專利名稱：風(fēng)電場及其控制方法
風(fēng)電場及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電場，尤其是涉及一種風(fēng)電場及其控制方法。背景技術(shù)：
傳統(tǒng)所使用的風(fēng)電場一般采用單機(jī)輸出功率控制，風(fēng)電場總體輸出功率也 只是單個風(fēng)機(jī)輸出功率機(jī)械相加，缺乏對整個風(fēng)電場輸出功率系統(tǒng)控制。風(fēng)電 場往往有幾十上百臺風(fēng)機(jī)同時發(fā)電，風(fēng)力特點(diǎn)是大小、方向不確定性，單機(jī)輸 出功率控制易造成整個風(fēng)電場入網(wǎng)功率變化幅度大，電能質(zhì)量不好，甚至造成
輸電網(wǎng)崩潰，所以進(jìn)入輸電網(wǎng)的電場的輸出功率必須控制在一定的變化范圍內(nèi)， 整個風(fēng)電場的輸出功率要求保持基本恒定。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種輸出功率穩(wěn)定的風(fēng)電場。 此外，還有必要提供一種能使風(fēng)電場輸出功率穩(wěn)定的控制方法。 一種風(fēng)電場，包括風(fēng)機(jī)、箱式變電站、終端監(jiān)控器及中央控制器，所述風(fēng) 機(jī)輸出的電能經(jīng)箱式變電站處理后輸入到輸電網(wǎng)，所述風(fēng)才幾上設(shè)置有風(fēng)機(jī)控制 器，所述風(fēng)機(jī)與終端監(jiān)控器連接通訊，所述終端監(jiān)控器與中央控制器連接通訊， 所述箱式變電站中連接有充電/蓄電裝置，所述充電/蓄電裝置的輸出端與風(fēng)機(jī)連 接，所述終端監(jiān)控器采集箱式變電站與風(fēng)機(jī)的信息并傳輸給中央控制器，所述 中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器控制充電/蓄電裝置對輸出功率未達(dá)到輸出要求的風(fēng) 機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給。
優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)包括可調(diào)方向角的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子、與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子連接的感應(yīng)發(fā) 電機(jī)、采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速的風(fēng)速計(jì)，所述風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子包括可調(diào)槳距角的風(fēng)機(jī) 葉片及與風(fēng)機(jī)葉片連接的輪轂，所述充電/蓄電裝置與感應(yīng)發(fā)電機(jī)連接并對感應(yīng) 發(fā)電機(jī)激勵補(bǔ)給。優(yōu)選的，所述中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器控制預(yù)定區(qū)域上未達(dá)到要求的輸 出功率的風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給，同時對預(yù)定區(qū)域上達(dá)到額定的功率的風(fēng)機(jī)輸出 一部分 功率供給充電/蓄電裝置，同時控制風(fēng)機(jī)在所述預(yù)定區(qū)域上從所述未達(dá)到要求的 輸出功率至所述達(dá)到額定的輸出功率為平滑或直線變化，所述中央控制器通過 風(fēng)機(jī)控制器控制小于所述預(yù)定區(qū)域上所述未達(dá)到要求的輸出功率輸入到充電/蓄 電裝置中。
優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)輸出功率為關(guān)于方向角與槳距角的函數(shù)，所述風(fēng)機(jī)進(jìn)一 步包括與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子連接對方向角進(jìn)行控制的調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置及對槳距角進(jìn)行控制 的槳距角控制裝置，所述中央控制器通過控制風(fēng)機(jī)控制器驅(qū)動調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置及 槳距角控制裝置分別對方向角及槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)而對風(fēng)機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)整， 所述槳距角控制裝置與調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置通過充電/蓄電裝置進(jìn)行供電。
優(yōu)選的，所述中央控制器通過控制風(fēng)機(jī)控制器驅(qū)動調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置及槳距角 控制裝置分別對方向角及槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)時，若方向角及槳距角調(diào)整到未達(dá)到 輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，所述中央控制器控制風(fēng)機(jī)控制器驅(qū)動充電/蓄電裝置對
感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行激勵補(bǔ)給直至達(dá)到輸出要求進(jìn)行輸出；
