專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方案是低風(fēng)速時(shí)采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制以獲取最大風(fēng)能，高風(fēng)速時(shí)采用變槳控制限制風(fēng)能吸收以保持功率恒定。具體實(shí)施較多采用圖I所示方法。圖中AB-BC-CD三段為發(fā)電機(jī)額定功率以下轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩關(guān)系曲線，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)達(dá)到最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速H1, DE段為達(dá)到發(fā)電機(jī)額定功率后轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩關(guān)系曲線，D點(diǎn)對(duì)應(yīng)額定功率已，對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速K。其中AB段及CD段采用PID控制方式調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定，BC段采用跟蹤最佳Cp控制方式調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩；DE段采用恒轉(zhuǎn)矩控制方式保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩在額定值，同時(shí)通過線性插值計(jì)算PI控制參數(shù)(圖2所示)的方式調(diào)節(jié)槳距角使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定在額定轉(zhuǎn)速，從而獲得恒定功率輸出。該種方式可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定功率以下區(qū)域最大限度處于最佳Cp控制區(qū)獲取最大風(fēng)能，但也存在以下不足I) CD段與DE段的控制轉(zhuǎn)換在額定功率點(diǎn)D，缺少相應(yīng)過渡區(qū)，由于自然界風(fēng)況均以湍流狀態(tài)存在，當(dāng)風(fēng)速在額定風(fēng)速上下波動(dòng)會(huì)使轉(zhuǎn)矩和變槳控制頻繁切換，由于變槳控制響應(yīng)速度落后于轉(zhuǎn)矩控制，兩種控制不同步造成轉(zhuǎn)速在&上下發(fā)生較大波動(dòng)，從而造成對(duì)機(jī)組的沖擊；2)發(fā)電機(jī)輸出功率為轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積，由于湍流風(fēng)的影響，在DE段變槳控制不能完全維持轉(zhuǎn)速在額定值，在該段采用恒轉(zhuǎn)矩控制將造成輸出功率隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化，降低發(fā)電功率品質(zhì)；3)DE段采用線性插值計(jì)算變槳PI控制器參數(shù)值的方式不能有效反映風(fēng)機(jī)葉片非線性的氣動(dòng)特性，從而降低了變槳?jiǎng)幼麟S風(fēng)速變化的跟隨性，造成DE段轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，甚至出現(xiàn)超速超載等不利狀況發(fā)生。中國(guó)專利公開號(hào)CNl01660489A公開了“一種兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)合控制策略”，該種控制方式保證在同一時(shí)刻制轉(zhuǎn)矩和變槳控制只有一個(gè)工作，當(dāng)風(fēng)速變化較平緩時(shí)，能一定程度上緩解上述基本控制方案中兩種控制器頻繁切換的缺點(diǎn)。但兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)風(fēng)輪具有較大的慣性，當(dāng)風(fēng)機(jī)在額定功率點(diǎn)以下工作時(shí)風(fēng)速急劇變化，引起風(fēng)輪加速上升，由于機(jī)組運(yùn)行到額定點(diǎn)以上時(shí)變槳控制才投入工作，加上變槳響應(yīng)滯后的影響，該種控制方式易造成轉(zhuǎn)速及功率出現(xiàn)較大波動(dòng)，同樣會(huì)造成對(duì)機(jī)組的沖擊。因此，如何提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)額定功率附近的轉(zhuǎn)矩控制與變槳控制柔性過渡控制，保證機(jī)組運(yùn)行及其功率輸出的穩(wěn)定性，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的重要技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的在于提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，實(shí)現(xiàn)額定功率附近的轉(zhuǎn)矩控制與變槳控制柔性過渡控制，保證機(jī)組運(yùn)行及其功率輸出的穩(wěn)定性。、
