用于風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，該方法包括判斷出當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，則執(zhí)行如下步驟:若當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速處于設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則變流器基于不進(jìn)行發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)玫降陌l(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，否則，對當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值進(jìn)行發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償，最終得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值，從而變流器基于該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。本發(fā)明在滿發(fā)工況條件下，不采取恒功率控制，根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，適時通過發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動控制、降低結(jié)構(gòu)部件載荷，防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動過大及結(jié)構(gòu)部件載荷過大。
【專利說明】用于風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，適用于陸地式風(fēng)電機(jī)組，尤其適用于浮動式風(fēng)電機(jī)組，屬于風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與載荷控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，基于直驅(qū)永磁技術(shù)或雙饋勵磁技術(shù)的風(fēng)電機(jī)組大多采用變槳變速的控制方法。具體來說，當(dāng)實(shí)際風(fēng)速在額定風(fēng)速以下時，葉輪轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速成比例調(diào)節(jié)，以維持最佳尖速比不變，從而獲得更多的風(fēng)能。通常，采用控制發(fā)電機(jī)電磁扭矩來控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使葉片槳距角保持在最優(yōu)槳距角。發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比，其比值為最佳增益值，發(fā)電機(jī)電磁扭矩的控制由變流器來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)實(shí)際風(fēng)速在額定風(fēng)速以上時，大多數(shù)的風(fēng)電機(jī)組采用發(fā)電機(jī)恒功率的控制方法，通過改變?nèi)~輪的葉片槳距角和發(fā)電機(jī)電磁扭矩，來保持發(fā)電機(jī)恒定功率。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速時，變槳距控制不是保持發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值恒定，而是以檢測的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為依據(jù)，反比例調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值，以保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定。而變槳距控制采用測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速設(shè)定點(diǎn)的差值，引入PID校正方式，計(jì)算對應(yīng)的葉片槳距角需求，由變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
[0003]但是，在實(shí)際運(yùn)行中，風(fēng)速是具有隨機(jī)性和不確定性的，葉輪轉(zhuǎn)速會隨風(fēng)速作相應(yīng)變化，而葉輪轉(zhuǎn)速的變化最終會影響風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能和結(jié)構(gòu)部件載荷的承受情況，尤其是大湍流風(fēng)工況下，風(fēng)速的瞬時變化會造成葉輪轉(zhuǎn)速的快速變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)可知，在滿發(fā)工況條件下，特別是在大風(fēng)工況條件下:當(dāng)風(fēng)速突然增大時，葉輪轉(zhuǎn)速上升，由于發(fā)電機(jī)電磁扭矩乘以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等于發(fā)電機(jī)功率，因此發(fā)電機(jī)電磁扭矩因恒功率而降低。由于變流器慣性較小，因而發(fā)電機(jī)電磁扭矩反應(yīng)迅速，由于變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量較大，因而葉輪變槳反應(yīng)較慢，所以造成發(fā)電機(jī)(傳動軸)扭矩差上升較快，葉輪加速度增大，也就是說，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是容易上升的。那么，若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速已處于臨界過速狀態(tài)，則此時就容易發(fā)生發(fā)電機(jī)過速故障，尤其是浮動式風(fēng)電機(jī)組經(jīng)常發(fā)生過速故障。當(dāng)風(fēng)速突然降低時，葉輪轉(zhuǎn)速下降，發(fā)電機(jī)電磁扭矩因恒功率而增大，基于上述變流器慣性較小而變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動慣量較大的原理，發(fā)電機(jī)(傳動軸)扭矩差為負(fù)，葉輪產(chǎn)生負(fù)加速度，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速跌落，極易致使風(fēng)電機(jī)組從滿發(fā)狀態(tài)突跳到變速控制階段，造成發(fā)電機(jī)功率大幅損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對滿發(fā)工況條件下恒功率輸出導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)電磁扭矩成反比例，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生負(fù)阻尼影響的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提出一種針對風(fēng)電機(jī)組，特別是浮動式風(fēng)電機(jī)組在滿發(fā)工況條件下，不采取恒功率控制，而是根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，適時通過發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動控制、降低結(jié)構(gòu)部件載荷的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，該方法可防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動過大以及結(jié)構(gòu)部件載荷過大。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:[0006]—種用于風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法,該發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法用于風(fēng)電機(jī)組，該風(fēng)電機(jī)組包括由多片葉片及骨架構(gòu)成的葉輪，該葉輪通過傳動軸安裝在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，該發(fā)電機(jī)的輸出功率端經(jīng)由變流器與電網(wǎng)連接，該葉輪上安裝有變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該傳動軸上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，該變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)、該變流器、該轉(zhuǎn)速傳感器分別與主控制器連接，其特征在于，該發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法包括如下步驟:
