風(fēng)力發(fā)電機組葉片工作角度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機的控制方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)力發(fā)電機組葉片工作角度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)電在國內(nèi)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組的數(shù)量也越來越龐大，由于風(fēng)機葉片的特性，風(fēng)能利用系數(shù)在理論上的最大值為0.593，如何最大程度地利用風(fēng)能一直是風(fēng)電領(lǐng)域的追求的目標(biāo)。風(fēng)速穩(wěn)定時，風(fēng)機吸收風(fēng)能的效率會隨著葉片的工作角度變化而變化；葉片工作角度不變時，風(fēng)機吸收風(fēng)能效率會隨風(fēng)速變化而變化。因此我們需要設(shè)計一種最優(yōu)控制策略，在不同風(fēng)速下時都可以使風(fēng)機葉片工作在最優(yōu)角度下，以此實現(xiàn)最大程度地吸收風(fēng)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)力發(fā)電機組葉片工作角度控制方法，所述控制方法在不同風(fēng)速下時可以使風(fēng)機葉片工作在最優(yōu)角度下，以此實現(xiàn)最大程度地吸收風(fēng)能。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種風(fēng)力發(fā)電機組葉片工作角度控制方法，其特征在于所述控制方法包括以下步驟:
[0005](I)風(fēng)機進入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)后，風(fēng)機控制器根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩選擇風(fēng)機是否激活低風(fēng)速區(qū)域控制；
[0006](2)當(dāng)風(fēng)機進入低風(fēng)速區(qū)域控制后，風(fēng)機控制器進一步判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)速工作在低風(fēng)速區(qū)域的哪段區(qū)域:即低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)、變化轉(zhuǎn)速區(qū)、高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)中的哪個區(qū)域；
[0007](3)風(fēng)機控制器根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速工作區(qū)域和發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩計算出發(fā)電機葉片的工作角度，并將控制指令發(fā)給變槳系統(tǒng)；
[0008](4)變槳控制器和變槳電機響應(yīng)風(fēng)機控制器的命令，調(diào)整葉片工作角度，使風(fēng)機最大程度的吸收風(fēng)能并轉(zhuǎn)化為電能。
[0009]進一步的技術(shù)方案在于:步驟⑴中風(fēng)機控制器根據(jù)發(fā)電機是否處于滿負荷進入低風(fēng)速區(qū)域控制，如果風(fēng)機控制器判斷發(fā)電機處于滿負荷運轉(zhuǎn)，則不進入低風(fēng)速區(qū)域控制，如果風(fēng)機控制器判斷發(fā)電機處于非滿負荷運轉(zhuǎn)，則進入低風(fēng)速區(qū)域控制。
[0010]進一步的技術(shù)方案在于:步驟(2)中當(dāng)風(fēng)機控制器判斷發(fā)電機在低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)時，根據(jù)風(fēng)機的機械特性確定風(fēng)機的最小轉(zhuǎn)速，低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)風(fēng)機控制器只可以通過控制葉片角度使風(fēng)機最大程度地吸收風(fēng)能；
[0011]當(dāng)風(fēng)機控制器判斷發(fā)電機在變化轉(zhuǎn)速區(qū)時，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速在低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)和高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)之間變化，風(fēng)機控制器控制風(fēng)機的輸出轉(zhuǎn)矩和葉片角度使風(fēng)機最大程度地吸收風(fēng)會K ;
[0012]當(dāng)風(fēng)機控制器判斷發(fā)電機在高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)時，根據(jù)風(fēng)機的機械特性確定風(fēng)機的最大轉(zhuǎn)速，高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)風(fēng)機控制器只可以通過控制葉片角度使風(fēng)機最大程度地吸收風(fēng)會K。
[0013]進一步的技術(shù)方案在于:當(dāng)風(fēng)機進入低風(fēng)速區(qū)域控制后，將發(fā)電機轉(zhuǎn)速進一步分為六個區(qū)域:低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一、低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一 /變化轉(zhuǎn)速調(diào)整區(qū)域、變化轉(zhuǎn)速區(qū)、變化轉(zhuǎn)速區(qū)/高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一調(diào)整區(qū)域、高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一、高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)二。
