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1、(10)申请公布号 CN 104329225 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104329225 A (21)申请号 201410438050.8 (22)申请日 2014.08.29 F03D 7/04(2006.01) (71)申请人 江苏中航动力控制有限公司 地址 214063 江苏省无锡市滨湖区建筑西路 599 号 D 幢十层 (72)发明人 张志红 邓甜甜 陈东 陈华 (74)专利代理机构 无锡市大为专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32104 代理人 殷红梅 张涛 (54) 发明名称 风力发电机组功率控制方法 (57) 摘要 本发明涉及一种风力发电机组功率控制方。
2、 法， 其包括 ： 若当前风速不小于风力机的切入风 速时， 主控制器控制发电机进行并网发电 ； 在发 电机并网发电后， 若发电机的输出功率低于额定 功率时， 主控制器控制发电机的输出功率， 以使得 发电机运行于最佳功率曲线上， 实现最大风能追 踪 ； 若当前风速超过风力机的额定风速时， 主控 制器调整发电机的转速给定值， 以使得发电机输 出的功率保持在额定功率 ； 若当前风速超过风力 机的额定风速且发电机的输出电流超过预设电流 阈值时， 主控制器调整发电机的转速给定值， 以使 得发电机的输出电流保持在额定电流。本发明在 额定风速以上能实现安全、 可靠有效地稳定输出 功率， 控制精度高， 生产维。
3、护成本低。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104329225 A CN 104329225 A 1/1 页 2 1. 一种风力发电机组功率控制方法， 其特征是， 所述功率控制方法包括 ： 若当前风速不小于风力机的切入风速时， 主控制器控制发电机进行并网发电 ； 在发电 机并网发电后， 若发电机的输出功率低于额定功率时， 主控制器控制发电机的输出功率， 以 使得发电机运行于最佳功率曲线上， 实现最大风能追踪 ； 若当前风速超过风力。
4、机的额定风速时， 主控制器调整发电机的转速给定值， 以使得发 电机输出的功率保持在额定功率 ； 若当前风速超过风力机的额定风速且发电机的输出电流超过预设电流阈值时， 主控制 器调整发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 2. 根据权利要求 1 所述的风力发电机组功率控制方法， 其特征是 ： 在发电机的输出功 率保持在额定状态后， 若当前风速使得发电机的输出功率低于额定功率， 且发电机的输出 功率为 0.91 倍的额定功率时， 主控制器保持发电机的转速给定值 ； 若当前风速使得发电机的输出功率低于额定功率， 且发电机的输出功率低于 0.9 倍的 额定功率时， 主控制器增大发。
5、电机的转速给定值， 以对发电机的转速进行调节， 直至发电机 的转速超过额定转速， 主控制器使得发电机进行最大风能追踪。 3. 根据权利要求 1 所述的风力发电机组功率控制方法， 其特征是 ： 当前风速超过风力 机的额定风速且发电机的输出电流超过 1.2 倍的额定电流时， 主控制器调整发电机的转速 给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 4. 根据权利要求 3 所述的风力发电机组功率控制方法， 其特征是 ： 在主控制器对发电 机的转速给定值进行调整， 使得发电机的输出电流保持在额定电流过程中， 若发电机的输 出电流为 0.91.1 倍额定电流时， 主控制器保持发电机的转速给定值 ； 若。
6、发电机的输出电流为 0.9 倍额定电流以下时， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 5. 根据权利要求 3 所述的风力发电机组功率控制方法， 其特征是 ： 在发电机的输出电 流保持在额定电流状态后， 若当前风速使得发电机的输出功率低于额定功率， 主控制器增 大发电机的转速给定值， 以对发电机的转速进行调节， 直至发电机的转速超过额定转速， 主 控制器使得发电机进行最大风能追踪。 6. 根据权利要求 1 所述的风力发电机组功率控制方法， 其特征是 ： 发电机的输出功率 大于额定功率时， 主控制器通过网侧变流器输出发电机的额定功率， 并通过卸荷器输出剩 余功率。
