一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測量單元、偏航控制單元和轉(zhuǎn)速控制單元；以平均風(fēng)速反饋信號確定目標(biāo)偏航角度參考值；目標(biāo)偏航角度參考值與平均風(fēng)向反饋信號作差得到偏航角度誤差，經(jīng)過主動偏航角度PID控制模塊控制偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)動作；以瞬時風(fēng)向反饋信號確定目標(biāo)輸出功率參考值；以目標(biāo)輸出功率參考值與發(fā)電機(jī)輸出功率反饋信號作差得到功率誤差信號，經(jīng)過功率PID控制模塊，得到目標(biāo)轉(zhuǎn)速參考值；目標(biāo)轉(zhuǎn)速參考值與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號作差得到轉(zhuǎn)速誤差信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)速PID控制模塊控制變流器輸出。本發(fā)明拓寬了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行風(fēng)速范圍，大大提高了失速控制對于功率或轉(zhuǎn)速限制的可靠性。
【專利說明】一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種將變轉(zhuǎn)速失速控制和主動偏航控制有 機(jī)結(jié)合的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上通過調(diào)節(jié)葉片的槳距角調(diào)整葉片與來流的 攻角，達(dá)到減小風(fēng)能利用系數(shù)、限制功率的目的。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片與輪轂直接剛性 相聯(lián)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高等優(yōu)勢，但是葉片槳距角不能調(diào)節(jié)，減小風(fēng)能利用系 數(shù)、限制功率的有效方法是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入低葉尖速比的失速區(qū)。在小型風(fēng)力發(fā)電技 術(shù)領(lǐng)域，定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上限制功率的另一種方式是使風(fēng)輪偏離風(fēng)向， 減小風(fēng)輪的有效面積。
[0003] 主動偏航控制，即通過風(fēng)向傳感器將風(fēng)向的變化傳遞到偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制回路， 控制回路確定偏航方向和偏航角度，即控制風(fēng)輪與風(fēng)向的夾角。主動偏航控制理論上可以 作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制手段，但是，兩個關(guān)鍵因素限制了這種功率控制手段的快速 響應(yīng)。第一，機(jī)艙和風(fēng)輪對偏航軸承的巨大轉(zhuǎn)動慣量，意味著，為減少偏航時的陀螺力矩，偏 航速度必須受到限制。第二，風(fēng)向垂直于風(fēng)輪圓盤的分量和偏航角的余弦關(guān)系，意味著，在 偏航角改變較小時，只會減少很小一部分的輸出功率，偏航角度對于輸出功率的影響遠(yuǎn)不 如槳距角靈敏。與頻繁的風(fēng)速風(fēng)向變化相比，偏航角度不能實時控制，響應(yīng)速度慢，機(jī)械結(jié) 構(gòu)也無法承受頻繁的偏航角度調(diào)整。因此，主動偏航控制不適合作為獨(dú)立的功率或轉(zhuǎn)速限 制手段，但是可以與其它方式相配合，作為功率或轉(zhuǎn)速限制手段的補(bǔ)充。
[0004] 采用定槳距失速控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時槳葉不能隨風(fēng)速變化，功率調(diào)節(jié)通 過葉片自身的失速特性實現(xiàn)，該方式具有結(jié)構(gòu)簡單、故障率低等優(yōu)點。同時，變轉(zhuǎn)速失速控 制通過調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩實時控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，響應(yīng)速度快。失速控制的關(guān) 鍵是葉片的失速性能與風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩性能的合理匹配。葉片的失速性能的細(xì)微差異可能 引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率特性的大幅變化。另外，在運(yùn)行過程中，因外界環(huán)境因素改變也可能 導(dǎo)致葉片失速性能的改變。在中小型風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域，為保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低風(fēng)速性 能，往往在葉片的失速性能上有一定取舍，導(dǎo)致為實現(xiàn)失速控制功能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率和 體積就必須相應(yīng)增大，否則可能導(dǎo)致失速控制失效，引起飛車。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種將變轉(zhuǎn)速失速控制和主動偏航控制有機(jī)結(jié) 合的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速 失速控制系統(tǒng)，其特征在于：風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)，其特征在于：包括風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組測量單元、偏航控制單元和轉(zhuǎn)速控制單元；
