风力发电机组的限功率控制方法和控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开一种风力发电机组的限功率控制方法，包括：确定风力发电机组的安全转速；根据风力发电机组的限功率值确定风力发电机组的限额定转速；当风力发电机组的限额定转速小于安全转速时，对风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得风力发电机组的运行转速保持在该安全转速，同时减小风力发电机组的增益，使得风力发电机组的输出功率保持在该限功率值。基于本发明专利技术公开的限功率控制方法，能够降低风力发电机组出现扭矩跳变的可能性，保证风力发电机组运行的稳定性和安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风力发电
，尤其涉及风力发电机组的限功率控制方法和控制装置。
技术介绍
随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组现在已经得到了广泛应用。一般情况下，风力发电机组的控制策略分为四个阶段：第一阶段为最小转速阶段，将最小转速作为风力发电机组的目标转速；第二阶段通过调节风力发电机组的扭矩使叶轮按照最佳叶尖速比λ进行运转，以获得最大风能利用系数Cpmax，从而得到最优增益Kopt，使风力发电机组最大程度地捕获风能；第三阶段为过渡阶段，风力发电机组的叶轮转速到达额定转速，通过PID(比例积分微分)控制方法调节风力发电机组的扭矩，使叶轮转速维持在额定转速；第四阶段为满发阶段，当风力发电机组的扭矩达到额定扭矩后，通过变桨PID控制使风力发电机组恒功率输出。由于风电在电力系统中的比重不断增加，这导致电网难以消纳全部的风电，因此要根据电网消纳风电的能力对风电场出力进行调度控制。当风电场遇到电网限电的要求时，要采用限功率的方式控制风力发电机组的运行。根据风力发电机组的特性，风力发电机组的输出功率P＝Koptn3，其中Kopt为最优增益，n为叶轮转速。目前针对风力发电机组的限功率控制通过降低风力发电机组的限额定转速来实现。风力发电机组的限额定转速和最小转速的平均值被称为中间转速，对风力发电机组的扭矩给定的下限为关于风力发电机组的运行转速的分段函数，在正常条件下，该分段函数如图1所示，其中nmin为最小转速，nmid为中间转速，nLrated为限额定转速。当风力发电机组的限功率值很低，使得风力发电机组的限额定转速nLrated接近甚至小于或等于最小转速nmin时(如图2所示)，
风力发电机组的限额定转速nLrated、最小转速nmin和额定转速nrated接近重叠，而风力发电机组的扭矩给定受该分段函数钳制，因此风力发电机组会发生扭矩跳变。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供风力发电机组的限功率控制方法和控制装置，以降低风力发电机组出现扭矩跳变的可能性，保证风力发电机组运行的稳定性和安全性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种风力发电机组的限功率控制方法，包括：确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，所述限额定转速为所述风力发电机组在正常运行状态下输出所述限功率值所对应的转速；当所述风力发电机组的限额定转速小于所述安全转速时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述安全转速，同时减小所述风力发电机组的增益，使得所述风力发电机组的输出功率保持在所述限功率值。作为一个示例，在上述限功率控制方法中，所述减小所述风力发电机组的增益，包括：利用公式Kcopt＝Pset/nref3*Kopt确定所述风力发电机组的变最优增益，将所述风力发电机组的增益减小至所述变最优增益；其中，Kcopt为所述风力发电机组的变最优增益，Kopt为所述风力发电机组的最优增益，Pset为所述风力发电机组的限功率值，nref为所述风力发电机组的安全转速。作为一个示例，在上述限功率控制方法中，在确定所述风力发电机组的限额定转速之后，还包括：当所述风力发电机组的限额定转速大于或等于所述安全转速时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述限额定转速。作为一个示例，在上述限功率控制方法中，所述确定所述风力发电机组的安全转速，包括：确定所述风力发电机组的最小转速；确定所述风力发电机组的转速安全增量；计算所述最小转速和所述转速安全增量的和值，并将其作为所述风力发电机组的安全转速。作为一个示例，在上述限功率控制方法中，所述根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，包括：获取所述风力发电机组正常运行状态下的转速-功率曲线；在所述转速-功率曲线中查找与所述限功率值对应的转速，查找到的转速作为所述风力发电机组的限额定转速。第二方面，本专利技术提供一种风力发电机组的控制装置，包括：安全转速确定单元，用于确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；限额定转速确定单元，用于根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，所述限额定转速为所述风力发电机组在正常运行状态下输出所述限功率值所对应的转速；第一控制单元，在所述风力发电机组的限额定转速小于所述安全转速的情况下，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述安全转速，同时减小所述风力发电机组的增益，使得所述风力发电机组的输出功率保持在所述限功率值。作为一个示例，在上述限功率控制装置中，所述第一控制单元减小所述风力发电机组的增益，具体为：利用公式Kcopt＝Pset/nref3*Kopt确定所述风力发电机组的变最优增益，将所述风力发电机组的增益减小至所述变最优增益；其中，Kcopt为所述风力发电机组的变最优增益，Kopt为所述风力发电机组的最优增益，Pset为所述风力发电机组的限功率值，nref为所述风力发电机组的安全转速。