7、 ； 发电机的输出功率低于额定功率时， 主控制器关闭卸荷器， 以通过网侧变流器输出 发电机的输出功率。 权 利 要 求 书 CN 104329225 A 2 1/4 页 3 风力发电机组功率控制方法 技术领域 0001 本发明涉及一种控制方法， 尤其是一种风力发电机组功率控制方法， 属于风力发 电机组控制的技术领域。 背景技术 0002 目前安装的风力发电机组， 大多采用变浆距变速技术。 当风速超过额定风速时， 大 部分风电机组通过改变浆距角和发电机的电磁转矩， 来保持额定风速以上的功率恒定。但 是， 风速的变化会造成叶轮转速的快速改变， 而变浆控制执行装置的转动惯量较大， 叶轮变 浆反应较慢。
8、， 容易造成发电机过速故障。 相对于变浆距风力发电机组， 定浆距变速风力发电 机组的优点有结构简单、 可靠性高、 且因省去了昂贵的变浆装置而降低了生产和维护成本。 同时， 相对于大型风力发电机组， 中小型风力发电机组功率等级较低， 采用定浆距永磁直驱 结构可以提高发电效率。 0003 因浆距角不变， 使机组在额定风速以上保持功率恒定非常困难。 目前的研究很少， 有基于微分几何反馈线性化方法和软失速控制方法实现了定浆距中小型风力发电机组的 恒功率运行。基于微分几何反馈线性化方法在风速大范围变化情况下能有效恒功率控制， 但是当风速小范围变化时控制精度不高 ； 且该方法在额定风速以上时， 仅通过降低。
9、发电机 转速来保持额定功率， 可能导致电机电流过大， 容易损坏电机。 软失速控制方法结构简单容 易实现， 但是需要输出功率有额定功率 20%-30% 的过载， 对电机和变流器的选择要求较高， 增加了成本， 降低了系统安全性。 同时， 现有大多控制方法为每一运行阶段设置一套独立的 控制系统， 然后通过判断机组的运行状态来切换所需要投入的控制系统。这种切换通常为 硬切换， 机组承受了较大的动态载荷， 严重危害了机组的可靠性。 0004 为了克服传统变浆风力发电机组功率波动较大， 反应较慢， 变浆装置成本高， 以及 现有定浆风力发电机组恒功率控制不理想， 安全性、 可靠性不高的不足。 发明内容 00。
10、05 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足， 提供一种风力发电机功率控制方 法， 其在额定风速以上能实现安全、 可靠有效地稳定输出功率， 控制精度高， 生产维护成本 低。 0006 按照本发明提供的技术方案， 一种风力发电机组功率控制方法， 所述功率控制方 法包括 ： 若当前风速不小于风力机的切入风速时， 主控制器控制发电机进行并网发电 ； 在发电 机并网发电后， 若发电机的输出功率低于额定功率时， 主控制器控制发电机的输出功率， 以 使得发电机运行于最佳功率曲线上， 实现最大风能追踪 ； 若当前风速超过风力机的额定风速时， 主控制器调整发电机的转速给定值， 以使得发 电机输出的功率保持在额。
11、定功率 ； 若当前风速超过风力机的额定风速且发电机的输出电流超过预设电流阈值时， 主控制 说 明 书 CN 104329225 A 3 2/4 页 4 器调整发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 0007 在发电机的输出功率保持在额定状态后， 若当前风速使得发电机的输出功率低于 额定功率， 且发电机的输出功率为 0.91 倍的额定功率时， 主控制器保持发电机的转速给 定值 ； 若当前风速使得发电机的输出功率低于额定功率， 且发电机的输出功率低于 0.9 倍的 额定功率时， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以对发电机的转速进行调节， 直至发电机 的转速超过额定转速， 主。
12、控制器使得发电机进行最大风能追踪。 0008 当前风速超过风力机的额定风速且发电机的输出电流超过 1.2 倍的额定电流时， 主控制器调整发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 0009 在主控制器对发电机的转速给定值进行调整， 使得发电机的输出电流保持在额定 电流过程中， 若发电机的输出电流为 0.91.1 倍额定电流时， 主控制器保持发电机的转速 给定值 ； 若发电机的输出电流为 0.9 倍额定电流以下时， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 0010 在发电机的输出电流保持在额定电流状态后， 若当前风速使得发电机的输出功率 低于额。