[0014]進一步的技術(shù)方案在于:步驟(3)和步驟(4)中:風(fēng)機控制器根據(jù)發(fā)電機的輸出電磁轉(zhuǎn)矩Tltem和風(fēng)機最優(yōu)輸出轉(zhuǎn)矩T _百分比T 計算不同區(qū)域的葉片工作角度，當(dāng)T @處于0%至1\之間時，電機工作在低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一，風(fēng)機控制器控制變槳系統(tǒng)使葉片工作角度為α 1;當(dāng)Tpot處于T連T ■之間時，電機工作在低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一 /變化轉(zhuǎn)速調(diào)整區(qū)域，風(fēng)機控制器控制變槳系統(tǒng)使葉片工作角度為α 2;當(dāng)T 處于T ■時，電機工作在變化轉(zhuǎn)速區(qū)，風(fēng)機控制器控制變槳系統(tǒng)使葉片工作角度為α 3;當(dāng)T 處于T ■至T 2之間時，電機工作在變化轉(zhuǎn)速區(qū)/高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一調(diào)整區(qū)域區(qū)域，風(fēng)機控制器控制變槳系統(tǒng)使葉片工作角度為α 4;當(dāng)T 處于T 2至T 3之間時，電機工作在高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)一，風(fēng)機控制器控制變槳系統(tǒng)使葉片工作角度為α 5;當(dāng)T 處于T 3至T 4之間時，電機工作在高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)二，風(fēng)機控制器控制變槳系統(tǒng)使葉片工作角度為α 6ο
[0015]進一步的技術(shù)方案在于:工作角度α和Tpot成線性關(guān)系
[0016]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述控制方法在不同風(fēng)速下時可以使風(fēng)機葉片工作在最優(yōu)角度下，以此實現(xiàn)最大程度地吸收風(fēng)能。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0018]圖1是本發(fā)明所述方法使用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0019]圖2是本發(fā)明中風(fēng)機發(fā)電機的轉(zhuǎn)速情況分布圖；
[0020]圖3是本發(fā)明中輸出電磁轉(zhuǎn)矩Tdm和風(fēng)機最優(yōu)輸出轉(zhuǎn)矩Ttjpt百分比Tpot的分布圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0023]如圖1所示，是與本發(fā)明所述方法對應(yīng)的是一種控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)主要包括風(fēng)機控制器、變槳控制器和變槳電機。
[0024]風(fēng)機控制器是雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的變槳和功率控制的主控制器，葉片的工作位置是風(fēng)機控制器根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速計算出來的。因此由風(fēng)機控制器實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組葉片工作位置的整體控制。
[0025]高風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機已經(jīng)滿負荷運轉(zhuǎn)，所以葉片的工作位置通過PI控制維持轉(zhuǎn)速的恒定；低風(fēng)速時，需要根據(jù)風(fēng)速的不同來調(diào)整葉片角度，讓風(fēng)機最大程度地利用風(fēng)能。在低風(fēng)速時，風(fēng)機發(fā)電機的轉(zhuǎn)速情況可以分為三種，如圖2所示:a.恒轉(zhuǎn)速區(qū)一，通過PI調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩維持發(fā)電機在最小并網(wǎng)轉(zhuǎn)速運行；b.變化轉(zhuǎn)速區(qū)，風(fēng)機的發(fā)電機會根據(jù)風(fēng)速調(diào)整轉(zhuǎn)矩輸出；c.恒轉(zhuǎn)速區(qū)二，通過PI調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩維持發(fā)電機在最大并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，但是沒有滿負荷運轉(zhuǎn)。通過仿真發(fā)現(xiàn)低風(fēng)速時，發(fā)電機的不同工作區(qū)域葉片吸收風(fēng)能的最優(yōu)工作角度也不同。
[0026]具體的控制方法如下:
[0027]風(fēng)機進入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)后，風(fēng)機控制器根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩選擇風(fēng)機是否激活低風(fēng)速區(qū)域控制，即可以通過調(diào)整葉片工作位置實現(xiàn)最大程度地吸收的風(fēng)能。
[0028]當(dāng)風(fēng)機進入低風(fēng)速區(qū)域控制后，風(fēng)機控制器需要判斷是發(fā)電機轉(zhuǎn)速工作在那段區(qū)域，即低速恒轉(zhuǎn)速區(qū)、變化轉(zhuǎn)速區(qū)、高速恒轉(zhuǎn)速區(qū)。
[0029]低速恒轉(zhuǎn)速區(qū):根據(jù)風(fēng)機的機械特性確定風(fēng)機的最小轉(zhuǎn)速，最小