[发明专利]一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法

权利要求书

1.一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，包括：机组起动并网控制、额定转速点以下最大风能跟踪控制、额定转速点变功率控制和恒功率控制、电网故障时控制，

1)所述起动并网控制为：当风速低于切入风速时，风力机顺桨，桨距角被置于一定角度，风力机不转动，齿箱调速电机处于制动状态；当风速达到切入风速时，启动变频器并松开制动器，调速电机对齿箱差动调速机构进行调速，同步发电机的励磁装置调节机端电压幅值，使机端电压幅值与电网电压幅值之差在限定范围内，并将电网电压频率信号，换算得到转速值与风力机实际转速值的差值作为变频器转速闭环速度给定值，再通过变频器转速闭环控制调节调速电机转速，使齿箱输出轴转速与同步发电机同步，同时，通过变桨控制使风力机桨距角减小，直到风力机转速达到并网转速值时，维持不变；最后由并网装置完成风电机组的并网；

2)所述额定转速点以下最大风能跟踪控制为：机组并网后，当风力机转速没有达到额定转速时，机组进入最大风能跟踪控制状态，机组并网后可变速比齿箱输出轴的转速被电网频率锁定与发电机同步旋转，通过检测到机组转矩值所对应的最佳功率曲线上所对应调速电机转速值对调速电机进行调速控制，使风力机转速运行在最佳转速点上，实现最大风能捕获；

3)所述额定转速点变功率控制和恒功率控制为：当风力机的转速达到额定转速点时，随着风速的增加，风力机的转速被可变速比齿箱的输出轴同步转速锁住不变，保持额定转速运行，当风力机从额定转速以下进入额定转速点运行时，风速还没有达到额定转速值，当风力机达到额定转速并维持额定转速值运行时，首先判断10min内平均风速是否达到额定风速值，如果没有达到额定风速，则机组进入额定转速点的变功率控制区域，即风力机转速保持不变，转矩随着风速变化在变化，功率等于角速度与转矩的乘积，所以功率在变化；如果10min内平均风速大于额定风速且小于切出风速，则机组进入风力机额定转速点的恒功率控制区域，同样风力机保持额定转速不变，通过变桨控制进行桨距角调节使风力机的输出机械功率保持额定功率；

4)所述电网故障时控制为：机组并网后，首先判断电网电压是否发生故障，若电网发生故障导致电网电压跌落并超出限定值时，同步发电机的励磁装置施加强励来支撑电网电压，同时通过变频器断电和松开调速电机的制动器让调速电机处于自由旋转状态，通过变桨控制进行顺桨，减小风力机风功率的捕获，直到电网电压跌落恢复后，变频器启动并进入跌落前的工作状态；当电网发生故障并超出机组低电压穿越区域时，机组紧急停机，直到故障清除和达到并网条件时，机组才开始启动，并进入并网工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：在调速电机对差动调速机构开始调速直到可变速比齿箱输出轴转速达到同步发电机同步转速的过程中，需要检测同步发电机的实际转速值，同步发电机同步转速值与同步发电机同步转速值的差值所计算得到所对应调速电机的转速值作为变频器转速闭环控制的给定转速目标值。

3.根据权利要求2所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：所述同步发电机的实际转速值通过在同步发电机轴末端安装速度传感器进行测量，或者直接通过并网装置检测到的同步发电机端电压频率信号进行换算得到。

4.根据权利要求1所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：所述变频器的转速闭环控制通过变频器的转速闭环控制算法完成，或直接通过主控完成。

5.根据权利要求4所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：所述变频器转速闭环控制算法是矢量控制或直接转矩控制中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：额定转速点以下最大风能跟踪控制中，所述机组转矩测量值是风力机输出转矩、同步发电机输出转矩、调速电机输出转矩中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：所述机组转矩测量值采用调速电机输出转矩值，这个转矩值由变频器的电机转矩计算值给出，或者通过测量调速电机的输入电功率P_c及转速n_c进行计算得出，即Tc＝9.55(P_c-Δp)/n_c。。

8.根据权利要求1所述的一种带有齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，其特征在于：在所述机组额定转速点和额定转速点以下临界点之间进行工作状态切换时，设定滞环控制措施。