一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器.pdf

本发明提供了包括第一本体，其特征在于，在第二本体通过通讯光缆连接第一本体，第一本体安装于风机塔底，第二本体安装于风机塔顶。本发明的优点是：提供了一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，可以适应新型双馈式变速恒频风力发电机组的应用，实现降低成本，提高可靠性，适应新技术发展的目的。

1.  一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，包括第一本体，其特征在于，在第二本体通过通讯光缆连接第一本体，第一本体安装于风机塔底，第二本体安装于风机塔顶。

2.  如权利要求1所述的一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，其特征在于，所述第一本体包括依次对应连接的1个中央处理模块、n个模拟量输入模块、n个开入/开出模块、n个现场总线模块，所述第二本体包括依次对应连接的n个模拟量输入模块、n个开入/开出模块、n个现场总线模块，其中，n为自然数，中央处理模块用于进行复杂浮点计算及逻辑判别；模拟量输入模块，与发电机本体部分对应连接，用于采集风力发电机组中互感器、传感器输出的模拟量；开入/开出模块，用于与风力发电机本体部分对应连接，用于采集风力发电机组的一些以数字量为输出的状态量，并以干接点方式对风力发电机组的某些部件进行控制；现场总线模块，用于实现第一本体与第二本体之间的信息通讯功能。

3.  如权利要求2所述的一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，其特征在于，所述中央控制模块包括计算模块，用于接收从所述AD转换单元输出的数字信号，并计算输出实际的电量值；功能设置及整定模块，用于通过人机接口接收外界输入的信号，进行相关功能的设置以及保护整定值；存储模块，与功能设置及整定模块连接，用于存储从功能设置及整定模块输出的整定值；比较及逻辑判断模块，分别与计算模块、存储模块连接，用于接收从计算模块输出的电量值，同时接收从存储模块输出的整定值，将电量值和整定值进行比较判断，并输出处理信号和显示信号。

4.  如权利要求2或3所述的一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，其特征在于，第一本体和第二本体都包含现场总线模块，用于本体之间或与其它设备的通讯。

