[发明专利]一种补偿风力发电机组转矩调节滞后的控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种补偿风力发电机组转矩调节滞后的控制装置和方法。

背景技术

目前，变速变桨风力发电机组已经成为风力发电领域中主要机型，其原因归结为：1、在低风速时可以通过调节发电机转矩使风轮按照最佳叶尖速比运行获得最佳风能利用系数C_pmax；2、在高风速时可以通过变桨控制限制气动转矩，使机组恒功率输出。

在风电系统呈现时滞性和受干扰因素多、干扰频率高的情况下，系统响应速度的快速性和稳定性是至关重要的。风力发电机组最主要的不可控因素是随机变化的风速和转矩调节的滞后性，要消除两者的影响，利用传统的PID控制往往不能达到理想的效果。因此，补偿风力发电机组转矩调节滞后是实现风电机组功率稳定输出的方式。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种补偿风力发电机组转矩调节滞后的控制装置和方法。

本发明的技术方案：一种补偿风力发电机组转矩调节滞后的控制装置，包括风力发电机组、变桨距机构、参数检测模块、主控制器、过压保护模块和变频控制器。

变桨距机构包括变桨电机、电动推杆和变距轴；变桨电机通过电动推杆和变距轴连接桨叶根部偏心盘，变桨距机构根据主控制器的指令驱动风轮桨叶，达到变桨的目的；

过压保护模块包括DSP、电压互感器、电流互感器、RS232接口、RJ45接口、调理单元、主控器、存储器、网络接口芯片、网络接口驱动芯片和端口隔离器件，电压互感器和电流互感器的输入端接至三相电网，电压互感器和电流互感器输出端接至调理单元输入端，调理单元输出端接至DSP的A/D转换端口，DSP外接网络接口芯片和RS232接口，网络接口芯片连接网络接口驱动芯片输入端，网络接口芯片外接有存储器，网络接口驱动芯片输出端连接端口隔离器件，主控器经RJ45接口接至隔离器件；过压保护模块保护发电机转子侧电流电压过大，防止危险发生；

风轮通过主轴与齿轮箱连接，齿轮箱通过联轴器与发电机相连，参数检测模块的输入端分别通过温度传感器、测量桨距角的绝对值编码器和测量发电机转速的增量式编码器与齿轮箱、变桨电机和发电机连接，风轮通过码盘和接近开关与参数检测模块输入端相连，以测量风轮转速，参数检测模块的输出端通过I/O模块和交换机与主控制器的输入端相连，主控制器的输出端通过交换机分别与变桨距机构的输入端和变频控制器的输入端相连，变频控制器的输出端分别连接转子侧变流器和电网侧变流器的输入端，转子侧交流器的输出端连接发电机的转子，电网侧输出端与变压器相连，输入三相电网。电网侧变流器与转子侧变流器的直流母线侧相连，保证两者的直流侧电压相等。

采用上述控制装置的补偿风力发电机组转矩调节滞后的控制方法，具体步骤如下：

步骤1：设置主控制器的初始参数，包括低速轴最高转速、高速轴最高转速、齿轮箱最高和最低温度、发电机运行最低和最高温度；

步骤2：测量当前至少3分钟的平均风速v，判断平均风速v与切入风速v_in的大小，机组设计的时候根据叶片特性规定切入风速，一般为3m/s-3.5m/s；若v＜v_in，则不启动；若v＞v_in，则开启风力发电机，此时测量发电机转速，若发电机转速大于发电机并网所需的最小转速，则风电机组并网运行，执行步骤3；反之，不并网，继续空转运行；

步骤3：测量发电机转速，若发电机转速在一分钟内持续大于额定转速，则进行变桨动作，否则，进行步骤4；

步骤4：根据风力发电机特性，主控制器给出指令使风力发电机组运行在最佳叶尖速比下，以获得最大输出功率，计算公式如下：

P_max＝K_optω³