在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，且測(cè)量功率超過額定功率的情況下，轉(zhuǎn)矩由PI控制方式轉(zhuǎn)換到恒功率控制方式；在變槳角度小于最佳變槳角度，且測(cè)量轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速之下的情況下，轉(zhuǎn)矩由恒功率控制方式轉(zhuǎn)換到PI控制方式；采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式控制變槳角度，且在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)。優(yōu)選的,取發(fā)電機(jī)的中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π介于最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速II1和額定轉(zhuǎn)速nr之間，設(shè)發(fā) 電機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速ω介于最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Ii1和中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π之間時(shí)的情況下為區(qū)間I，測(cè)量轉(zhuǎn)速ω介于中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π和額定轉(zhuǎn)速之間的情況下為區(qū)間II，測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的情況下為區(qū)間III ;在區(qū)間I內(nèi)，轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = H1,同時(shí)設(shè)置最大Cp跟蹤轉(zhuǎn)矩作為限制值Tlim，當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器輸出y大于Tlim時(shí)，轉(zhuǎn)矩限制在y = Tlim ;在區(qū)間II內(nèi)，轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = 同時(shí)設(shè)置最大Cp跟蹤轉(zhuǎn)矩作為限制值Tlim,當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器輸出y小于Tlim時(shí)，轉(zhuǎn)矩限制在y = Tlim ；轉(zhuǎn)矩PI 控制器表達(dá)式y(tǒng) = y*+Kp_torque(x-x*) + (dT/2)Ki^torque(x+x*), x = ω-ωη其中y為輸出轉(zhuǎn)矩，X為輸入轉(zhuǎn)速偏差，Kp_tOT_為轉(zhuǎn)矩控制器比例增益，Kptmiue為轉(zhuǎn)矩控制器積分增益，dT為時(shí)間步長(zhǎng)，ω為發(fā)電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速，ωη為發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，符號(hào)O)表示上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)各參數(shù)對(duì)應(yīng)值。優(yōu)選的，在區(qū)間I內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = η2，過渡轉(zhuǎn)速1!2的取值范圍為I. 01 I. 02倍額定轉(zhuǎn)速η,;在區(qū)間II內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = η2 ;在區(qū)間III內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = ;變槳控制采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式，其表達(dá)式為y = γ*+Κ Λ6(Φ)(x-x*)+ ((11/2)^^6( Φ) (x+x*), X = ω-ωη這其中y為輸出變槳角度，x為輸入轉(zhuǎn)速偏差，Vpitch為變槳控制器比例增益，Ki^pitch為變槳控制器積分增益，dT為時(shí)間步長(zhǎng)，G為非線性控制參數(shù)增益，Φ為變槳角度，ωη&電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，符號(hào)(*)表示上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)各參數(shù)對(duì)應(yīng)值。優(yōu)選的，中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π取值大小具體為最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Ii1和額定轉(zhuǎn)速的平均值。一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置，包括轉(zhuǎn)矩PI控制模塊，用于采用PI控制方式調(diào)整轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩恒功率控制模塊，用于采用恒功率控制方式調(diào)整轉(zhuǎn)矩；變槳非線性PI控制模塊，用于采用PI控制參數(shù)非線性方式調(diào)整變槳角度。優(yōu)選的，還包括區(qū)域判斷模塊，用于判斷出當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的區(qū)間，根據(jù)不同的運(yùn)行區(qū)間選擇不同的轉(zhuǎn)矩控制參考轉(zhuǎn)速和變槳控制參考轉(zhuǎn)速。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，設(shè)置區(qū)域II內(nèi)變槳控制目標(biāo)轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)矩控制目標(biāo)轉(zhuǎn)速，使得機(jī)組隨風(fēng)速增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，而還未達(dá)到額定功率時(shí)，轉(zhuǎn)矩依舊采用PI控制，控制變槳角度根據(jù)轉(zhuǎn)速變化依舊可保持為最佳角度，通過改變兩個(gè)控制器在過渡區(qū)域的控制目標(biāo)點(diǎn)，可以避免兩種控制不同步造成轉(zhuǎn)速在上下發(fā)生較大波動(dòng)的問題，過渡區(qū)域由原來(lái)的點(diǎn)變化為改進(jìn)后的曲線，更容易實(shí)現(xiàn)控制狀態(tài)的柔性切換。