13、定功率， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以对发电机的转速进行调节， 直至发电 机的转速超过额定转速， 主控制器使得发电机进行最大风能追踪。 0011 发电机的输出功率大于额定功率时， 主控制器通过网侧变流器输出发电机的额定 功率， 并通过卸荷器输出剩余功率 ； 发电机的输出功率低于额定功率时， 主控制器关闭卸荷 器， 以通过网侧变流器输出发电机的输出功率。 0012 本发明的优点 ： 与变浆风机相比， 省去了变浆装置， 节约了生产和维护成本 ； 与定 浆风机相比， 引入了恒电流模式控制方法， 避免了发电机电流过大的同时保持输出额定功 率 ； 引入了卸荷器， 提高了恒功率模式中的系统安全性 。
14、； 运行模式切换由同主控制器进行 控制， 同时判断输出功率和输出电流， 通过对发电机的转速给定值进行调整， 实现了运行模 式的软过渡， 避免了风力发电机组控制模式切换时承受较大的动态载荷， 提高了风力发电 机组的可靠性， 使得风力发电机组在额定风速以上仍能安全可靠工作。 附图说明 0013 图 1 为本发明的流程示意图。 0014 图 2 为本发明的系统框图。 具体实施方式 0015 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。 0016 如图 1 所示 ： 本发明用于对定桨距风力发电机组的功率控制， 为了能够对风力发 电机组的功率进行精确控制， 提高风能利用率， 本发明功率控制方法包括 ：。
15、 若当前风速不小于风力机的切入风速时， 主控制器控制发电机进行并网发电 ； 在发电 机并网发电后， 若发电机的输出功率低于额定功率时， 主控制器控制发电机的输出功率， 以 使得发电机运行于最佳功率曲线上， 实现最大风能追踪 ； 若当前风速超过风力机的额定风速时， 主控制器调整发电机的转速给定值， 以使得发 说 明 书 CN 104329225 A 4 3/4 页 5 电机输出的功率保持在额定功率 ； 若当前风速超过风力机的额定风速且发电机的输出电流超过预设电流阈值时， 主控制 器调整发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 0017 具体地， 风力发电机组包括发电机以及用于。
16、驱动所述发电机的风力机， 发电机组 的输出端与整流器连接， 整流器与卸荷器以及网侧变流器连接， 主控制器分别与卸荷器、 网 侧变流器以及发电机连接。 当整个发电机启动后， 需要对当前风速的大小进行判断， 当风力 发电机组确定后， 风力机的切入风速是已知的。 当前风速大于或等于切入风速时， 主控制器 通过控制网侧变流器， 使得发电机能与电网连接， 即进行并网发电。 整流器以及网侧变流器 均可采用现有常用的结构形式。 0018 此外， 对于确定的风力发电机组， 风力机的最佳功率曲线以及最大风能追踪均能 进行确定 ； 初始启动阶段， 当前风速大于切入风速， 当前风速在较小时， 使得发电机的输出 功率。
17、会低于额定功率， 此时， 主控制器控制发电机的输出功率， 让发电机与风力机配合， 实 现最大风能追踪。在具体工作时， 只要发电机的输出功率低于额定功率， 一般地， 主控制器 根据当前风速给定发电机的输出功率， 以控制发电机进行最大风能追踪。主控制器控制发 电机进行最大风能追踪的控制方法及过程为本技术领域人员所熟知， 此处不再赘述。 0019 随着风速的不断增大， 风力机输出的机械功率也不断增大， 若当前风速超过风力 机的额定风速， 则发电机的输出功率会超过额定功率， 则主控制器必须减小发电机的转速， 以减少对风能的利用率， 使得发电机的输出功率不超过额定功率， 即使得发电机进入恒功 率工作模式。
18、。 0020 本发明实施例中， 发电机的输出功率大于额定功率时， 主控制器通过网侧变流器 输出发电机的额定功率， 并通过卸荷器输出剩余功率 ； 发电机的输出功率低于额定功率时， 主控制器关闭卸荷器， 以通过网侧变流器输出发电机的输出功率。卸荷器主要用于消耗能 量， 可以采用开关管等， 具体实施结构为本技术领域人员所熟知， 此处不再赘述。 0021 进一步地， 风力发电机组在实际工作中， 当前风速会不断变化， 因此发电机不可能 恒定保持在恒功率模式， 若由于之前的风速使得发电机工作于恒功率模式， 且当前风速下 使得风力机的最大输出功率仍然低于额定功率时， 即发电机的输出功率不能保持在额定功 率状。
19、态， 发电机的输出功率会低于额定功率， 此时， 主控制器会通过调节发电机的转速给定 值， 使得发电机再次进入最大风能追踪状态。 0022 具体实施时， 在发电机的输出功率保持在额定状态后， 若当前风速使得发电机的 输出功率低于额定功率， 且发电机的输出功率为 0.91 倍的额定功率时， 主控制器保持发 电机的转速给定值。当主控制器保持发电机的转速给定值时， 发电机的输出功率不变 ； 若当前风速使得发电机的输出功率低于额定功率， 且发电机的输出功率低于 0.9 倍的 额定功率时， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以对发电机的转速进行调节， 直至发电机 的转速达到额定转速， 若此时发电机的输出功。