[0007] 其中：
[0008] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測量單元至少測量風(fēng)向、風(fēng)速、功率和轉(zhuǎn)速；風(fēng)向測量實時采樣風(fēng)向 數(shù)據(jù)，計算瞬時風(fēng)向和平均風(fēng)向；風(fēng)速測量實時采樣風(fēng)速數(shù)據(jù)，計算平均風(fēng)速；功率測量實 時采樣發(fā)電機(jī)輸出功率數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)速測量實時測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；
[0009] 偏航控制單元包括主動偏航目標(biāo)角度計算模塊、主動偏航角度PID控制模塊和風(fēng) 向功率計算模塊；主動偏航目標(biāo)角度計算模塊以平均風(fēng)速反饋信號為輸入，通過內(nèi)置的平 均風(fēng)速與目標(biāo)偏航角度關(guān)聯(lián)表，如表1所示，確定目標(biāo)偏航角度參考值；目標(biāo)偏航角度參考 值與平均風(fēng)向反饋信號作差得到偏航角度誤差，經(jīng)過主動偏航角度PID控制模塊控制偏航 驅(qū)動機(jī)構(gòu)動作；風(fēng)向功率計算模塊以瞬時風(fēng)向反饋信號為輸入，通過內(nèi)置的輸出功率與瞬 時風(fēng)向關(guān)聯(lián)表，如表2所示，確定目標(biāo)輸出功率參考值；表1中Vr為主動偏航起始風(fēng)速，表 2中Pr為額定功率；
[0010] 表1平均風(fēng)速與目標(biāo)偏航角度關(guān)聯(lián)表
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)，其特征在于：包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測量 單元、偏航控制單元和轉(zhuǎn)速控制單元； 其中： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測量單元至少測量風(fēng)向、風(fēng)速、功率和轉(zhuǎn)速；風(fēng)向測量實時采樣風(fēng)向數(shù) 據(jù)，計算瞬時風(fēng)向和平均風(fēng)向；風(fēng)速測量實時采樣風(fēng)速數(shù)據(jù)，計算平均風(fēng)速；功率測量實時 采樣發(fā)電機(jī)輸出功率數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)速測量實時測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)； 偏航控制單元包括主動偏航目標(biāo)角度計算模塊、主動偏航角度PID控制模塊和風(fēng)向功 率計算模塊；主動偏航目標(biāo)角度計算模塊以平均風(fēng)速反饋信號為輸入，通過內(nèi)置的平均風(fēng) 速與目標(biāo)偏航角度關(guān)聯(lián)表，如表1所示，確定目標(biāo)偏航角度參考值；目標(biāo)偏航角度參考值與 平均風(fēng)向反饋信號作差得到偏航角度誤差，經(jīng)過主動偏航角度PID控制模塊控制偏航驅(qū)動 機(jī)構(gòu)動作；風(fēng)向功率計算模塊以瞬時風(fēng)向反饋信號為輸入，通過內(nèi)置的輸出功率與瞬時風(fēng) 向關(guān)聯(lián)表，如表2所示，確定目標(biāo)輸出功率參考值；表1中Vr為主動偏航起始風(fēng)速，表2中 Pr為額定功率；
轉(zhuǎn)速控制單元包括功率PID控制模塊和轉(zhuǎn)速PID控制模塊；目標(biāo)輸出功率參考值與發(fā) 電機(jī)輸出功率反饋信號作差得到功率誤差信號，經(jīng)過功率PID控制模塊，得到目標(biāo)轉(zhuǎn)速參 考值；目標(biāo)轉(zhuǎn)速參考值與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號作差得到轉(zhuǎn)速誤差信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)速PID控制 模塊控制變流器輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述瞬時風(fēng)向為3秒鐘平均值，所述平均風(fēng)向為10分鐘平均值。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)，其特征在于：所 述平均風(fēng)速為10分鐘平均值。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電主動偏航變轉(zhuǎn)速失速控制系統(tǒng)，其特征在于：當(dāng) 平均風(fēng)速反饋信號不大于主動偏航起始風(fēng)速，主動偏航目標(biāo)角度計算模塊將目標(biāo)偏航角度 參考值設(shè)置為〇度；當(dāng)平均風(fēng)速反饋信號大于主動偏航起始風(fēng)速，主動偏航目標(biāo)角度計算 模塊將目標(biāo)偏航角度參考值設(shè)置為依據(jù)平均風(fēng)速與目標(biāo)偏航角度關(guān)聯(lián)表得到的平均風(fēng)速 關(guān)聯(lián)角度。
【文檔編號】F03D7/00GK104500338SQ201410854228
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】魏愛萍, 袁煒, 俞衛(wèi), 何雪松 申請人:上海致遠(yuǎn)綠色能源股份有限公司