一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，能夠主動識別風(fēng)速區(qū)間并自適應(yīng)的修改下垂系數(shù)進(jìn)行頻率響應(yīng)控制。首先根據(jù)生產(chǎn)廠家給定的雙饋風(fēng)力機(jī)組特性曲線，建立雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)減載率與次優(yōu)葉尖速比的關(guān)系；根據(jù)風(fēng)速由弱至強(qiáng)，將全風(fēng)速劃分為第一至第四風(fēng)速區(qū)間；并根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的當(dāng)前減載率，在線更新四段風(fēng)速區(qū)間劃分判據(jù)；當(dāng)系統(tǒng)實(shí)時頻率下降并超過設(shè)定死區(qū)閥值時，根據(jù)采集到的實(shí)時風(fēng)速信號，進(jìn)行風(fēng)速區(qū)間識別；并計算出實(shí)時的機(jī)組備用容量，自適應(yīng)修改下垂系數(shù)，完成頻率響應(yīng)控制。本發(fā)明提出的方法能夠提高中、高風(fēng)速區(qū)間的頻率響應(yīng)能力，也能保護(hù)弱、低風(fēng)速區(qū)間發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不低于最小允許轉(zhuǎn)速。
【專利說明】一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，屬于風(fēng)電機(jī)組參與頻率響應(yīng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前廣泛商業(yè)應(yīng)用的雙饋風(fēng)電機(jī)組由于采用了先進(jìn)的電力電子變流器，實(shí)現(xiàn)了有功、無功解耦控制，從而也導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部分和系統(tǒng)的電磁部分發(fā)生解耦，無法向系統(tǒng)提供慣性響應(yīng)能力。同時風(fēng)電場為了追求最大的經(jīng)濟(jì)效益，雙饋風(fēng)電機(jī)組正常情況下都是工作在最大功率跟蹤模式，也就意味著無法向系統(tǒng)提供備用容量參與系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)。
[0003]當(dāng)前比較成熟的頻率控制策略是采用虛擬慣性控制以及下垂控制等方法。但由于模擬下垂控制特性過程中，風(fēng)電機(jī)組受到風(fēng)速等客觀條件的限制，并不能完全模仿同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行一次頻率響應(yīng)控制，必須結(jié)合自身的條件。如由張昭遂、孫元章等提出的《超速與變槳協(xié)調(diào)的雙饋風(fēng)電機(jī)組頻率控制》論文中，將全風(fēng)速范圍劃分為低、中、高三段風(fēng)速區(qū)間。秉持著優(yōu)先采用超速法進(jìn)行控制，后采用槳距角進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的原則，這樣能夠減少槳距角動作次數(shù)。因此，對于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全風(fēng)速范圍頻率響應(yīng)控制方法的研究，是今后非常急需解決的一項技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的控制規(guī)律，將全風(fēng)速劃分為第一至第四風(fēng)速區(qū)間，在線主動識別風(fēng)速區(qū)間；頻率下降并超過設(shè)定的死區(qū)頻率時，啟動頻率控制單元；并同時根據(jù)當(dāng)前機(jī)組備用容量，自適應(yīng)的修改下垂系數(shù)，進(jìn)行頻率響應(yīng)控制。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明提供一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，包括以下步驟:
[0007]步驟I，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性曲線Cp ( β，λ )，采用非線性求解方法，建立減載率del %與次優(yōu)葉尖速比Xdel的關(guān)系，并保存在儲存器中，用于數(shù)據(jù)共享、調(diào)用；其中，Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，β為槳距角，λ為葉尖速比；
[0008]步驟2，根據(jù)風(fēng)速由弱至強(qiáng)，將全風(fēng)速劃分為第一至第四風(fēng)速區(qū)間；并根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的當(dāng)前減載率在線更新四段風(fēng)速區(qū)間劃分判據(jù)；
[0009]所述第一風(fēng)速區(qū)間即為轉(zhuǎn)速恒定階段，其劃分表達(dá)式如下:
[0010]Vwcutin ^ Vw < Vw0