若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到風(fēng)機(jī)的輸出功率達(dá)到或超過額定輸出功率 的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，所述中央控制器控制風(fēng)機(jī)控制器將風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能傳輸?shù)匠?電/蓄電裝置存儲。
優(yōu)選的，所述箱式變電站包括電壓電流傳感器、低壓控制開關(guān)、逆變器、 高壓控制開關(guān)；所述充電/蓄電裝置接入到所述感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出方向上并通過 設(shè)置站用變將箱式變電站中的交流電轉(zhuǎn)換為充電/蓄電裝置所使用的直流電，同 時通過設(shè)置站用變控制開關(guān)對充電/蓄電裝置是否進(jìn)行充電進(jìn)行控制。
優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)控制器分別與電壓電流傳感器、低壓控制開關(guān)、逆變器、 高壓控制開關(guān)、站用變控制開關(guān)、充電/蓄電裝置連接并接收電壓電流傳感器采 集的功率信息、低壓控制開關(guān)與高壓控制開關(guān)及站用變控制開關(guān)的開合狀態(tài)信 號、逆變器的溫度信號、充電/蓄電裝置的充電狀態(tài)及是否飽和信號并通過所述 終端監(jiān)控器將所接收的信號傳送至所述中央控制器進(jìn)行集中管理，同時中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器對低壓控制開關(guān)與高壓控制開關(guān)及站用變控制開關(guān)的開
合、充電/蓄電裝置的充電與否、DC/AC轉(zhuǎn)換器是否對所述風(fēng)機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn) 行激勵補(bǔ)給進(jìn)行控制；所述終端監(jiān)控器與中央控制器直接通過基站進(jìn)行無線通 訊。
優(yōu)選的，所述風(fēng)機(jī)設(shè)置有多個，所述風(fēng)機(jī)劃分為不同的風(fēng)機(jī)單元，所述風(fēng) 機(jī)單元中至少包括一個風(fēng)機(jī)，所述中央控制器檢測到風(fēng)機(jī)單元輸出的功率沒有 達(dá)到要求則控制風(fēng)機(jī)控制器對輸出功率較小風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角進(jìn)行調(diào)整直 至調(diào)整到最佳狀態(tài)，且中央控制器控制風(fēng)機(jī)控制器從輸出功率最小的風(fēng)機(jī)開始 調(diào)整，直至風(fēng)機(jī)單元輸出的功率達(dá)到輸出要求。
優(yōu)選的，所述中央控制器檢測到風(fēng)機(jī)單元輸出的功率超過額定功率則控制 風(fēng)機(jī)控制器調(diào)整超負(fù)荷的風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角直至調(diào)整到最佳狀態(tài)，同時將 超過額定功率的風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能傳輸?shù)匠潆?蓄電裝置進(jìn)行存儲。 一種風(fēng)電場的控制方法，包括如下步驟 采集風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角、風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速、電流電壓； 才艮據(jù)電流電壓判斷風(fēng)機(jī)的輸出功率是否達(dá)到輸出要求，若未達(dá)到輸出要求 則調(diào)整風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角直至達(dá)到最佳狀態(tài)；
若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到未達(dá)到輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，則控制對 風(fēng)機(jī)進(jìn)行激勵補(bǔ)給直至達(dá)到輸出要求進(jìn)行輸出；
若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到風(fēng)機(jī)的輸出功率達(dá)到或超過額定輸出功率 的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，控制將風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能存儲；
同時控制風(fēng)機(jī)的輸出功率在在預(yù)定未達(dá)到輸出要求的區(qū)域范圍至預(yù)定的達(dá) 到額定輸出功率的區(qū)域范圍中平滑或直線上升變化。
上述的風(fēng)電場采用中央控制器對風(fēng)電場進(jìn)行統(tǒng)一、集中管理控制，并驅(qū)動 風(fēng)機(jī)控制器控制充電/蓄電裝置對的輸出功率未達(dá)到輸出要求的風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給， 使風(fēng)機(jī)的入網(wǎng)功率控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并使風(fēng)機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，符合入網(wǎng)要 求。上述的風(fēng)電場的控制方法對未達(dá)到輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行激勵 補(bǔ)給直至達(dá)到輸出要求進(jìn)行輸出，使風(fēng)機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，符合入網(wǎng)要求。


