[发明专利]一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统。

背景技术

目前，风电机组在传动链中采用了一种可变速比的齿轮箱，即其速比可按要求进行控制，从而可实现风轮在按要求作变转速运行的条件下，使齿轮箱所拖动的发电机作恒速运行。这种能力是通过在常规的齿轮箱的输出端增加了一级差动行星级，并由伺服电机驱动该级的太阳轮来达到改变速比来实现的。这样，风电机组就可以采用常规的同步发电机，实现风机的变速恒频运行。随着风电机组在电网中的比重越来越大，电网对并入电网的风电机组的发电性能的要求越来越高。这些性能包括低电压穿越能力、机组对电网无功功率支持的能力以及电压波形畸变等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法和系统，使发电机组在尽可能宽的运行风速范围内按最佳叶尖速比来运行，使发电机组能捕获更多的风能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制方法，当风速大于切入风速且小于临界风速时，其中临界风速小于额定风速，包括以下步骤：

A1、按照风力发电机组最佳叶尖速比λ_最佳计算出不同风速下的风轮转速n_风轮；

A2、根据公式n_发电机＝i*n_风轮计算出不同风轮转速所对应的齿轮箱速比i，其中n_发电机为常规同步发电机转速；

A3、按照不同风速下齿轮箱速比i计算出不同风速时的伺服电机的转速；

A4、通过计算得到不同风速下的伺服电机的转速-转矩曲线；

A5、按照测得的伺服电机转矩，从所述转速-转矩曲线查得伺服电机对应的转速；

A6、以对应的转速作为伺服电机转速控制的给定值进行PI控制；

当风速等于临界风速时，采用制动器将伺服电机制动，风力发电机组仍以最佳叶尖速比λ_最佳运行；

当风速大于临界风速且小于额定风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比i，风力发电机组风轮转速n_风轮处于恒速运行状态；

当风速大于额定风速且小于切出风速时，采用制动器将伺服电机制动，齿轮箱保持恒定的齿轮箱速比i，风力发电机组风轮转速n_风轮处于恒速运行状态，进行变桨控制，以保证风力发电机组在额定功率下运行。

还包括以下步骤：

在伺服电机转速控制系统中增加伺服电机转矩微分控制器，当风速突然变化形成传动链转矩波动较大时，通过控制伺服电机转速改变齿轮箱速比i，提高风轮转速n_风轮，将瞬间增大的部分风能转化为风轮的动能，达到减小传动链转矩峰值的目的。

当风速大于临界风速且小于额定风速时，还包括以下步骤：

B1、按照风力发电机组最佳叶尖速比λ_最佳计算出不同风速下的风轮转速n_风轮；

B2、根据公式n_发电机＝i*n_风轮计算出不同风轮转速所对应的齿轮箱速比i，其中n_发电机为常规同步发电机转速；

B3、按照齿轮箱不同风速下速比i计算出不同风速下的伺服电机的转速；

B4、通过计算得到不同风速下的伺服电机的转速-转矩曲线；

B5、按照测得的伺服电机转矩，从所述转速-转矩曲线查得伺服电机对应的转速；

B6、以对应的转速作为伺服电机转速控制的给定值进行PI控制，伺服电机反向以发电方式运行。

步骤B6中，伺服电机通过变频器向电网送电。

一种差动齿箱调速型同步风力发电机组的控制系统，包括风轮、常规三级传动齿轮箱、齿轮箱差动式输出级、伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器、常规同步发电机和电网，风轮与常规三级传动齿轮箱连接；常规三级传动齿轮箱分别与齿轮箱差动式输出级和伺服电机输出传动齿轮副连接；伺服电机输出传动齿轮副、伺服电机、变频器、变压器和电网依次连接；齿轮箱差动式输出级与常规同步发电机连接；常规同步发电机与电网相连。

还包括转矩测量机构和转矩微分控制器，转矩测量机构用于由伺服电机的电参数计算得到转矩，转矩微分控制器设置在变频器内，用于控制伺服电机转速。

还包括发电机功率测量单元和发电机功率微分器。