[0007]步驟一:判斷當(dāng)前工況是否為滿發(fā)工況:若當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，則進(jìn)入步驟二 ；若當(dāng)前工況不為滿發(fā)工況，則進(jìn)入非滿發(fā)工況處理流程；
[0008]步驟二 ；基于該轉(zhuǎn)速傳感器檢測得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行如下判斷:若該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速處于設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則將額定發(fā)電機(jī)功率除以該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值向該變流器傳送，由該變流器基于該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值來控制該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后返回至該步驟一；若該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速未處于該設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則進(jìn)入步驟三；
[0009]步驟三:基于如下公式得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值，
[0010]發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值刊當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速-額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)X增益值X權(quán)重值；
[0011]步驟四:將額定發(fā)電機(jī)功率除以該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值與該步驟三計(jì)算得到的該發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值相加得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值，將該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值向該變流器傳送，由該變流器基于該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值來控制該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后返回至該步驟
O
[0012]所述判斷當(dāng)前工況是否為滿發(fā)工況包括如下步驟:
[0013]步驟1:獲取所述葉片當(dāng)前的槳距角，并計(jì)算當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率；
[0014]步驟2:若所述葉片當(dāng)前的槳距角大于最優(yōu)槳距角且當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率大于額定發(fā)電機(jī)功率X系數(shù)，則當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，否則，當(dāng)前工況不為滿發(fā)工況。
[0015]所述設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速且大于等于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速X比例系數(shù)。
[0016]在所述步驟三的所述公式中，所述增益值的取值范圍為大于0且小于等于額定發(fā)電機(jī)電磁扭矩/額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，所述權(quán)重值基于所述葉片當(dāng)前的槳距角在權(quán)重調(diào)度表中查找得出。當(dāng)所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速時，所述增益值取所述取值范圍的最大值；當(dāng)所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速X比例系數(shù)時，所述增益值取接近所述取值范圍的最小值的數(shù)值。
[0017]在所述步驟四中，對所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理后得到所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值。優(yōu)選地，在所述步驟四中，基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍、變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍，對所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理。[0018]所述基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍、變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍，對所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理包括如下步驟:
[0019]步驟1:將所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值乘以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到初始發(fā)電機(jī)功率；[0020]步驟2:若該初始發(fā)電機(jī)功率大于所述發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的上限值，則令該上限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值；若該初始發(fā)電機(jī)功率小于所述發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的下限值，則令該下限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值；
[0021]步驟3:將通過該步驟2得到的該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值乘以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到修正后發(fā)電機(jī)功率；
[0022]步驟4:若該修正后發(fā)電機(jī)功率大于所述變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍的上限值，則令該上限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值；若該修正后發(fā)電機(jī)功率小于所述變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍的下限值，則令該下限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0024]在滿發(fā)工況條件下，本發(fā)明根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，適時通過發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)姆绞浇o出發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值，來達(dá)到防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動過大(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過快上升或跌落)的現(xiàn)象發(fā)生，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)，且可實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)部件載荷(包括疲勞載荷和極限載荷，尤其對塔架底部的載荷作用較明顯)的目的。在滿發(fā)工況條件下，本發(fā)明不再采取恒功率控制，發(fā)電機(jī)功率波動會稍微增大，但基本上都處于額定發(fā)電機(jī)功率以上，從而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了發(fā)電功率的增加，提高了風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會限制在正常運(yùn)行范圍內(nèi)(處于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍內(nèi))，且發(fā)電機(jī)功率仍限制在變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍內(nèi)。