圖l為本發(fā)明的風(fēng)電場一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明 一實(shí)施例的風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的風(fēng)電場一實(shí)施例的風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)的示意圖4為本發(fā)明的風(fēng)電場一實(shí)施例的箱式變控制系統(tǒng)的示意圖5為本發(fā)明的風(fēng)電場另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明的風(fēng)電場一實(shí)施例的輸出功率的曲線變化示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
如圖l所示，本實(shí)施例的風(fēng)電場包括風(fēng)機(jī)l、箱式變電站2、終端監(jiān)控器3及 中央控制器4。風(fēng)機(jī)1與終端監(jiān)控器3之間采用無線或光纖通訊。
如圖2至圖3所示，風(fēng)機(jī)1包括風(fēng)機(jī)本體10、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12、槳距角控制裝置13、 感應(yīng)發(fā)電機(jī)14、風(fēng)速計(jì)15、調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16、風(fēng)機(jī)控制器17。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12包括風(fēng)機(jī)葉片120與輪轂122。風(fēng)機(jī)葉片120與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn) 面形成的夾角為槳距角P。槳距角P的大小直接影響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12接收風(fēng)能的多 少。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12與風(fēng)向所形成的角度為方向角a。調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16與風(fēng)機(jī) 轉(zhuǎn)子12連接并控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12與風(fēng)向的方向角oc。方向角oc影響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12所 接收風(fēng)能的大小。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12所接收風(fēng)能大小由槳距角p及方向角oc決定。風(fēng)機(jī)控制器17控 制風(fēng)機(jī)l的輸出功率。同時風(fēng)機(jī)控制器17對槳距角控制裝置13及調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝 置16進(jìn)行控制，通過槳距角控制裝置13及調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16分別對槳距角P 及方向角cc進(jìn)行調(diào)整。
風(fēng)速計(jì)15相對設(shè)于整個風(fēng)機(jī)本體10的頂部，用于測定風(fēng)機(jī)l的風(fēng)向及風(fēng)速。 風(fēng)速計(jì)15測得風(fēng)機(jī)1的風(fēng)向及風(fēng)速信號、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的槳距角p信號及方向 角a信號都傳輸給風(fēng)機(jī)控制器17進(jìn)行處理并通過終端監(jiān)控器3傳輸給中央控制器4。
風(fēng)機(jī)控制器17與槳距角控制裝置13、感應(yīng)發(fā)電機(jī)14、風(fēng)速計(jì)15、調(diào)向旋轉(zhuǎn) 控制裝置16連接，接收風(fēng)速計(jì)15的風(fēng)向及風(fēng)速信號、槳距角控制裝置所反應(yīng)的 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的槳距角P信號、調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16的方向信號及所反映的方向 角oc信號、感應(yīng)電機(jī)14的轉(zhuǎn)速信號等信息通過終端監(jiān)控器3傳輸給中央控制器4。 中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17發(fā)出槳距角(3指令、方向角oc指令分別控制槳距 角控制裝置13、調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16分別對槳距角p、方向角a進(jìn)^f亍調(diào)整。
槳距角(3指令用于控制槳距角P控制裝置，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12達(dá)到所需的槳距角。 方向角a指令控制調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12達(dá)到所需的迎風(fēng)方向角。