作为一个示例，在上述限功率控制装置中，还包括第二控制单元，所述第二控制单元在所述风力发电机组的限额定转速大于或等于所述安全转速的情况下，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述限额定转速。第三方面，本专利技术提供一种风力发电机组的限功率控制方法，包括：确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；根据所述风力发电机组的最优增益和所述安全转速计算所述风力发电机组的安全功率；当所述风力发电机组的限功率值小于所述安全功率时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述安全转速，同时减小所述风力发电机组的增益，使得所述风力发电机组的输出功率保持在所述限功率值。作为一个示例，在上述限功率控制方法中，所述减小所述风力发电机组的增益，包括：利用公式Kcopt＝Pset/nref3*Kopt确定所述风力发电机组的变最优增益，将所述风力发电机组的增益减小至所述变最优增益；其中，Kcopt为所述风力发电机组的变最优增益，Kopt为所述风力发电机组的最优增益，Pset为所述风力发电机组的限功率值，nref为所述风力发电机组的安全转速。作为一个示例，在上述限功率控制方法中，在确定所述风力发电机组的安全功率之后，还包括：当所述风力发电机组的限功率值大于或等于所述安全功率时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述限额定转速。第四方面，本专利技术提供一种风力发电机组的控制装置，包括：安全转速确定单元，用于确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；安全功率确定单元，用于根据所述风力发电机组的最优增益和所述安全转速计算所述风力发电机组的安全功率；第三控制单元，在所述风力发电机组的限功率值小于所述安全功率的情况下，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的限功率控制方法，其特征在于，包括：确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，所述限额定转速为所述风力发电机组在正常运行状态下输出所述限功率值所对应的转速；当所述风力发电机组的限额定转速小于所述安全转速时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述安全转速，同时减小所述风力发电机组的增益，使得所述风力发电机组的输出功率保持在所述限功率值。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的限功率控制方法，其特征在于，包括：确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，所述限额定转速为所述风力发电机组在正常运行状态下输出所述限功率值所对应的转速；当所述风力发电机组的限额定转速小于所述安全转速时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述安全转速，同时减小所述风力发电机组的增益，使得所述风力发电机组的输出功率保持在所述限功率值。2.根据权利要求1所述的限功率控制方法，其特征在于，所述减小所述风力发电机组的增益，包括：利用公式Kcopt＝Pset/nref3*Kopt确定所述风力发电机组的变最优增益，将所述风力发电机组的增益减小至所述变最优增益；其中，Kcopt为所述风力发电机组的变最优增益，Kopt为所述风力发电机组的最优增益，Pset为所述风力发电机组的限功率值，nref为所述风力发电机组的安全转速。3.根据权利要求1或2所述的限功率控制方法，其特征在于，在确定所述风力发电机组的限额定转速之后，还包括：当所述风力发电机组的限额定转速大于或等于所述安全转速时，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述限额定转速。4.根据权利要求1所述的限功率控制方法，其特征在于，所述确定所述风力发电机组的安全转速，包括：确定所述风力发电机组的最小转速；确定所述风力发电机组的转速安全增量；计算所述最小转速和所述转速安全增量的和值，并将其作为所述风力发电机组的安全转速。5.根据权利要求1所述的限功率控制方法，其特征在于，所述根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，包括：获取所述风力发电机组正常运行状态下的转速-功率曲线；在所述转速-功率曲线中查找与所述限功率值对应的转速，查找到的转速作为所述风力发电机组的限额定转速。6.一种风力发电机组的控制装置，其特征在于，包括：安全转速确定单元，用于确定所述风力发电机组的安全转速，所述安全转速大于所述风力发电机组的最小转速；限额定转速确定单元，用于根据所述风力发电机组的限功率值确定所述风力发电机组的限额定转速，所述限额定转速为所述风力发电机组在正常运行状态下输出所述限功率值所对应的转速；第一控制单元，在所述风力发电机组的限额定转速小于所述安全转速的情况下，对所述风力发电机组进行扭矩控制和/或变桨控制，使得所述风力发电机组的运行转速保持在所述安全转速，同时减小所述风力发电机组的增益，使得所述风力发电机组的输出功率保持在所述限功率值。7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元减小所述风力发电机组的增益，具体为：利用公式Kcopt＝Pset/nref3*Kopt确定所述风力发电机组的变最优增益，将所述风力发电机组的增益减小至所述变最优增益；其中，Kcopt为所述风力发电机组的变最优增益，Kopt为所述风力发电机组的最优增益，Pset...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，韩胜男，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11