[0025]本發(fā)明適用于陸地式風(fēng)電機(jī)組，特別適用于浮動式風(fēng)電機(jī)組。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的適用對象風(fēng)電機(jī)組的組成示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。
[0028]圖3是本發(fā)明中步驟三的實(shí)現(xiàn)說明圖。
[0029]圖4是本發(fā)明中步驟四的較佳實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)說明圖。
[0030]圖5是帶有電磁扭矩補(bǔ)償與不帶電磁扭矩補(bǔ)償條件下，浮動式風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的時域曲線圖。
[0031]圖6是帶有電磁扭矩補(bǔ)償與不帶電磁扭矩補(bǔ)償條件下，塔架底部載荷的時域曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法適用于風(fēng)電機(jī)組，一般地，如圖1所示，風(fēng)電機(jī)組包括由多個葉片11及輪轂(圖中未示出)構(gòu)成的葉輪10，該葉輪10通過傳動軸12安裝在發(fā)電機(jī)(可采用永磁發(fā)電機(jī))20的轉(zhuǎn)軸上，該葉輪10的附近設(shè)置有風(fēng)速傳感器60，該發(fā)電機(jī)20的相應(yīng)信號端口與變流器30的信號端口連接，該變流器30的供電端口與電網(wǎng)80連接，在該葉輪10上安裝有用于改變該葉片11角度(槳距角)的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)40，該傳動軸12上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器50，該變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)40的控制端口、該變流器30的控制端口、該轉(zhuǎn)速傳感器50的檢測信號傳送端口、該風(fēng)速傳感器60的檢測信號傳送端口分別與主控制器70的相應(yīng)控制端口連接。
[0033]如圖1，該變流器30可包括發(fā)電機(jī)變換器31、電網(wǎng)變換器32以及控制該發(fā)電機(jī)變換器31與該電網(wǎng)變換器32運(yùn)行的變流控制器33，在實(shí)際中，該電網(wǎng)80依次經(jīng)由該電網(wǎng)變換器32、發(fā)電機(jī)變換器31而與該發(fā)電機(jī)20連接，該變流控制器33的控制端口與該主控制器70的相應(yīng)控制端口連接。
[0034]圖1所示為風(fēng)電機(jī)組的主要構(gòu)成，在實(shí)際中，風(fēng)電機(jī)組可為陸地式風(fēng)電機(jī)組、海上浮動式風(fēng)電機(jī)組等。風(fēng)電機(jī)組屬于本領(lǐng)域的熟知設(shè)備，故不在這里詳述風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及相關(guān)工作原理。
[0035]如圖2至圖4所示，本發(fā)明發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法包括如下步驟:
[0036]步驟一:主控制器70判斷當(dāng)前工況是否為滿發(fā)工況:若當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，則進(jìn)入步驟二 ；若當(dāng)前工況不為滿發(fā)工況，則進(jìn)入非滿發(fā)工況處理流程；
[0037]步驟二:主控制器70基于該轉(zhuǎn)速傳感器50檢測得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行如下判斷:若該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速處于設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則將額定發(fā)電機(jī)功率除以該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值向該變流器30傳送，由該變流器30基于該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值來控制該發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)速，然后返回至該步驟一；若該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速未處于該設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則進(jìn)入步驟三；
[0038]步驟三:主控制器70基于如下公式得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值，
[0039]發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值=(當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速-額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)X增益值X權(quán)重值；
[0040]其中，在上述公式中，增益值的取值范圍為大于0且小于等于(額定發(fā)電機(jī)電磁扭矩/額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)，但并不局限于此。當(dāng)當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速時，增益值可取該取值范圍的最大值，即增益值=額定發(fā)電機(jī)電磁扭矩/額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于(額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速X比例系數(shù))(該比例系數(shù)即下述設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍中提及的比例系數(shù))時，增益值可取接近該取值范圍的最小值的數(shù)值，即取該取值范圍內(nèi)較小的增益值。在上述公式中，該權(quán)重值基于該葉片11當(dāng)前的槳距角在權(quán)重調(diào)度表中查找得出，該權(quán)重調(diào)度表為一種葉片槳距角與權(quán)重值之間的對應(yīng)關(guān)系表(該權(quán)重調(diào)度表的設(shè)定為本領(lǐng)域的熟知技術(shù))，在該權(quán)重調(diào)度表中，每一槳距角與一個權(quán)重值對應(yīng)，一般，權(quán)重值由風(fēng)電機(jī)組發(fā)電功率與槳距角的微分關(guān)系來決定；
[0041]步驟四:將額定發(fā)電機(jī)功率除以該當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值與該步驟三計(jì)算得到的該發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值相加得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值，將該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值向該變流器30傳送，由該變流器30基于該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值來控制該發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)速，然后返回至
該步驟一。
[0042]在本發(fā)明中，滿發(fā)工況(又稱滿發(fā)狀態(tài))是指風(fēng)電機(jī)組發(fā)電功率大于(額定發(fā)電功率X系數(shù))(該系數(shù)由風(fēng)電機(jī)組相關(guān)特性決定，例如為0.95以上)時的工況。
[0043]在實(shí)際實(shí)施中，判斷當(dāng)前工況是否為滿發(fā)工況包括如下步驟:[0044]步驟1:主控制器70獲取葉片11當(dāng)前的槳距角，并計(jì)算當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率(當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率的計(jì)算為本領(lǐng)域的熟知技術(shù))；