風(fēng)機(jī)控制器17還發(fā)出開關(guān)狀態(tài)指令及補(bǔ)償指令。開關(guān)狀態(tài)指令用于控制箱 式變電站2中各開關(guān)的分合。補(bǔ)償指令用于控制箱式變電站2中感應(yīng)發(fā)電機(jī)的補(bǔ) 償電能。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12接收風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過轉(zhuǎn)軸傳遞給感應(yīng)發(fā)電機(jī)14，感應(yīng) 發(fā)電機(jī)14把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
本實(shí)施方式中感應(yīng)發(fā)電機(jī)14為雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)力電機(jī)系統(tǒng)。感應(yīng)發(fā)電機(jī)14中由 定子產(chǎn)生的功率直接接入箱式變電站2，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的功率通過變流器5接入箱式 變電站2。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的交流電為功率、頻率不斷變化的交流電，變流器5把轉(zhuǎn)子 產(chǎn)生變頻交流電轉(zhuǎn)化為輸電網(wǎng)能接收的恒頻交流電。箱式變電站2把感應(yīng)發(fā)電機(jī) 14產(chǎn)生的低壓電轉(zhuǎn)化為輸電網(wǎng)所需的高壓電。感應(yīng)發(fā)電機(jī)14的功率輸出端連接 有充電/蓄電裝置27。
如圖3至圖4所示，箱式變電站2同時提供給風(fēng)才幾控制器17、槳距角控制裝置
13、調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16等所需電能。
箱式變電站2包括電壓/電流傳感器20、低壓控制開關(guān)22、逆變器23、高壓控 制開關(guān)24、站用變控制開關(guān)25、站用變26、充電/蓄電裝置27、 DC/AC轉(zhuǎn)換器28。
感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的交流電通過低壓控制開關(guān)22進(jìn)入低壓根并經(jīng)逆變器23 變壓后進(jìn)入高壓拒，通過高壓控制開關(guān)24控制輸出到輸電網(wǎng)。
箱式變電站2中在進(jìn)入低壓柜之前接入充電/蓄電裝置27,并通過站用變控制 開關(guān)25控制感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的交流電進(jìn)入站用變26,從而對充電/蓄電裝置27 是否進(jìn)行充電進(jìn)行控制。充電/蓄電裝置27輸出一部分直流電供給給調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16、槳距角控 制裝置13及風(fēng)機(jī)控制器17,同時輸出 一部分電源經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)換器28轉(zhuǎn)換成交 流電后供給感應(yīng)發(fā)電機(jī)14進(jìn)行激勵補(bǔ)充。
箱式變電站2中的信息傳輸給風(fēng)機(jī)控制器17進(jìn)行處理或控制。電壓/電流傳感 器20采集的電壓/電流信號、各個開關(guān)的分合狀態(tài)信號、逆變器23的溫度信號、 充電/蓄電裝置27充電狀態(tài)及飽和度信號、DC/AC轉(zhuǎn)換器28狀態(tài)信號等傳輸給風(fēng) 機(jī)控制器17。風(fēng)機(jī)控制器17將所接收風(fēng)機(jī)的功率、頻率、速度信號及箱式變電 站中的功率、頻率信號通過終端監(jiān)控器3傳輸給中央控制器4。
同時中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17對箱式變電站2中的各個開關(guān)(如低壓 控制開關(guān)22、高壓控制開關(guān)24、站用變控制開關(guān)25)、充電/蓄電裝置27、 DC/AC 轉(zhuǎn)換器28進(jìn)行控制調(diào)配。風(fēng)機(jī)控制器17發(fā)出控制指令對各開關(guān)的開合、充電/蓄 電裝置27的充電與否、DC/AC轉(zhuǎn)換器28是否給風(fēng)機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)14進(jìn)行激勵補(bǔ)給 進(jìn)行控制。
終端監(jiān)控器3接收風(fēng)機(jī)控制器17所傳輸過來的風(fēng)速計(jì)15測得風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及 風(fēng)速信號、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的槳距角P信號及方向角ct信號、箱式變電站;2的設(shè)備信 號及控制信號(如電力線路上的電流/電壓(I/V)信號、各個開關(guān)信號等)進(jìn)行 現(xiàn)場監(jiān)控，并將所接收的信息上傳至中央控制器4。終端監(jiān)控器3與中央控制器4 進(jìn)行無線通訊。本實(shí)施例中終端監(jiān)控器3與中央控制器4之間采用基站通訊方式， 當(dāng)然也可采用其他通訊方式。
中央控制器4本實(shí)施例中采用中央計(jì)算機(jī)及裝載在中央計(jì)算機(jī)中的軟件進(jìn) 行實(shí)現(xiàn)。中央控制器4對風(fēng)電場進(jìn)行集中管理、控制。根據(jù)接收的信息確定各風(fēng) 機(jī)輸出功率，同時驅(qū)動控制風(fēng)機(jī)控制器17發(fā)出各種指令對整個風(fēng)電場進(jìn)行管理、 調(diào)控。