一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器
技术领域
本发明涉及一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器。
背景技术
风能是一种清洁的永续能源，与传统能源相比，风力发电不依赖外部能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有碳排放等环境成本；此外，可利用的风能在全球范围内分布都很广泛。正是因为有这些独特的优势，风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分。据日前发布的《中国风电发展报告2008》显示，我国风能资源丰富且分布广泛。一方面拥有丰富的资源，另一方面，我国政府制定的《可再生能源中长期发展规划》也为风电产业的发展制定了明确目标。而据《中国风电发展报告2008》预测，今年中国风电总装机容量将很可能突破1000万千瓦，2010年达到2500万千瓦，2020年中国风电装机容量最保守估计将突破8000万千瓦。可见，中国风电产业蕴含巨大商机。2007年全球风电投资中，有15％的资金投向中国市场，中国已成为全球最大的风电市场。
控制系统作为风电机组中最关键的核心零部件，目前仍是国内风电设备制造业中最薄弱的环节，也是目前唯一没有实现批量国产化的部件，基本依赖进口，主要来自于丹麦Mita和奥地利Windtec等。控制系统多数由整机研制企业主导开发，目前国内整机制造企业通常采用进口或是与外商合作逐步实现国产化。一些整机制造企业、发电机制造企业及科研院所正在针对兆瓦级变速恒频风电机组引进或研制电控系统。
风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网与离网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。
风力发电机组主要由风轮、发电机、控制器和变流器组成。风力发电机组的控制器是综合性控制系统，不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网、脱网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性，而且还要根据风速、风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。在风力发电系统中需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下，获得稳定的电压输出，以及如何解决无风时的用电问题。既要考虑到风能的特点，又要考虑到用户的需要，达到实用、可靠、经济的运行效果，关键环节之一就是要有一个稳定、可靠、功能齐全的控制系统。控制器是风力发电机组运行的“大脑”，是使整个机组实现正常安全运行及实现最佳运行的可靠保证。
20世纪80年代中期，进入风电市场的是定桨距风力发电机组，定奖距指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
20世纪90年代后，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。采用全桨变距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改善。
由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到20世纪90年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场。
变奖距指在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45°，当转速达到一定时，再调到0°，直到风力机达额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
变桨距调节的优点是桨叶受力较小，桨叶做的较为轻巧。桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，以尽可能多的吸收风能转化为电能，同时在高风速段保持功率平稳输出。缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。
变速风电机组的控制系统与定速风电机组的控制系统的区别在于，变速风电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风电机组的主要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定，特别是解决了高次谐波与功率因素等问题后，达到了高效率、高质量地向电网提供电力的目的。
风电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到基于变距技术的变速运行，已经基本实现了风电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。
变速调节主要用来响应快速变化的风速，减轻桨距调节的频繁动作，提高传动系统的柔性。变速恒频这种调节方式是目前公认的最优化调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。
变速恒频的优点是大范围内调节运行转速，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，可以最大限度的吸收风能，因而效率较高；控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率，但控制系统较为复杂。
变速恒频风电机组发展依赖于大容量的电力电子器件的成熟，目前采用的有双馈型异步风力发电机系统和直驱型同步风力发电机系统。
双馈异步风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仅仅是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，而变速调节主要用来响应快速变化的风速，可以实现发电机平滑的功率输出和功率因数在一定范围内调节。该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，以适应新型双馈式变速恒频风力发电机组的应用，实现降低成本，提高可靠性，适应新技术发展的目的。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，包括第一本体，其特征在于，在第二本体通过通讯光缆连接第一本体，第一本体安装于风机塔底，第二本体安装于风机塔顶。
进一步，所述第一本体包括依次对应连接的1个中央处理模块、n个模拟量输入模块、n个开入/开出模块、n个现场总线模块，所述第二本体包括依次对应连接的n个模拟量输入模块、n个开入/开出模块、n个现场总线模块，其中，n为自然数，中央处理模块用于进行复杂浮点计算及逻辑判别；模拟量输入模块，与发电机本体部分对应连接，用于采集风力发电机组中互感器、传感器输出的模拟量；开入/开出模块，用于与风力发电机本体部分对应连接，用于采集风力发电机组的一些以数字量为输出的状态量，并以干接点方式对风力发电机组的某些部件进行控制；现场总线模块，用于实现第一本体与第二本体之间的信息通讯功能。
本发明的优点是：提供了一种双馈式变速恒频风力发电机组控制器，可以适应新型双馈式变速恒频风力发电机组的应用，实现降低成本，提高可靠性，适应新技术发展的目的。
附图说明
图1为本发明的总体图；
图2为主控制器设计图；
图3为中央处理单元软件总体结构图；
图4为风力发电机组主要控制流程图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
实施例
如图1及图2所示，本发明主要是一套双馈式变速恒频风力发电机组控制器，由放置于风力发电机组塔架底部的第一本体和放置于风力发电机组塔架顶部的第二本体组成，两个本体之间通过通讯光缆相连。
第一本体包括一个中央处理模块、n个模拟量输入模块、n个开入/开出模块、n个现场总线模块。其中n为自然数。主要功能是从模拟量输入模块和开入/开出模块接收模拟量及数字量，并对其进行相关逻辑处理、浮点运算，并通过数据总线将操作信息发送至开入/开出模块和现场总线模块。中央处理单元软件的总体结构图如图3所示，其对风力发电机组的主要控制流程如图4所示。
第二本体包括n个模拟量输入模块、n个开入/开出模块、n个现场总线模块。其中n为自然数。主要功能是通过模拟量输入模块和开入/开出模块对风力发电机组各部分参数进行采集，通过现场总线模块将所采集的信息通过通讯光缆发送至第一本体，供第一本体进行相关逻辑判断及浮点运算，接收第一本体通过通讯光缆发送的处理信息，经由开入/开出模块进行相关操作。