[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

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组的设备及运行控制，特别是关于一种带有可变速比齿箱调速前端的风力发电机组的运行控制方法。

背景技术

随着并网风电机组装机容量和并网风电场规模的不断扩大，风电在电网中所占的比重越来越高。为了实现大规模风电场可靠并网以充分利用风能并能保持电力系统的稳定性，世界各国电力系统对风电场接入电网时的要求越来越严格，世界各国纷纷制定了大型并网风力发电机组的低电压穿越等技术标准，要求当风电场并网点的电网电压跌落时，机组仍能保持并网运行，并能向电网提供一定的无功功率支持电网电压恢复，直到电网电压恢复正常，避免大规模风电机组脱网造成大规模停电或电力系统崩溃。目前主流双馈型和直驱型变频恒速风电机组通过采取一些附加保护措施或者优化控制策略具备了一定的低电压穿越能力，但在实际应用中低电压穿越能力还是不足，并没有从根本上解决问题。

目前，国内外已经开始研制带有前端调速装置的新一代电网友好型风电机组，该类型风电机组的传动链末端使用转速固定的传统同步发电机直接并网，前端通过调速装置实现对风力机进行调速和同步发电机恒转速运行，充分利用同步发电机比较成熟的励磁控制策略，调节同步发电机在一定的功率因数范围内安全运行，并且在电网故障时通过施加强励增加励磁电流来支撑电网电压，增强风电机组应对电网故障的能力。这一类友好型风电机组有望从根本上解决风力发电机组的低电压穿越能力问题，有效提高电力系统运行的稳定性，以达到传统火电和水电发机组的并网效果。

根据带有前端调速装置的风电机组的结构和运行原理，调速装置可以是液力耦合器、电磁耦合器、可变速比齿箱及其它调速装置中的一种。其中，可变速比齿箱是在传统风电机组固定速比的增速齿轮箱输出端增加一级行星差动调速机构构成的机械调速机构，通过调速电机对差动调速机构进行连续调速控制，可实现可变速比齿轮箱的连续无级调速和机组安全稳定运行控制。

发明内容

因此，为解决风力发电机组应对电网故障时的低电压穿越能力问题，本发明目的是提供一种带有可变速比齿箱调速前端的风力发电机组运行控制方法，满足变速型风力发电机组的运行要求，实现风电机组可靠运行，提高并网运行稳定性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案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，以及电网故障时控制几方面，其中：

1、起动并网阶段：机组控制柜上电给PLC初始化后，可认为机组处于待机状态，在待机状态下，可变速比齿箱的调速电机被制动器制动处于制动状态，调速电机控制用的变频器应发给主控“变频器正常”信号。当判断检测到的风速低于切入风速时，风力机顺桨，桨距角被置于一定角度(一般为90°)，风力机不转动，同样调速电机被制动器制动处于制动状态；当风速达到切入风速时，通过变桨控制使风力机桨叶向着桨距角0度方向减小，使风力机获得足够的风能以驱动风轮加速转动，直到风力机转速值达到最小并网转速值n时，通过变桨控制调节桨距角大小使风力机维持该转速值n不变，此时，启动变频器并松开调速电机的制动器，调速电机运行在对差动调速机构调速控制工作状态，在此过程中，调速电机调速是以同步发电机同步转速值为目标值，通过变频器控制调速电机调速使可变速比齿箱输出轴转速达到同步转速值并维持恒定，等待并网。同步发电机的励磁装置根据并网装置检测到的电网电压值，自动调节同步发电机的端电压幅值与电网电压幅值之差在限定范围内；并将并网装置实时检测到的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对调速电机转速进行调节，直到达到并网条件(发电机端电压与电网电压幅值差、频率差及相位差在误差要求限定范围内视为达到并网条件)；最后由并网装置完成风电机组的并网，并把并网成功信号发给主控，主控再把并网成功信号发给变频器。

并网后机组根据实际条件进行额定转速点以下的最大风能跟踪控制、额定转速点变功率控制和恒功率控制以及电网故障时的控制状态。