中央控制器4根據(jù)接收風(fēng)機(jī)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的功率，控制風(fēng)機(jī)控制器17 對槳距角P及方向角oc進(jìn)行調(diào)控，同時參照風(fēng)機(jī)l所在地的風(fēng)向及風(fēng)機(jī)l的風(fēng)向 對風(fēng)機(jī)l的方向角ot進(jìn)行調(diào)整。
中央控制器4根據(jù)所接收的信息控制風(fēng)機(jī)控制器17發(fā)出方向角a指令、槳距 角P指令、開關(guān)狀態(tài)指令、補(bǔ)償指令。
功率P是關(guān)于槳距角P及方向角a的函數(shù)P-Kp"tf(m》l,n〉1)。本實(shí)施例中
將m、 n都取l進(jìn)行說明即P-Kp-a。
如圖6所示，本實(shí)施例中的風(fēng)電場輸出功率的曲線變化示意圖。圖中P輸表示整個風(fēng)電場總輸出功率。P輸處在P1至P2之間為風(fēng)電場輸出電力到輸電網(wǎng)中，輸電網(wǎng)所允許接收的風(fēng)電場輸出電力的功率波動范圍。
曲線1表示沒有中央控制器4控制下，風(fēng)電場輸出功率P輸?shù)那€，從圖形中可看出輸出功率變化范圍大。 一般不是所有的輸出功率都接入輸電網(wǎng)。只有當(dāng)P - a》c時輸出功率才接入，當(dāng)P . cc 〈c時風(fēng)電場并沒有輸出功率，不加控制的話只能白白浪費(fèi)風(fēng)能，當(dāng)P a》d時風(fēng)電場輸出功率達(dá)到最大及風(fēng)電場額定輸出功率Ps。
曲線2表示風(fēng)電場輸出功率通過中央控制器4進(jìn)行處理控制后的風(fēng)電場的輸出功率P輸?shù)那€圖。當(dāng)^a在a處時功率為P0為啟動感應(yīng)發(fā)電機(jī)14的最小功率。P輸在P.a〈b時，風(fēng)電場不輸出功率電力到輸電網(wǎng)6，此時中央控制器4通過風(fēng)才幾控制器17控制斷開低壓控制開關(guān)22，閉合站用變控制開關(guān)25，感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的交流電進(jìn)過閉合站用變控制開關(guān)25進(jìn)入站用變26,通過站用變26將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妼Τ潆?蓄電裝置27進(jìn)行充電，從而風(fēng)機(jī)l的輸出功率轉(zhuǎn)化為充電/蓄電裝置27的化學(xué)能。
當(dāng)P . a》b時，風(fēng)電場開始輸出功率，當(dāng)P oc在b-c區(qū)間，風(fēng)機(jī)l實(shí)際上的輸出功率不能達(dá)到輸出要求，這時中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17控制啟動DC/AC轉(zhuǎn)換器28，充電/蓄電裝置27通過DC/AC轉(zhuǎn)換器28把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給風(fēng)機(jī)1的感應(yīng)發(fā)電機(jī)14激勵，補(bǔ)給激勵功率以達(dá)到所要求的輸出功率。
當(dāng)中央控制器4接收到的槳距角P信號及方向角oc信號d《p'cKe時，風(fēng)電場的輸出功率達(dá)到額定的輸出功率，為使輸出功率平緩穩(wěn)定，中央控制器4對額定輸出功率(3 oc點(diǎn)進(jìn)行延遲控制。中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17控制閉合站用變控制開關(guān)25，感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的交流電進(jìn)過閉合站用變控制開關(guān)25進(jìn)入站用變26，通過站用變26將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妼Τ潆?蓄電裝置27進(jìn)行充電，此時將感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的一部分電能由充電/蓄電裝置27轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。
當(dāng)P . cc〉e時，風(fēng)電場的輸出功率達(dá)到為額定的輸出功率。經(jīng)中央控制器4處理控制后輸出功率所要求的P a范圍變大了，輸出功率的變化也平緩了。
輸出功率可以由下式算出。
P=K(3a(P:風(fēng)機(jī)的輸出功率、P:槳距角、a:方向角、K:功率系數(shù))
P輸- {Pl+ Pi+h'Pn+ Pi激勵十P2激勵+'hPn激勵)
=K { e iOd+(32a2+…|3 NaN} + P總激勵(P輸風(fēng)電場總輸出功率、P激勵風(fēng)機(jī)的激勵功率)
本實(shí)施例中通過增加P總激勵從而增大總輸出功率達(dá)到功率最大化。通過預(yù)設(shè)
P輸?shù)钠鹗键c(diǎn)及延遲輸出功率的輸出點(diǎn)p.a,使風(fēng)電場的輸出功率平緩穩(wěn)定。
如圖5所示，本實(shí)施例中，可將風(fēng)機(jī)l劃分為若干的風(fēng)機(jī)單元進(jìn)行控制處理。 風(fēng)機(jī)單元根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行劃分，所包括的風(fēng)機(jī)l數(shù)目根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。中央 控制器4對風(fēng)機(jī)單元整體的輸出功率進(jìn)行控制。每個風(fēng)機(jī)l信息及每個風(fēng)機(jī)單元 的信息都通過風(fēng)機(jī)控制器17傳輸給中央控制器4。