[0045]步驟2:若葉片11當(dāng)前的槳距角大于最優(yōu)槳距角(最優(yōu)槳距角是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)特性事先設(shè)定好的參數(shù)，一般地，最優(yōu)槳距角對應(yīng)發(fā)電機(jī)功率系數(shù)Cp的最大可取值來設(shè)定)且當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率大于(額定發(fā)電機(jī)功率X系數(shù))(該系數(shù)是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)特性事先設(shè)定好的參數(shù)，該系數(shù)為大于0且小于I的實(shí)數(shù)，例如0.95)，則當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，否則，當(dāng)前工況不為滿發(fā)工況。
[0046]需要說明的是，在風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，主控制器70根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器50傳送來的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速值，根據(jù)其內(nèi)控制軟件對變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)40進(jìn)行相應(yīng)控制，使變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)40對葉片11的角度進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整，即調(diào)整葉片11的槳距角，以使葉片11所處角度位置滿足當(dāng)前工況所需，需要提及的是，對葉片11槳距角的調(diào)整不屬于本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容。由此可見，葉片11的槳距角信息是主控制器70經(jīng)由轉(zhuǎn)速傳感器50可實(shí)時得到的信息。
[0047]在實(shí)際實(shí)施中，該非滿發(fā)工況處理流程一般包括步驟:基于(最佳增益值X當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速2)或者由發(fā)電機(jī)電磁扭矩PI控制的結(jié)果，計(jì)算出當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值，根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)20的控制(變速控制)。該非滿發(fā)工況處理流程不屬于本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容，其為本領(lǐng)域的熟知技術(shù)，故其具體過程不再詳述。
[0048]在本發(fā)明中，設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速且大于等于(額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速X比例系數(shù))(該比例系數(shù)是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)特性事先設(shè)定好的參數(shù)，該比例系數(shù)為大于0且小于I的實(shí)數(shù)，例如0.95)。
[0049]在實(shí)際實(shí)施中，主控制器70首先要對檢測得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行濾波處理，濾波處理為本領(lǐng)域的熟知技術(shù)，故不在這里詳述。
[0050]在實(shí)際設(shè)計(jì)時，對于步驟四，對發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值可進(jìn)行上下限修正處理，以得到更符合實(shí)際需求的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值。例如，可基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍、變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍，對發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理，但并不局限于此。
[0051]基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍、變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍，對發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理包括如下步驟:
[0052]步驟1:將發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值乘以當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到初始發(fā)電機(jī)功率；
[0053]步驟2:若該初始發(fā)電機(jī)功率大于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的上限值，則令該上限值除以當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值；若該初始發(fā)電機(jī)功率小于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的下限值，則令該下限值除以當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值；
[0054]步驟3:將通過該步驟2得到的該發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值乘以當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到修正后發(fā)電機(jī)功率；
[0055]步驟4:若該修正后發(fā)電機(jī)功率大于變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍的上限值，則令該上限值除以當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值；若該修正后發(fā)電機(jī)功率小于變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍的下限值，則令該下限值除以當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值。
[0056]在本發(fā)明中，發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍是指滿發(fā)工況時的發(fā)電機(jī)功率波動限定范圍，變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍是指滿發(fā)工況時的變流器可承受功率波動范圍。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)特性事先設(shè)定好的數(shù)值范圍，發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍為大于等于下限值且小于等于上限值，該上、下限值均為大于0的正實(shí)數(shù)，例如，發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍為(0.85X額定發(fā)電機(jī)功率)?(1.15X額定發(fā)電機(jī)功率)。變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍是根據(jù)變流器的相關(guān)特性事先設(shè)定好的數(shù)值范圍，變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍為大于等于下限值且小于等于上限值，該上、下限值均為大于0的正實(shí)數(shù)，例如，變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍為(0.9X額定發(fā)電機(jī)功率)?(1.1X額定發(fā)電機(jī)功率)。
[0057]在實(shí)際實(shí)施中，主控制器70將發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值傳送給變流器30的變流控制器33，由變流控制器33基于發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值對發(fā)電機(jī)變換器31進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)速的控制，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速處于平穩(wěn)狀態(tài)。
