并网变速恒频风力发电机组运行控制方法技术

并网型变速恒频风力发电机组的运行控制方法包括主动偏航控制策略、并网控制策略、低风速下最大能量追踪控制策略、高风速下恒功率控制策略：包括主动偏航控制、并网控制、低风速下最大能量追踪控制、高风速下恒功率控制。风速仪和风向标测得风速和风向信息，产生偏航偏差信号，驱动偏航电动机根据偏航方向和角度执行左右偏航，并限制偏航速率，同时根据电缆缠绕传感器测得机舱转向圈数执行安全解缆动作，保证机组快速、准确、安全实现风轮对风。各控制策略从起动到并网发电，按照机组的要求和外界条件协调工作，保证风电机组的安全高效运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种并网型风力发电机组的运行控制方法，适合于各种容量机型的 风电机组并网运行，属于新能源和自动控制领域。
技术介绍
随着经济的快速发展，能源的消费逐年增加，常规能源资源面临日益枯竭的窘 境，迫切需要一些清洁、无污染、可在生的新能源。风能是一种清洁的永续能源， 风能开发具有巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近20年来风电技术有了巨 大的进步，风电开发在各种能源开发中增速最快。中国具有丰富的风力资源，风电 产业的发展有良好的资源基础，已经在节约能源、缓解中国电力供应紧张的形势、 降低长期发电成本、减少能源利用造成的大气污染和温室气体减排等方面做出贡献。尽管风能使一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，但由于风能能量密度小、 稳定性差、不能存储、效率较低，使得风力发电系统在技术上和管理上都出现了一 些特殊问题。风力发电系统所发出的电能，若不加以控制而直接接入电网，是对电 网的一种污染，绝大多数情况下只对电网的谐波有贡献，而且会影响局部电网运行 的稳定性。因此，控制技术是风电机组最核心技术之一，是风力发电系统安全高效 运行的关键。虽然我国的风电产业发展迅速，但是与风电发达国家相比，在风力发电机制造 技术和风力发电控制技术方面存在较大差距。在风机的大型化、主动失速控制、变 桨距控制、变速恒频等先进风电技术方面还有待于进一步研究和应用，变桨距机组 和变速恒频控制器的设计生产技术尚在技术开发阶段。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种并网型变速恒频风力发电机组的控制方 法，将控制方案分为主动偏航控制、并网控制、最大能量追踪控制、恒功率控制， 用于解决风力发电系统在偏航对风与电缆解缆、风电并网、低风速下输出最大功率、 高风速下稳定安全运行等方面存在的问题，实现对大型并网风力发电机组运行的有 效安全控制。技术方案本专利技术的并网型变速恒频风力发电机组控制方法包括主动偏航控制 策略、并网控制策略、低风速下最大能量追踪控制策略、高风速下恒功率控制策略: 所述主动偏航控制策略包括以下步骤Al.风速传感器测得10min内平均风速大于3m/s,风轮开始对风； A2.判断风轮是否完成对风，即判断M〉lr。l是否成立，其中K是风向标传感器 获得的偏航误差信号，K。为偏航设定值；当判别为否，则风力机完成对风，偏航电动机停止，偏航刹车投入； 当判别为是，则延迟10S，释放偏航刹车，1S后起动偏航电动机；A3.判断风轮偏航方向，即判断F〈0是否成立当判别为否，则偏航电动机驱动机舱按顺指针方向偏航调向； 当判别为是，则偏航电动机驱动机舱按逆指针方向偏航调向；A4.电缆缠绕传感器检测电缆缠绕圈数A41.判断电缆缠绕圈数是否在顺时针1. 8圈到逆时针1. 8圈之间当判断为是，则返回步骤A2继续判断是否需要对风；当判断为否，则转入步骤A42; A42.判断电缆缠绕至顺时针或逆时针1. 8圈一3. 8圈之间 当判断为是，则判断机组是否处于发屯状态当判断为是，则不执行解缠绕，返回步骤A2继续判断是否需要对风；当判断为否，则执行解缠绕，完成后返回步骤A1; 当判断为否，则转入步骤A43; A43.判断电缆缠绕顺时针或逆时针方向缠绕是否达到3. 8圈当判断为是，则机组由运行状态切换到暂停状态，机组自动解除电缆缠绕，完成后返回步骤A1; 当判断为否，则返回步骤A2继续判断是否需要对风； 所述并网控制策略包括以下步骤Bl.判别发电机转速是否达到并网转速，即判别化2叫是否成立，其中，^为 发电机转速，叫为最低同步转速； 当判别为否，则风力发电机继续空转运行升速； 当判别为是，则自动转入步骤B2，执行风力发电机空载并网控制策略； B2.检测三相电网电压&， "6, Me，通过式1式进行三相/二相旋转变换<formula>formula see original document page 7</formula>式l得到二相同步速旋转坐标系d-q下电压矢量&，6 = /, q为同步角速度，f为时间，采用定子磁场定向，将d轴定在双馈发电机定子磁链方向， 磁场定向后的坐标系为m-t坐标系，相应的下标d改为m, q改为t，通过 式2得到电网电压空间矢量的幅值^和相角《<formula>formula see original document page 8</formula>式2进而根据式3得到定子参考磁链"和相角《+90°<formula>formula see original document page 8</formula>式3B3.