20、率依然低于 0.9 倍的额定功率时， 主控制器 使得发电机进行最大风能追踪。 0023 为了判断当前风速是否超过额定风速， 若当前风速超过额定风速， 则在额定转速 的时， 发电机的输出功率会大于额定功率的 0.9 倍， 反之如果达到额定转速时， 发电机的输 出功率依然低于额定功率的 0.9 倍， 则说明当前风速较小， 必须退出恒功率模式进入最大 风能追踪。 说 明 书 CN 104329225 A 5 4/4 页 6 0024 本发明实施列中， 主控制器增大发电机的转速给定值， 并采用 PI 调节对发电机的 转速进行调节。 PI调节中， 即是将发电机的实际转速与额定转速转差进行比例积分， 由于。
21、采 用 PI 调节， 在增大发电机的转速给定值后， 发电机的转速会增大。发电机的输出功率不仅 和转速有关还和当前风速有关， 如果在额定风速情况下， 发电机的转速超过额定转速， 则发 电机的输出功率会小于额定功率。如果风速小于额定风速， 则发电机的转速无论为多少都 无法输出额定功率。 0025 进一步地， 当前风速超过风力机的额定风速且发电机的输出电流超过 1.2 倍的额 定电流时， 主控制器调整发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 0026 在主控制器对发电机的转速给定值进行调整， 使得发电机的输出电流保持在额定 电流过程中， 若发电机的输出电流为 0.91.1 倍额定。
22、电流时， 主控制器保持发电机的转速 给定值 ； 若发电机的输出电流为 0.9 倍额定电流以下时， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以使得发电机的输出电流保持在额定电流。 0027 在发电机的输出电流保持在额定电流状态后， 若当前风速使得发电机的输出功率 低于额定功率， 主控制器增大发电机的转速给定值， 以对发电机的转速进行调节， 直至发电 机的转速超过额定转速， 主控制器使得发电机进行最大风能追踪。 0028 具体地， 并网后， 随着风速的增大， 若发电机的输出功率超过额定功率， 考虑到此 时， 发电机的转速低于额定转速， 转矩还是可能会超出额定转矩， 因此， 必须对发电机的输 出电流进行控。
23、制。当发电机的转速超过额定转速， 且发电机的输出电路超过 1.2 倍额定电 流， 则主控制器控制发电机的转速给定值， 即主控制器要减小发电机的转速给定值， 通过减 小发电机的转速给定值， 以使得在当前风速下， 使得发电机的输出电流能维持在额定电流， 即使得发电机进入恒电流工作模式。 0029 但风力发电机组在实际工作中， 当前风速会处于不断变化之中， 因此发电机不可 能永远保持在恒电流工作模式， 若由于之前的风速使得发电机工作于恒电流工作模式， 且 当前风速下使得发电机不能维持在恒电流工作模式， 即发电机的输出电流不能保持在额定 电流状态， 发电机的输出功率会低于额定功率， 此时， 主控制器会。
24、使得发电机再次进入最大 风能追踪状态。 0030 本发明实施例中， 在发电机从恒电流工作模式由于风速变化导致再次进入最大风 能追踪状态时， 主控制器的控制过程可以参考恒功率工作模式的说明， 主控制器根据当前 风速确定发电机是在最大风能追踪工作状态、 恒功率工作模式或恒电流工作模式。 0031 本发明与变浆风机相比， 省去了变浆装置， 节约了生产和维护成本 ； 与定浆风机相 比， 引入了恒电流模式控制方法， 避免了发电机电流过大的同时保持输出额定功率 ； 引入了 卸荷器， 提高了恒功率模式中的系统安全性 ； 运行模式切换由同主控制器进行控制， 同时判 断输出功率和输出电流， 通过对发电机的转速给。
25、定值进行调整， 实现了运行模式的软过渡， 避免了风力发电机组控制模式切换时承受较大的动态载荷， 提高了风力发电机组的可靠 性， 使得风力发电机组在额定风速以上仍能安全可靠工作。 0032 以上所述是本发明的技术原理和较佳实施例子， 对于本领域的技术人员来说， 在 不背离本发明的精神和范围的情况下， 任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、 简单 替换等显而易见的改变， 均属于本发明保护范围之内。 说 明 书 CN 104329225 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 104329225 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 104329225 A 8 。