同時(shí)，由于沒有變槳控制的開關(guān)限制，在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)，在II、III之間過渡區(qū)，當(dāng)風(fēng)速變化較平穩(wěn)且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于過渡轉(zhuǎn)速區(qū)域使變槳角度始終保持在最佳角度；當(dāng)風(fēng)速發(fā)生急劇變化時(shí)變槳控制可提前參與控制，與轉(zhuǎn)矩控制協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速，減小該區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。同時(shí)，機(jī)組在達(dá)到額定功率后采用恒功率控制方式控制轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)矩給定值隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升而下降，隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降而上升，從而保證功率輸出的穩(wěn)定性。另外，根據(jù)葉片非線性氣動(dòng)特性調(diào)整變槳PI控制參數(shù)，可增強(qiáng)變槳控制與葉片氣動(dòng)特性的適應(yīng)性，提高變槳?jiǎng)幼麟S風(fēng)速變化的跟隨性，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，減小由變槳 控制弓I起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，減小機(jī)組的動(dòng)態(tài)載荷。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用了上述控制方法的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為目前常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖；圖2為目前常用變槳PI控制參數(shù)與槳距角間關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的改進(jìn)后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的非線性變槳PI控制參數(shù)與槳距角間關(guān)系圖；圖5本發(fā)明控制方案實(shí)施示意框圖；圖6為實(shí)施例I中平均風(fēng)速為11. 7m/s湍流風(fēng)的風(fēng)速示意圖；圖7為實(shí)施例I中分別采用現(xiàn)有其他控制方式和本發(fā)明控制方法的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速對(duì)比圖；圖8為實(shí)施例I中分別采用現(xiàn)有其他控制方式和本發(fā)明控制方法的變槳角度對(duì)比圖；圖9為實(shí)施例I中分別采用現(xiàn)有其他控制方式和本發(fā)明控制方法的發(fā)電機(jī)輸出功率對(duì)比圖；圖10為實(shí)施例2中平均風(fēng)速為14m/s湍流風(fēng)的風(fēng)速示意圖；圖11為實(shí)施例2中分別采用現(xiàn)有其他控制方式和本發(fā)明控制方法的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速對(duì)比圖；圖12為實(shí)施例2中分別采用現(xiàn)有其他控制方式和本發(fā)明控制方法的變槳角度對(duì)比圖；圖13為實(shí)施例2中分別采用現(xiàn)有其他控制方式和本發(fā)明控制方法的發(fā)電機(jī)輸出功率對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，實(shí)現(xiàn)額定功率附近的轉(zhuǎn)矩控制與變槳控制柔性過渡控制，保證機(jī)組運(yùn)行及其功率輸出的穩(wěn)定性。
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，設(shè)置發(fā)電機(jī)過渡轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，在發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，且測(cè)量功率超過額定功率的情況下，轉(zhuǎn)矩由PI控制方式轉(zhuǎn)換到恒功率控制方式；在變槳角度小于最佳變槳角度，且測(cè)量轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速之下的情況下，轉(zhuǎn)矩由恒功率控制方式轉(zhuǎn)換到PI控制方式；采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式控制變槳角度，且在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例提供的種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，如圖3所示，在DE區(qū)間設(shè)置過渡轉(zhuǎn)速點(diǎn)D'，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從控制狀態(tài)CD向DE過渡時(shí)，變槳角度從D'點(diǎn)開始控制變化，而轉(zhuǎn)矩依舊按照CD曲線采用PI控制，通過改變兩個(gè)控制器在過渡區(qū)域的控制目標(biāo)點(diǎn)，可以避免兩種控制不同步造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω在額定轉(zhuǎn)速上下發(fā)生較大波動(dòng)的問題，過渡區(qū)域由原來(lái)的點(diǎn)D變化為改進(jìn)后的曲線DD'，更容易實(shí)現(xiàn)控制狀態(tài)的柔性切換。同時(shí)，由于沒有變槳控制的開關(guān)限制，在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)，在II、III之間過渡區(qū)，當(dāng)風(fēng)速變化較平穩(wěn)且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω小于過渡轉(zhuǎn)速時(shí)，使變槳角度始終保持在最佳角度；當(dāng)風(fēng)速發(fā)生急劇變化時(shí)，變槳控制可提前參與控制，與轉(zhuǎn)矩控制協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)速，減小該區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)速ω的波動(dòng)。