風(fēng)機(jī)控制器17接收中央控制器4的啟動指令開始工作，風(fēng)機(jī)控制器17將風(fēng)速 計(jì)15測得風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速信號、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的槳距角P信號及方向角a信號、 箱式變電站2的電力線路上的電流/電壓(1/V)信號、各個開關(guān)信號、逆變器23 的溫度信號、充電/蓄電裝置27及DC/AC轉(zhuǎn)換器28的狀態(tài)信號通過終端監(jiān)控器3 傳輸給中央控制器4。
中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17控制關(guān)閉低壓控制開關(guān)22。中央控制器4根 據(jù)電壓/電流傳感器20采集的電壓/電流信號對風(fēng)機(jī)單元的輸出功率進(jìn)4亍控制。
若某一風(fēng)機(jī)單元如風(fēng)機(jī)單元A的輸出功率沒有達(dá)到輸出要求時，則調(diào)整風(fēng)機(jī) 單元A中輸出功率較小的風(fēng)機(jī)且從輸出功率最小的風(fēng)機(jī)開始調(diào)節(jié)。
中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17對輸出功率最小的風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整控制。風(fēng)機(jī) 控制器17控制調(diào)向旋轉(zhuǎn)控制裝置16根據(jù)風(fēng)速計(jì)15測得風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速信號、 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子12的槳距角P信號，參照當(dāng)時風(fēng)機(jī)所在地的風(fēng)向?qū)Ψ较蚪莖t進(jìn)行調(diào)整， 直至調(diào)整到風(fēng)機(jī)單元A的輸出功率達(dá)到所要求的輸出功率或?qū)⑤敵龉β首钚〉?風(fēng)機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)。若將輸出功率最小的風(fēng)機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時，風(fēng)機(jī)單元A 的輸出功率仍未達(dá)到所要求的輸出功率，則繼續(xù)對已調(diào)整后的風(fēng)機(jī)單元A中輸出 功率最小的風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以此類推，直至調(diào)節(jié)到風(fēng)機(jī)單元A的輸出功率達(dá)到所 要求的輸出功率。
若某一風(fēng)機(jī)單元如風(fēng)機(jī)單元B的輸出功率超過額定輸出功率，且終端監(jiān)控器 3監(jiān)控到風(fēng)機(jī)單元B中某一風(fēng)機(jī)的輸出功率超出的風(fēng)機(jī)的預(yù)設(shè)負(fù)荷，則調(diào)整風(fēng)機(jī) 單元B中超負(fù)荷的風(fēng)>^。中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17調(diào)整超負(fù)荷的風(fēng)機(jī)的方 向角oc及槳距角P，同時控制閉合站用變控制開關(guān)25，感應(yīng)發(fā)電機(jī)14輸出的超 過額定輸出功率的一部分交流電通過閉合站用變控制開關(guān)25進(jìn)入站用變26,通 過站用變26將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妼Τ潆?蓄電裝置27進(jìn)行充電。
若終端監(jiān)控器3檢測到逆變器23的溫度過高，則中央控制器4通過風(fēng)機(jī)控制器17對輸出功率超過額定輸出功率的風(fēng)機(jī)單元進(jìn)行調(diào)整，且調(diào)整順序從輸出功 率最大的風(fēng)機(jī)開始調(diào)整，直至逆變器23的溫度恢復(fù)到預(yù)設(shè)值或以下。
上述的風(fēng)電場的控制方法，包括如下步驟
采集風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角、風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速、電流電壓；
根據(jù)電流電壓判斷風(fēng)機(jī)的輸出功率是否達(dá)到輸出要求，若未達(dá)到輸出要求 則調(diào)整風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角直至達(dá)到最佳狀態(tài)；
若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到未達(dá)到輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi)(即p.a 在b-c區(qū)間)，則控制對風(fēng)機(jī)進(jìn)行激勵補(bǔ)給直至達(dá)到輸出要求進(jìn)行輸出；
若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到風(fēng)機(jī)的輸出功率達(dá)到或超過額定輸出功率 的預(yù)定區(qū)域內(nèi)(即cK(3'cKe)，控制將風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能存儲；
同時控制風(fēng)機(jī)的輸出功率在在預(yù)定未達(dá)到輸出要求的區(qū)域范圍至預(yù)定的達(dá) 到額定輸出功率的區(qū)域范圍中平滑或直線上升變化。
