适应性。降低材料成本的关键是减小风电机组各关键部件的载荷，以减轻这些关键部件的重量并提高设备的可靠性和延长使用寿命。但由于风湍流、风剪切、塔影效应、偏航偏差等实际外界因素会对大型风电机组的叶轮产生显著影响，且当目前风机风轮设计直径增大，载荷变化也就越明显。

位于复杂地形的风力发电机组，风机布置离居民区近，前期选址受到测风塔布置限制及各种地形限制，整体预期载荷评估不确定性较平原风场显著增加，对居民也将产生噪声等影响。

在风力发电机设计过程中，轮毂额定转速与风机各个大部件的运行载荷有极其密切的关联，通过降低轮毂额定转速能显著地减小风机在受到外界未知扰动的作用下所产生的各类有害载荷。除此之外，风力发电机的环境适应性还包括环境友好性，通过实施降转速也将有利于提升风机对居民区的环境适应性。

传统风力发电机组的转速设定方法为根据发电机及机组各个大部件的实际载荷承受能力，在预留一定载荷安全裕度并维持发电机效率最高的条件下选取唯一的发电额定轮毂转速。这种设计方法将发电机额定转速单一的锁定在一个确定值，在设计层面上限制目前大型风电机组部分大部件的优化迭代过程。

为此，部分设计者也开发了通过调整风机功率的方式进而调整风机轮毂转速的方法。这种方式的缺陷在于其忽视发电机本身的工作特性，即在同等轮毂转速水平下未实现最大化的发电机功率输出。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、安全可靠的提升环境适应性的风力发电机转速控制方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种提升环境适应性的风力发电机转速控制方法，是基于风力发电机组控制系统实现的，通过新增转速切换控制器，输出控制信号对风力发电机组控制系统的转矩控制器以及变桨控制器参数进行调整，控制信号包括设定参考额定转速、控制器参数以及切换指令；所述转速切换控制器承载并执行风力发电机转速控制方法；

所述风力发电机转速控制方法包括以下步骤：

1) 设定风电机组的首选额定转速和次级额定转速；转速切换控制器接受外部输入判断风力发电机组是否出现转速切换需求，如果没有切换信号则进入步骤2），有切换信号则进入步骤3）；

2)如果风电机组转速不需要切换，采用当前变桨与转矩控制方式和参数，继续正常运行；

3)如果风电机组转速需要切换，判断当前风电机组所处工作模式，如果风电机组处于首选额定转速运行控制模式则进入步骤4），如果风电机组处于次级额定转速运行控制模式则进入步骤9）；

4)如果风电机组处于首选额定转速运行控制模式，当接到转速切换命令，设定额定转速逐步从首选额定转速切换到过渡转速Ⅰ，此时，转矩控制器逐步按照首选额定转速的转矩曲线减小转矩，变桨控制器逐步增大敏感度增大桨角；

5)判断风电机组的设定额定转速是否切换到过渡转速Ⅰ，如果否，则重复步骤4），如果是则进入步骤6）；