[0058]從上述本發(fā)明可知，在滿發(fā)工況條件下，當(dāng)風(fēng)速突然增大時，基于葉輪轉(zhuǎn)速上升，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升得超出了設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍時，此時變流器30接收到的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值不再降低，而是基于本發(fā)明對當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值進(jìn)行補(bǔ)償(此時的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值為大于0的正值(正實(shí)數(shù)))，使得發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值大于當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值，在發(fā)電機(jī)功率略有增加的基礎(chǔ)上，抑制了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快速上升，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)，且降低了結(jié)構(gòu)部件載荷，當(dāng)風(fēng)速突然降低時，基于葉輪轉(zhuǎn)速下降，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速跌落，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得超出了設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍時，此時變流器30接收到的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值不再上升，而是基于本發(fā)明對當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值進(jìn)行補(bǔ)償(此時的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值為小于0的負(fù)值(負(fù)實(shí)數(shù)))，使得發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值小于當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值，在發(fā)電機(jī)功率略有減小的基礎(chǔ)上，抑制了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快速跌落，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)，且降低了結(jié)構(gòu)部件載荷。并且，基于本發(fā)明對發(fā)電機(jī)實(shí)施控制后，雖然發(fā)電機(jī)功率波動會稍微增大，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會限制在正常運(yùn)行范圍內(nèi)(基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的限定)，且發(fā)電機(jī)功率限制在變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍內(nèi)。
[0059]圖5是帶有發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償與不帶發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償條件下，某海上浮動式風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的時域曲線圖，在圖5中，虛線表示不帶發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償時，該海上浮動式風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線，實(shí)線表示帶有發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償時，該海上浮動式風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。從圖5可知，與不帶發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償相比，該海上浮動式風(fēng)電機(jī)組帶有發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償時的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動較小，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速要跌落時，基于發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速跌落較少，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升時，基于發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升較慢且上升幅值小，也就是說，發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)膶?shí)施使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)。
[0060]圖6是帶有發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償與不帶發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償條件下，某風(fēng)電機(jī)組下部的塔架底部載荷的時域曲線圖，在圖6中，虛線表示不帶發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償時，該塔架底部的載荷曲線，實(shí)線表示帶有發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償時，該塔架底部的載荷曲線。從圖6可知，與不帶發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償相比，帶有發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)脑擄L(fēng)電機(jī)組下部的塔架底部的載荷波動較小，可降低塔架底部的疲勞載荷和極限載荷。
[0061]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0062]在滿發(fā)工況條件下，本發(fā)明根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，適時通過發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償?shù)姆绞浇o出發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值，來達(dá)到防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動過大(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過快上升或跌落)的現(xiàn)象發(fā)生，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)，且可實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)部件載荷(包括疲勞載荷和極限載荷，尤其對塔架底部的載荷作用較明顯)的目的。在滿發(fā)工況條件下，本發(fā)明不再采取恒功率控制，發(fā)電機(jī)功率波動會稍微增大，但基本上都處于額定發(fā)電機(jī)功率以上，從而本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了發(fā)電功率的增加，提高了風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會限制在正常運(yùn)行范圍內(nèi)(處于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍內(nèi))，且發(fā)電機(jī)功率仍限制在變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍內(nèi)。
[0063]本發(fā)明適用于陸地式風(fēng)電機(jī)組，特別適用于海上浮動式風(fēng)電機(jī)組。