若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角未調(diào)整達(dá)到上述的未達(dá)到輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi) (即a<《b)則控制風(fēng)機(jī)控制器將風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能傳輸?shù)匠潆?蓄電裝置存儲。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和 改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附 權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場，包括風(fēng)機(jī)、箱式變電站、終端監(jiān)控器及中央控制器，所述風(fēng)機(jī)輸出的電能經(jīng)箱式變電站處理后輸入到輸電網(wǎng)，其特征在于所述風(fēng)機(jī)上設(shè)置有風(fēng)機(jī)控制器，所述風(fēng)機(jī)與終端監(jiān)控器連接通訊，所述終端監(jiān)控器與中央控制器連接通訊，所述箱式變電站中連接有充電/蓄電裝置，所述充電/蓄電裝置的輸出端與風(fēng)機(jī)連接，所述終端監(jiān)控器采集箱式變電站與風(fēng)機(jī)的信息并傳輸給中央控制器，所述中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器控制充電/蓄電裝置對輸出功率未達(dá)到輸出要求的風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給。
2. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場，其特征在于所述風(fēng)機(jī)包括可調(diào)方向角的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子、與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子連接的感應(yīng)發(fā)電機(jī)、采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速的風(fēng)速計(jì)，所電裝置與感應(yīng)發(fā)電機(jī)連接并對感應(yīng)發(fā)電機(jī)激勵補(bǔ)給。
3. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)電場，其特征在于所述中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器控制預(yù)定區(qū)域上未達(dá)到要求的輸出功率的風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給，同時對預(yù)定區(qū)域上達(dá)到額定功率的風(fēng)機(jī)輸出一部分功率供給充電/蓄電裝置，同時控制風(fēng)機(jī)在所述預(yù)定區(qū)域上從所述未達(dá)到要求的輸出功率至所述達(dá)到額定的輸出功率為平滑或直線變化，所述中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器控制小于所述預(yù)定區(qū)域上所述未達(dá)到要求的輸出功率輸入到充電/蓄電裝置中。
4. 如權(quán)利要求3所述的風(fēng)電場，其特征在于所迷風(fēng)機(jī)輸出功率為關(guān)于方向角與槳距角的函數(shù)，所述風(fēng)機(jī)進(jìn)一步包括與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子連接對方向角進(jìn)行控制的調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置及對槳距角進(jìn)行控制的槳距角控制裝置，所述中央控制器通過控制風(fēng)機(jī)控制器驅(qū)動調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置及槳距角控制裝置分別對方向角及槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)而對風(fēng)機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)整，所述槳距角控制裝置與調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置通過充電/蓄電裝置進(jìn)行供電。
5. 如權(quán)利要求4所述的風(fēng)電場，其特征在于所述中央控制器通過控制風(fēng)機(jī)控制器驅(qū)動調(diào)向旋轉(zhuǎn)裝置及槳距角控制裝置分別對方向角及槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)時，若方向角及槳距角調(diào)整到未達(dá)到輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，所述中央控制器控制風(fēng)機(jī)控制器驅(qū)動充電/蓄電裝置對感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行激勵補(bǔ)給直至達(dá)到輸出要求進(jìn)行輸出；若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到風(fēng)機(jī)的輸出功率達(dá)到或超過額定輸出功率 的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，所述中央控制器控制風(fēng)機(jī)控制器將風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能傳輸?shù)匠?電/蓄電裝置存儲。
