一種風力發電機組的迴路補償增益調度控制方法與流程
2023-06-01 06:08:21 2
本發明涉及一種控制方法，具體是一種風力發電機組的迴路補償增益調度控制方法。
背景技術：
隨著社會的發展，能源和環境問題成為了全世界各國一項亟待解決的問題，可持續能源的開發便成為了全世界各國首要的任務。以煤、石油、天然氣為主的化石能源不止嚴重短缺，更為重要的是會造成嚴重的環境汙染，威脅到人類社會的安全和發展，因此開發無汙染的可再生能源已刻不容緩。在可再生能源領域裡，風力發電以其相對低廉的成本消耗得到了快速發展。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種風力發電機組的迴路補償增益調度控制方法，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種風力發電機組的迴路補償增益調度控制方法，當低於額定風速時，風電系統的控制器依靠調節發電機的反力矩讓轉速追隨風速的改變，尋求最佳的葉尖速比，此時將其視作跟蹤問題來處理；在額定風速以上時，系統的變槳距結構開始工作，通過調節槳距角，從而限制風力機能量的獲取，進而保證風力機輸出圍繞在額定值附近，減小系統的失速負荷值；變槳距風力發電機組的功率調節是通過變槳距系統控制槳距角b 的變化來實現的，在低於額定風速時，風力發電機組的輸出功率低於額定功率，此時將槳距角設置為零，則整個機組的運行狀態與定槳距風力發電機組無異，當風速變化時，發電機的輸出功率也會發生變化，在風力發電機組處於高風速區域時，此時它的輸出功率高於額定功率，變槳距機構便開始工作。
作為本發明再進一步的方案：以水平軸風力機為研究對象，只考慮水平方向的風速而忽略三維的風向變化對風力機的影響。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明能夠在不同風況下設計出具有強穩定性的控制器，使其在低風況下能實現風能的最大轉換，高風況能保持輸出功率的恆定，從而向電網輸送安全可靠的電能。
附圖說明
圖1為風力發電機組的迴路補償增益調度控制方法的時序圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1，本發明實施例中，一種風力發電機組的迴路補償增益調度控制方法，當低於額定風速時，風電系統的控制器依靠調節發電機的反力矩讓轉速追隨風速的改變，尋求最佳的葉尖速比，此時將其視作跟蹤問題來處理；在額定風速以上時，系統的變槳距結構開始工作，通過調節槳距角，從而限制風力機能量的獲取，進而保證風力機輸出圍繞在額定值附近，減小系統的失速負荷值；變槳距風力發電機組的功率調節是通過變槳距系統控制槳距角b 的變化來實現的，在低於額定風速時，風力發電機組的輸出功率低於額定功率，此時將槳距角設置為零，則整個機組的運行狀態與定槳距風力發電機組無異，當風速變化時，發電機的輸出功率也會發生變化，在風力發電機組處於高風速區域時，此時它的輸出功率高於額定功率，變槳距機構便開始工作；以水平軸風力機為研究對象，只考慮水平方向的風速而忽略三維的風向變化對風力機的影響。
本發明的工作原理是：風力發電機實現變速控制，其主要目的是使系統在進行能量轉換的同時，能夠通過變速控制系統調節發電機轉速，使得外部風輪轉動時能夠追蹤風速變化，進而對整個風力機的輸入功率實現調節作用。相較於恆速風力發電機組，變速風力發電機組的優勢有：(1)當處於低風速時，它可以在運行過程中依據風速的變化來調節轉速，以實現最大風能的捕獲，提高系統的效率；(2)當處於高風速時，它可以根據風輪轉速的變化來儲存或釋放一些能量，從而輸出更加平穩的功率，因此變速風力發電機組將取代恆速風力發電機組成為風力發電的一個發展趨勢，被大範圍的應用在大型風力發電機組中。
變速風力發電機組的控制是由兩個階段實現完成的。當低於額定風速時，風電系統的控制器依靠調節發電機的反力矩讓轉速追隨風速的改變，從而尋求最佳的葉尖速比，此時將其視作跟蹤問題來處理；在額定風速以上時，系統的變槳距結構開始工作，通過調節槳距角，從而限制風力機能量的獲取，進而保證風力機輸出圍繞在額定值附近，儘量減小系統的失速負荷值。要完成上述控制過程，變速風力發電機組主要依靠兩類控制器，一類是以控制發電機轉速為目標的電力電子類控制器；另一類是用於調節槳角距的變槳距系統。
根據理論分析，由於功率與風速的立方成正比，因此輸出的功率是不存在極限的。但在實際應用中，風電機組的工作還要受其機械設備、物理性能、風車承壓能力等等條件的限制，因此，實際的風電機組輸出功率是有一定的額度限制的。主要體現著以下兩點：1)功率限制，存在於風力發電機組中的所有電路及電力電子器件都有其自身的額定功率，超出了額定功率，該器件便不能繼續工作；2)轉速限制，風力發電機組中的所有旋轉部件都存在自身可以承受的最大的機械強度。
如圖1所示，當風速為v2 時，發電機工作在A2 點，此時發電機的轉速為1200 轉/分，而風力機工作點在A1。此時風力機的機械功率大於電功率，點 A1 和點 A2 之間的功率差值使轉速增大。曲線P 隨轉速增大而增大，而目標功率也在逐步增大。與此同時，opt風力機的工作點沿曲線v2 的軌跡進行變化，當工作點A1、A2 都在A3 點處重合時，風力機輸入功率與發電機的輸出功率達到平衡。在風速為 v3 時，發電機工作在B2 點，風力機工在作Bl 點。因為發電機的負荷比風力機產生的機械功率大，所以風輪得轉速會減小。此時發電機的功率會因為風輪轉速的減小沿著P 曲線不斷的變化修正，而風力機的輸出功率也會沿著 v3 曲線改變。同時opt風輪功率與發電機功率之間的偏差會隨著風輪轉速的減小而縮小，最後二者將在B3 點處重合。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。