[0064]以上所述是本發(fā)明的較佳實(shí)施例及其所運(yùn)用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法用于風(fēng)電機(jī)組，所述的風(fēng)電機(jī)組包括由多個葉片及輪轂構(gòu)成的葉輪，所述的葉輪通過傳動軸安裝在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，所述的發(fā)電機(jī)的輸出功率端經(jīng)由變流器與電網(wǎng)連接，所述的葉輪上安裝有變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的傳動軸上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，所述的變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)、所述的變流器、所述的轉(zhuǎn)速傳感器分別與主控制器連接，其特征在于，所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法包括如下步驟: 步驟一:判斷當(dāng)前工況是否為滿發(fā)工況:若當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，則進(jìn)入步驟二 ；若當(dāng)前工況不為滿發(fā)工況，則進(jìn)入非滿發(fā)工況處理流程； 步驟二:基于所述的轉(zhuǎn)速傳感器檢測得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行如下判斷:若所述的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速處于設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則將額定發(fā)電機(jī)功率除以所述的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值向所述的變流器傳送，由所述的變流器基于所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值來控制所述的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后返回至所述的步驟一；若所述的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速未處于所述的設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則進(jìn)入步驟三； 步驟三:基于如下公式得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值， 發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值=(當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速-額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)X增益值X權(quán)重值； 步驟四:將額定發(fā)電機(jī)功率除以所述的當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到的當(dāng)前發(fā)電機(jī)電磁扭矩實(shí)際值與步驟三計(jì)算得到的所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償值相加得到發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值，將所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值向所述的變流器傳送，由所述的變流器基于所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值來控制所述的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后返回至步驟一。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 所述判斷當(dāng)前工況是否為滿發(fā)工況包括如下步驟: 步驟1:獲取所述葉片當(dāng)前的槳距角，并計(jì)算當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率； 步驟2:若所述葉片當(dāng)前的槳距角大于最優(yōu)槳距角且當(dāng)前發(fā)電機(jī)功率大于額定發(fā)電機(jī)功率X系數(shù)，則當(dāng)前工況為滿發(fā)工況，否則，當(dāng)前工況不為滿發(fā)工況。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 所述設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速且大于等于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速X比例系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 濾波處理檢測得到的所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 在所述步驟三的所述公式中，所述增益值的取值范圍為大于O且小于等于額定發(fā)電機(jī)電磁扭矩/額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，所述權(quán)重值基于所述葉片當(dāng)前的槳距角在權(quán)重調(diào)度表中查找得出。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 當(dāng)所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速時，所述增益值取所述取值范圍的最大值；當(dāng)所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速X比例系數(shù)時，所述增益值取接近所述取值范圍的最小值的數(shù)值。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 在所述步驟四中，對所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理后得到所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 在所述步驟四中，基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍、變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍，對所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 所述基于發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍、變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍，對所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值進(jìn)行上下限修正處理包括如下步驟: 步驟1:將所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出初始值乘以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到初始發(fā)電機(jī)功率; 步驟2:若所述的初始發(fā)電機(jī)功率大于所述的發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的上限值，則令所述的上限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值；若所述的初始發(fā)電機(jī)功率小于所述發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍的下限值，則令所述的下限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值； 步驟3:將通過所述的步驟2得到的所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出第一修正值乘以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得到修正后發(fā)電機(jī)功率； 步驟4:若所述的修正后發(fā)電機(jī)功率大于所述變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍的上限值，則令所述的上限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值；若所述的修正后發(fā)電機(jī)功率小于所述變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍的下限值，則令所述的下限值除以所述當(dāng)前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速所得的發(fā)電機(jī)電磁扭矩值作為所述發(fā)電機(jī)電磁扭矩輸出需求值。
10.如權(quán)利要求7或8所述的發(fā)電機(jī)電磁扭矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于: 所述發(fā)電機(jī)滿發(fā)功率波動限定范圍為(0.85X額定發(fā)電機(jī)功率)~(1.15X額定發(fā)電機(jī)功率)； 所述變流器滿發(fā)可承受功率波動范圍為(0.9X額定發(fā)電機(jī)功率)~(1.1X額定發(fā)電機(jī)功率)。
【文檔編號】H02P9/00GK103595316SQ201310602812
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】黃國燕, 李強(qiáng), 李健 申請人:北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司