[发明专利]一种风力发电机组的控制方法及装置

摘要

本发明公开了一种风力发电机组的控制方法及装置，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。本方案能够实现控制状态的柔性切换，保证机组运行及功率输出的稳定性，并且对转矩采用变参数PI控制，可有效增强过渡区间内的转矩控制力度，降低该区间内变桨的动作频率及动作幅度，减少风力发电机组满发前，由于变桨提前动作导致的发电量损失及系统负荷。

主权项

一种风力发电机组的控制方法，其特征在于，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；转矩控制器对于转矩的变参数PI控制方式表达式为：y＝y*+Kp‑torque(x‑x*)+(dT/2)Ki‑torque(x+x*),x＝ω‑ωn其中：y为输出转矩，x为输入转速偏差，Kp‑torque为转矩控制器比例增益，Ki‑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，ωn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；取发电机的中间转速介于最小并网转速和额定转速之间，设发电机的测量转速ω介于最小并网转速和中间转速之间时的情况下为区间I，测量转速ω介于中间转速和额定转速之间的情况下为区间II，测量转速大于额定转速的情况下为区间III；在区间I内，转矩控制器设置发电机的参考转速为：ωn＝n1，同时设置最大风能利用系数Cp跟踪转矩作为限制值Tlim，设置Tmin＝0.0为最小值，当转矩控制器输出y大于Tlim时，转矩限制在y＝Tlim，当转矩控制器输出y小于Tmin时，转矩限制在y＝Tmin；在区间II内，当发电机的测量转速ω大于额定转速nr，且测量功率小于额定功率时，转矩控制器设置发电机的参考转速为：ωn＝nr‑(ω‑nr)，以增强转矩控制力度，其中，x为控制输入偏差；当发电机的测量转速ω小于额定转速nr，且测量转速大于中间转速nI/II时，转矩控制器设置发电机的参考转速为：ωn＝nr+(nr‑ω)；同时设置最大风能利用系数Cp跟踪转矩作为最小限制值Tlim，设置额定功率限制转矩为最大值，即Tgmax＝Pr/ω，其中，Tgmax为最大给定发电机电磁转矩，Pr为发电机的额定功率，ω为发电机的测量转速，当转矩控制器输出y小于Tlim时，转矩限制在y＝Tlim，当转矩控制器输出y大于Tgmax时，转矩限制在y＝Tgmax；其中：Tlim＝Koptω2；Kopt＝ηmπρR5Cp/(2λ3G3)为最大功率点跟踪控制转矩限制，Kopt为考虑传动链机械损耗后的最优模态增益，ηm为传动链机械效率，ρ为空气密度，R为风轮半径，Cp为最大风能利用系数，λ为最大Cp对应的最佳叶尖速比，G为齿轮箱传动比。