6. 如權(quán)利要求5所述的風(fēng)電場，其特征在于所述箱式變電站包括電壓電流 傳感器、低壓控制開關(guān)、逆變器、高壓控制開關(guān)；所述充電/蓄電裝置接入到所 述感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出方向上并通過設(shè)置站用變將箱式變電站中的交流電轉(zhuǎn)換為 充電/蓄電裝置所使用的直流電，同時通過設(shè)置站用變控制開關(guān)對充電/蓄電裝置 是否進(jìn)行充電進(jìn)行控制。
7. 如權(quán)利要求6所述的風(fēng)電場，其特征在于所述風(fēng)機(jī)控制器分別與電壓電 流傳感器、低壓控制開關(guān)、逆變器、高壓控制開關(guān)、站用變控制開關(guān)、充電/蓄 電裝置連接并接收電壓電流傳感器采集的電壓電流信息、低壓控制開關(guān)與高壓 控制開關(guān)及站用變控制開關(guān)的開合狀態(tài)信號、逆變器的溫度信號、充電/蓄電裝 置的充電狀態(tài)及是否飽和信號并通過所述終端監(jiān)控器將所接收的信號傳送至所 述中央控制器進(jìn)行集中管理，同時中央控制器通過風(fēng)機(jī)控制器對低壓控制開關(guān) 與高壓控制開關(guān)及站用變控制開關(guān)的開合、充電/蓄電裝置的充電與否、DC/AC 轉(zhuǎn)換器是否對所述風(fēng)機(jī)感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行激勵補(bǔ)給進(jìn)行控制；所述終端監(jiān)控器與 中央控制器直接通過基站進(jìn)行無線通訊。
8. 如權(quán)利要求7所述的風(fēng)電場，其特征在于所述風(fēng)機(jī)設(shè)置有多個，所述 風(fēng)機(jī)劃分為不同的風(fēng)機(jī)單元，所述風(fēng)機(jī)單元中至少包括一個風(fēng)機(jī)，所述中央控 制器檢測到風(fēng)機(jī)單元輸出的功率沒有達(dá)到要求則控制風(fēng)機(jī)控制器對輸出功率較 小風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角進(jìn)行調(diào)整直至調(diào)整到最佳狀態(tài)，且中央控制器控制風(fēng) 機(jī)控制器從輸出功率最小的風(fēng)機(jī)開始調(diào)整，直至風(fēng)機(jī)單元輸出的功率達(dá)到輸出 要求。
9. 如權(quán)利要求8所述的風(fēng)電場，其特征在于所述中央控制器檢測到風(fēng)機(jī) 單元輸出的功率超過額定功率則控制風(fēng)機(jī)控制器調(diào)整超負(fù)荷的風(fēng)機(jī)的方向角及 槳距角直至調(diào)整到最佳狀態(tài)，同時將超過額定功率的風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能傳輸?shù)匠潆?蓄電裝置進(jìn)行存儲。
10.—種風(fēng)電場的控制方法，其特征在于，包括如下步驟 采集風(fēng)4幾的方向角及槳距角、風(fēng)機(jī)的風(fēng)向及風(fēng)速、電流電壓；根據(jù)電流電壓判斷風(fēng)機(jī)的輸出功率是否達(dá)到輸出要求，若未達(dá)到輸出要求 則調(diào)整風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角直至達(dá)到最佳狀態(tài)；若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到未達(dá)到輸出要求的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，則控制對 風(fēng)機(jī)進(jìn)行激勵補(bǔ)給直至達(dá)到輸出要求進(jìn)行輸出；若風(fēng)機(jī)的方向角及槳距角調(diào)整到風(fēng)機(jī)的輸出功率達(dá)到或超過額定輸出功率 的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，控制將風(fēng)機(jī)的一部分風(fēng)能存儲；同時控制風(fēng)機(jī)的輸出功率在在預(yù)定未達(dá)到輸出要求的區(qū)域范圍至預(yù)定的達(dá) 到額定輸出功率的區(qū)域范圍中平滑或直線上升變化。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種風(fēng)電場，包括風(fēng)機(jī)、箱式變電站、終端監(jiān)控器及中央控制器，風(fēng)機(jī)上設(shè)置有風(fēng)機(jī)控制器，風(fēng)機(jī)與終端監(jiān)控器連接通訊，終端監(jiān)控器與中央控制器無線連接通訊，箱式變電站中連接有充電/蓄電裝置，充電/蓄電裝置的輸出端與風(fēng)機(jī)連接，終端監(jiān)控器采集箱式變電站與風(fēng)機(jī)的相關(guān)信息并傳輸給中央控制器，中央控制器驅(qū)動風(fēng)機(jī)控制器控制充電/蓄電裝置對輸出功率未達(dá)到輸出要求的風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給；上述的風(fēng)電場及其控制方法采用中央控制器對風(fēng)電場進(jìn)行統(tǒng)一、集中管理控制，并驅(qū)動風(fēng)機(jī)控制器控制充電/蓄電裝置對輸出功率未達(dá)到輸出要求的風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)給，使風(fēng)機(jī)的入網(wǎng)功率控制在規(guī)定范圍內(nèi)，并使風(fēng)機(jī)的輸出功率穩(wěn)定，符合入網(wǎng)要求。
文檔編號F03D1/06GK101672254SQ20091019060
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者張運(yùn)輝, 巍 李, 李秋林 申請人:泰豪科技(深圳)電力技術(shù)有限公司