發(fā)電機(jī)輸出功率為轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積，由于湍流風(fēng)的影響，在DE段變槳控制不能完全維持轉(zhuǎn)速在額定值，在現(xiàn)有技術(shù)中，在該段采用恒轉(zhuǎn)矩控制將造成輸出功率隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化，降低發(fā)電功率品質(zhì)。為了解決這一問題，本實(shí)施例中，在測(cè)量轉(zhuǎn)速大于或者等于過渡轉(zhuǎn)速的情況下，轉(zhuǎn)矩控制采用恒功率控制方式，即Tg = py ω，其中Tg為給定發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，Pr為發(fā)電機(jī)額定功率，ω為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明實(shí)施例提供的種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，在測(cè)量轉(zhuǎn)速大于或者等于過渡轉(zhuǎn)速的情況下，變槳控制采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式調(diào)整變槳角度。這樣一來(lái)，根據(jù)葉片非線性氣動(dòng)特性調(diào)整變槳PI控制參數(shù)，可增強(qiáng)變槳控制與葉片氣動(dòng)特性的適應(yīng)性，提高變槳?jiǎng)幼麟S風(fēng)速變化的跟隨性，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，減小由變槳控制引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，減小機(jī)組的動(dòng)態(tài)載荷。請(qǐng)參閱圖3，取發(fā)電機(jī)的中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π介于最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Ii1和額定轉(zhuǎn)速\之間，設(shè)發(fā)電機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速ω介于最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Ii1和中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π之間時(shí)的情況下區(qū)間I，測(cè)量轉(zhuǎn)速ω介于中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π和額定轉(zhuǎn)速之間的情況下為區(qū)間II,測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的情況下為區(qū)間III ;在區(qū)間I內(nèi)，轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = η1；同時(shí)設(shè)置最大Cp跟蹤轉(zhuǎn)矩作為限制值Tlim，當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器輸出y大于Tlim時(shí)，轉(zhuǎn)矩限制在y = Tlim ；在區(qū)間II內(nèi)，轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = ~，同時(shí)設(shè)置最大Cp跟蹤轉(zhuǎn)矩作為限制值Tlim，當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器輸出y小于Tlim時(shí)，轉(zhuǎn)矩限制在y = Tlim ；其中最大功率點(diǎn)跟蹤控制轉(zhuǎn)矩限制Tlim = KtjptGJ25Ktjpt= nmJi P R5Cp/(2 λ 3G3),Kopt為考慮傳動(dòng)鏈機(jī)械損耗后的最優(yōu)模態(tài)增益，nm為傳動(dòng)鏈機(jī)械效率，P為空氣密度，R為風(fēng)輪半徑，Cp為最大功率利用系數(shù)，λ為最大Cp對(duì)應(yīng)的最佳葉尖速比，G為齒輪箱傳動(dòng)比。 轉(zhuǎn)矩PI控制器表達(dá)式 y = y*+Kp_torque(x-x*) + (dT/2)Ki^torque(x+x*)，x = ω-ωη其中y為輸出轉(zhuǎn)矩，X為輸入轉(zhuǎn)速偏差，Kp_tOTque為轉(zhuǎn)矩控制器比例增益，Kptmiue為轉(zhuǎn)矩控制器積分增益，dT為時(shí)間步 長(zhǎng)，ω為發(fā)電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速，ωη為發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，符號(hào)O)表示上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)各參數(shù)對(duì)應(yīng)值。進(jìn)一步的，在區(qū)間I內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = η2，具體的，過渡轉(zhuǎn)速η2的取值范圍為1.01 I. 02倍額定轉(zhuǎn)速η,;在區(qū)間II內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = η2 ;在區(qū)間III內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為ωη = ;變槳控制采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式，其表達(dá)式為y = Υ*+Κ Λ6(Φ)(x-x*)+ ((11/2)^^6( Φ) (x+x*), X = ω-ωη這其中y為輸出變槳角度，x為輸入轉(zhuǎn)速偏差，Vpiteh為變槳控制器比例增益，Ki^pitch為變槳控制器積分增益，dT為時(shí)間步長(zhǎng)，G為非線性控制參數(shù)增益，Φ為變槳角度，ωη&電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，符號(hào)(*)表示上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)各參數(shù)對(duì)應(yīng)值。