[发明专利]一种基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法

权利要求书

1.一种基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)参数设置：在功率速度控制器中设置正常模式下的最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值，以及控制区一、控制区二、控制区三中桨距控制器的目标转速、转距控制器的参考转速；

并设置冗余模式下的最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值，以及控制区一、控制区二、控制区三中桨距控制器的目标转速、转距控制器的参考转速；

2)判断风电机组的控制运行区间和需要转换的目标模式，并根据控制区间和目标模式，选择目标模式下桨距控制器的目标转速、转矩控制器的参考转速；

3)将当前模式下桨距控制器的目标转速按固定速率转换至目标模式下桨距控制器的目标转速，若转换完成，则进入步骤4)，否则，继续对桨距控制器的目标转速进行转换；

4)将当前模式下的最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值按转换比率转换至目标模式下的最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值；

5)将当前模式下转矩控制器的参考转速按固定速率转换至目标模式下转换控制器的参考转速；

6)当桨距控制器的目标转速、最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值和转矩控制器的参考转速均转换至目标模式下，则风电机组的桨距控制器和转矩控制器在目标模式下运行。

2.根据权利要求1所述的基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于：步骤3)当前模式下桨距控制器的目标转速转换的固定速率为通过多次仿真实验得到的经验值，通常为4～5RPM/s。

3.根据权利要求1所述的基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于：步骤4)按以下步骤将最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值转换至目标模式下，

4-1)若当前模式为正常模式，目标模式为冗余模式，当转换比率从0变为1，则最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值转换完成，并按以下公式确定转换比率，

式中，Ratio1为正常模式→冗余模式时，当前的转换比率；

Ratio1′为正常模式→冗余模式时，上一运行周期的转换比率，初始值为0；

Ts为系统运行周期；

T为总的转换时间；

4-2)若当前模式为冗余模式，目标模式为正常模式，当转换比率从1变为0，则最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值转换完成，并按以下公式确定转换比率，

式中，Ratio2为冗余模式→正常模式时，当前的转换比率；

Ratio2′为冗余模式→正常模式时，上一运行周期的转换比率，初始值为1；

Ts为系统运行周期；

T为总的转换时间。

4.根据权利要求1所述的基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于：步骤4)最优转矩转速曲线、最小桨距角设定值在转换过程中按以下公式确定转换过程中的转矩和最小桨距角，

Setup＝(1-Ratio)*Setup1+Ratio*Setup2

式中，Ratio为转换过程中的当前转换比率；

Setup为最优转矩转速曲线设定值和最小桨距角设定值；

Setup1为正常模式下，由最优转矩转速曲线计算的转矩，或者是由最小桨距角设定值计算的最小叶片角度；

Setup2为冗余模式下，由最优转矩转速曲线计算的转矩，或者是由最小桨距角设定值计算的最小叶片角度；

5.根据权利要求4所述的基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于：所述Setup1、Setup2分别通过对最优转矩转速曲线或最小桨距角设定值线性插值计算而得。

6.根据权利要求1所述的基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于：步骤5)当前模式下转矩控制器的参考转速转换的固定速率为多次仿真实验得到的经验值，通常为4～5RPM/s。

7.根据权利要求1所述的基于变桨变速风力发电机组的冗余控制方法，其特征在于：步骤2)按以下步骤判断风电机组的控制运行区间，

2-1)设定控制区一时转矩控制器的参考转速为N1，桨距控制器目标转速为N2；控制区二时转矩控制器的参考转速为Nr，桨距控制器的目标转速为N2；控制区三时转矩控制器的参考转速为Nr，转矩控制器的目标转速为Nr；并设置判断控制区一、控制区二的转速门限值N12，且设置N1N12Nr＜N2；

2-2)当发电机运行转速＜N12时，则风电机组运行在控制区一；

2-3)当N12＜发电机运行转速＜Nr，且桨距角＜(最小桨距角+0.5°)时，则风电机组运行在控制区二；

2-4)当发电机运行转速＞(Nr-5RPM)，且桨距角＞最小桨距角时，则风电机组运行在控制区三。