根据定子参考磁链^'，由(4)式计算得到转子m轴电流参考分量/二<formula>formula see original document page 8</formula>式4i^为发电机定、转子的互感系数，实际并网过程中磁场定向的误差存在， 使得转子t轴电流参考分量。不为零，转子电流与电压之间关系满足式5:<formula>formula see original document page 8</formula>式5"m2、",2分别为转子实际电压分量，/ 2、 /,2为转子实际电流分量，《2=(A+APK2、 ",'2=(及2+^2/^2是分别与、2、 /,2具有一阶微分关系的 电压分量，A、2--G>,i^2、 A",^fi^Z^2为电压补偿分量，及2为转子绕组 电阻，A为转子等效自感，化为转差角速度，/7为微分算子，通过关系式5实现对转子电流闭环控制，即对转子的励磁控制，转子m、 t轴电流参考 分量/"、 4与实际电流分量L、 f。的偏差经控制器调节后加上补偿分量， 得到转子m、 t轴电压参考分量""、《，再经过式6坐标变换<formula>formula see original document page 8</formula>式6得到转子电压在《2-爲坐标上的分量""、"h，其中"2-爲坐标以^角速 度相对于定子绕组逆时针旋转，根据""、"；进行电压空间矢量脉宽调制，产生发电机侧变换器的驱动信号，实现双馈发电机的空载并网 控制当转速发生变化时，通过闭环控制，转子被施以频率可变的交流励磁； 当转速达到同步速时，《，=0，对转子进行直流励磁；B4.通过B3转子电流的控制，使得发电机定子电压频率不受转速变化而影响， 而与电网电压频率一致，获得额定的定子磁链和满足并网条件的定子电压，稳 定后起动合闸并网开关，风力发电机并网运行； 所述低风速下最大能量追踪控制策略包括以下步骤Cl.当发电机转速小于额定转速时，风力发电机组采用给定的功率-转速曲线控制，该曲线由关系式7描述^,^戸c戸欲(I^)3及2 式7/ 为空气密度，及为风轮半径，W为风轮转速，尸，为最佳运行功率，由最大功率系数cpmax和最佳叶尖速比;i。p,决定,其给定参考值由发电机转速反馈算出，并随转速变化，控制发电机转速，使输出功率跟踪/^曲线； C2.采用间接速度控制策略，转矩和转速的平方关系式8:C = 式8r/为转矩期望值，《一是具有最佳功率系数的比例系数，而根据B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并网型变速恒频风力发电机组运行控制方法，其特征在于该方法包括主动偏航控制策略、并网控制策略、低风速下最大能量追踪控制策略、高风速下恒功率控制策略：　所述主动偏航控制策略包括以下步骤：　Ａ１．风速传感器测得１０ｍｉｎ内平均风速 大于３ｍ／ｓ，风轮开始对风；　Ａ２．判断风轮是否完成对风，即判断｜Ｖ｜＞｜Ｖ↓［０］｜是否成立，其中Ｖ是风向标传感器获得的偏航误差信号，Ｖ↓［０］为偏航设定值；　当判别为否，则风力机完成对风，偏航电动机停止，偏航刹车投入；　 　当判别为是，则延迟１０ｓ，释放偏航刹车，１ｓ后起动偏航电动机；　Ａ３．判断风轮偏航方向，即判断Ｖ＜０是否成立：　当判别为否，则偏航电动机驱动机舱按顺指针方向偏航调向；　当判别为是，则偏航电动机驱动机舱按逆指针方向偏航调向 ；　Ａ４．电缆缠绕传感器检测电缆缠绕圈数：　Ａ４１．判断电缆缠绕圈数是否在顺时针１．８圈到逆时针１．８圈之间：　当判断为是，则返回步骤Ａ２继续判断是否需要对风；　当判断为否，则转入步骤Ａ４２；　Ａ４２．判断电缆 缠绕至顺时针或逆时针１．８圈－３．８圈之间：　当判断为是，则判断机组是否处于发电状态：　当判断为是，则不执行解缠绕，返回步骤Ａ２继续判断是否需要对风；　当判断为否，则执行解缠绕，完成后返回步骤Ａ１；　当判断为否，则转 入步骤Ａ４３；　Ａ４３．判断电缆缠绕顺时针或逆时针方向缠绕是否达到３．８圈：　当判断为是，则机组由运行状态切换到暂停状态，机组自动解除电缆缠绕，完成后返回步骤Ａ１；　当判断为否，则返回步骤Ａ２继续判断是否需要对风；　 所述并网控制策略包括以下步骤：　Ｂ１．判别发电机转速是否达到并网转速，即判别ω↓［ｅ］≥ω↓［０］是否成立，其中，ω↓［ｅ］为发电机转速，ω↓［０］为最低同步转速；　当判别为否，则风力发电机继续空转运行升速；　当判别为是， 则自动转入步骤Ｂ２，执行风力发电机空载并网控制策略；　Ｂ２．检测三相电网电压ｕ↓［ａ］，ｕ↓［ｂ］，ｕ↓［ｃ］，通过式１式进行三相／二相旋转变换：　＊＊＊　式１　得到二相同步速旋转坐标系ｄ－ｑ下电压矢量ｕ↓［ｄ］，ｕ↓［ ｑ］，θ＝ω↓［１］ｔ，ω↓［１］为同步角速度，ｔ为时间，采用定子磁场定向，将ｄ轴定在双馈发电机定子磁链方向，磁场定向后的坐标...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕剑虹，赵亮，陈贝，吴科，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]