具體的，中間轉(zhuǎn)速ηΙ/π取值大小具體為最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Ii1和額定轉(zhuǎn)速的平均值?？刂茀?shù)增益G與變槳角度0之間關(guān)系表示為G(0) = 1/(1 + 0/0k)，其中0k
是由葉片非線性氣動(dòng)特性確定的系數(shù)，通過該種方式調(diào)整的變槳PI控制器參數(shù)與葉片氣動(dòng)特性相一致，如圖4所示。各區(qū)間控制邏輯轉(zhuǎn)換方案描述如下從區(qū)間I轉(zhuǎn)換到區(qū)間II :發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω > ηΙ/π ；從區(qū)間II轉(zhuǎn)換到區(qū)間I :發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω < ηΙ/π ；從區(qū)間II轉(zhuǎn)換到區(qū)間III :發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω > \，同時(shí)P彡P(guān)r, P為發(fā)電機(jī)輸出功率；從區(qū)間III轉(zhuǎn)換到區(qū)間II :變槳角度Φ < Φ 2ρ同時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω < nr, Φ 2ρ取值為最佳變槳角度加O. 5 deg，該值根據(jù)不同葉片的氣動(dòng)特性可作適當(dāng)修正。本發(fā)明的控制方案實(shí)施示意框圖如5所示。測(cè)量的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通過陷波濾波后與測(cè)量的發(fā)電機(jī)功率及測(cè)量的葉片變槳角度共同判斷出當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的區(qū)域，根據(jù)不同的運(yùn)行區(qū)域選擇不同的轉(zhuǎn)矩控制和變槳控制參考轉(zhuǎn)速，再分別計(jì)算各自對(duì)應(yīng)的偏差，轉(zhuǎn)矩控制對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速偏差輸入到轉(zhuǎn)矩控制器輸出轉(zhuǎn)矩值，再通過轉(zhuǎn)矩變化率和轉(zhuǎn)矩極值限制輸出滿足機(jī)組要求的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩需求值到發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，變槳控制器對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速偏差與非線性調(diào)整后的變槳控制器參數(shù)共同輸入到變槳控制器，輸出變槳角度，再通過變槳角度和速度限制輸出滿足機(jī)組要求的變槳角度。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置，包括轉(zhuǎn)矩PI控制模塊，用于采用PI控制方式調(diào)整轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩恒功率控制模塊，用于采用恒功率控制方式調(diào)整轉(zhuǎn)矩；變槳非線性PI控制模塊，用于采用PI控制參數(shù)非線性方式調(diào)整變槳角度。為了進(jìn)一步優(yōu)化上述的技術(shù)方案，還包括區(qū)域判斷模塊，用于判斷出當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的區(qū)間，根據(jù)不同的運(yùn)行區(qū)間選擇不同的轉(zhuǎn)矩控制參考轉(zhuǎn)速和變槳控制參考轉(zhuǎn)速。對(duì)本發(fā)明進(jìn)行仿真運(yùn)行，分別采用額定風(fēng)速附近湍流和額定以上風(fēng)速湍流進(jìn)行仿真比較，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要模型參數(shù)見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在發(fā)電機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，且測(cè)量功率超過額定功率的情況下，轉(zhuǎn)矩由PI控制方式轉(zhuǎn)換到恒功率控制方式；在變槳角度小于最佳變槳角度，且測(cè)量轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速之下的情況下，轉(zhuǎn)矩由恒功率控制方式轉(zhuǎn)換到PI控制方式；采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式控制變槳角度，且在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，取發(fā)電機(jī)的中間轉(zhuǎn)速nI/n介于最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Ii1和額定轉(zhuǎn)速之間,設(shè)發(fā)電機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速Co介于最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速H1和中間轉(zhuǎn)速nI/n2間時(shí)的情況下為區(qū)間I，測(cè)量轉(zhuǎn)速《介于中間轉(zhuǎn)速nI/n和額定轉(zhuǎn)速I之間的情況下為區(qū)間II，測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的情況下為區(qū)間III ； 在區(qū)間I內(nèi)，轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為= H1,同時(shí)設(shè)置最大Cp跟蹤轉(zhuǎn)矩作為限制值Tlim，當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器輸出y大于Tlim時(shí)，轉(zhuǎn)矩限制在y = Tlim;在區(qū)間II內(nèi)，轉(zhuǎn)矩控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為= nr,同時(shí)設(shè)置最大Cp跟蹤轉(zhuǎn)矩作為限制值Tlim,當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器輸出y小于Tlim時(shí)，轉(zhuǎn)矩限制在y = Tlim ；轉(zhuǎn)矩 PI 控制器表達(dá)式y(tǒng) = y*+Kp_torque(x-x*) + (dT/2)Ki^torque(x+x*), x = w-wn 其中y為輸出轉(zhuǎn)矩，x為輸入轉(zhuǎn)速偏差，Kp_tOT_為轉(zhuǎn)矩控制器比例增益，為轉(zhuǎn)矩控制器積分增益，dT為時(shí)間步長(zhǎng)，Co為發(fā)電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速，為發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，符號(hào)(*)表示上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)各參數(shù)對(duì)應(yīng)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，在區(qū)間I內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為= n2，過渡轉(zhuǎn)速n2的取值范圍為I. 01 I. 02倍額定轉(zhuǎn)速I ;在區(qū)間II內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為《n = n2 ;在區(qū)間III內(nèi)，變槳控制器設(shè)置發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速為= ~ ; 變槳控制采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式，其表達(dá)式為y = y*+Kp_pitchG((j5)(x-x*)+ ((11/2)^^6(^) (x+x*), x =這其中y為輸出變槳角度，x為輸入轉(zhuǎn)速偏差，Vpitch為變槳控制器比例增益，Ki^pitch為變槳控制器積分增益，dT為時(shí)間步長(zhǎng)，G為非線性控制參數(shù)增益，為變槳角度，發(fā)電機(jī)參考轉(zhuǎn)速，符號(hào)(*)表示上一個(gè)時(shí)間點(diǎn)各參數(shù)對(duì)應(yīng)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，中間轉(zhuǎn)速nl7n取值大小具體為最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速Il1和額定轉(zhuǎn)速的平均值。
5.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于，包括 轉(zhuǎn)矩PI控制模塊，用于采用PI控制方式調(diào)整轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)矩恒功率控制模塊，用于采用恒功率控制方式調(diào)整轉(zhuǎn)矩； 變槳非線性PI控制模塊，用于采用PI控制參數(shù)非線性方式調(diào)整變槳角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制裝置，其特征在于，還包括區(qū)域判斷模塊，用于判斷出當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行的區(qū)間，根據(jù)不同的運(yùn)行區(qū)間選擇不同的轉(zhuǎn)矩控制參考轉(zhuǎn)速和變槳控制參考轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，在發(fā)電機(jī)的測(cè)量轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速，且測(cè)量功率超過額定功率的情況下，轉(zhuǎn)矩由PI控制方式轉(zhuǎn)換到恒功率控制方式；在變槳角度小于最佳變槳角度，且測(cè)量轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速之下的情況下，轉(zhuǎn)矩由恒功率控制方式轉(zhuǎn)換到PI控制方式；采用PI控制參數(shù)非線性調(diào)整方式控制變槳角度，且在整個(gè)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變槳控制均處于激活狀態(tài)。本發(fā)明提供的種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制方法，通過改變兩個(gè)控制器在過渡區(qū)的控制目標(biāo)點(diǎn)，避免兩種控制不同步造成轉(zhuǎn)速發(fā)生較大波動(dòng)的問題，過渡區(qū)由原來(lái)的點(diǎn)改進(jìn)為曲線，更容易實(shí)現(xiàn)控制狀態(tài)的柔性切換，保證機(jī)組運(yùn)行及其功率輸出的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F03D7/00GK102635499SQ201210114448
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者劉亞林, 劉杰, 楊微, 閆中杰, 陶友傳 申請(qǐng)人:中船重工(重慶)海裝風(fēng)電設(shè)備有限公司