[0011]其中，Vwratin為切入風(fēng)速；vw為實(shí)時風(fēng)速；vw(l為剛好獲得最大風(fēng)能利用系數(shù)時所對應(yīng)的風(fēng)速，即為第一、第二風(fēng)速區(qū)間的臨界風(fēng)速；
[0012]Vwtl的計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性曲線Cp(i3，λ )，采用非線性求解方法，建立減載率del%與次優(yōu)葉尖速比Xdel的關(guān)系，并保存在儲存器中，用于數(shù)據(jù)共享、調(diào)用；其中，Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，β為槳距角，λ為葉尖速比； 步驟2，根據(jù)風(fēng)速由弱至強(qiáng)，將全風(fēng)速劃分為第一至第四風(fēng)速區(qū)間；并根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的當(dāng)前減載率在線更新四段風(fēng)速區(qū)間劃分判據(jù)； 步驟3，監(jiān)測系統(tǒng)頻率的變化，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降并超過設(shè)定的死區(qū)閥值時，啟動頻率控制單元，根據(jù)采集到的實(shí)時風(fēng)速信號，進(jìn)行風(fēng)速區(qū)間識別，并計算出實(shí)時的機(jī)組備用容量，自適應(yīng)的修改下垂系數(shù)Rf，實(shí)現(xiàn)頻率響應(yīng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，步驟2中所述第一風(fēng)速區(qū)間即為轉(zhuǎn)速恒定階段，其劃分表達(dá)式如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，步驟2中所述第二風(fēng)速區(qū)間的劃分表達(dá)式如下:
Vw0 ^Vw< Vwl 其中，Vwl為按照當(dāng)前減載率僅采用超速法控制時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速剛好達(dá)到最大允許轉(zhuǎn)速ω_對應(yīng)的風(fēng)速，即為第二、第三風(fēng)速區(qū)間的臨界風(fēng)速； Vwl的計算公式為: v _
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，步驟3中所述下垂系數(shù)Rf的計算公式如下: R _ _ band 丨 f N
A 尸Margm 其中，Δ fband頻率偏移下限；fN為系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率APstogin = del0% Pmppt，為當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的備用容量；PN為風(fēng)電機(jī)組的額定功率；P?PPT為當(dāng)前風(fēng)速下最大可輸出功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述第一風(fēng)速區(qū)間的功率參考值的表達(dá)式如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，所述第二風(fēng)速區(qū)間的功率參考值的表達(dá)式如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，在第二風(fēng)速區(qū)間的實(shí)際控制過程中，還需要加一個限幅環(huán)節(jié)，用以在頻率下降時，直接采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制，然后通過減載功率曲線不斷地跳變來完成頻率響應(yīng)控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)全風(fēng)速頻率響應(yīng)控制方法，其特征在于，步驟3中所述頻率響應(yīng)控制的方法具體如下: (1)第一風(fēng)速區(qū)間:不參與系統(tǒng)頻率響應(yīng)控制，采用線性控制策略進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)控制； (2)第二風(fēng)速區(qū)間:通過修改減載功率曲線的系數(shù)，并采用發(fā)電機(jī)實(shí)時轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制，完成頻率響應(yīng)過程； (3)第三風(fēng)速區(qū)間:通過轉(zhuǎn)速控制和槳距角共同協(xié)調(diào)來完成； (4)第四風(fēng)速區(qū)間:通過槳距角進(jìn)行控制，且因槳距角功能是限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不超過最大允許轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)速參考值始終保持= ω_不變，即為通過修改功率參考值來完成控制。
【文檔編號】F03D7/00GK103967702SQ201410168472
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】潘文霞, 全銳, 張程程, 王飛, 祁佟, 楊磊 申請人:河海大學(xué)