[发明专利]一种风力发电机组的双电机切换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的控制方法。

技术背景

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。定桨距风力发电机组存在在低风速运行时的效率问题。在整个运行风速范围内(切入风速＜风速＜切出风速)由于气流的速度是在不断变化的，如果风力机的转速不能随风速的变化而调整，这就必然使风轮在低风速时的效率降低(而设计低风速时效率过高，会使桨叶过早进入失速状态)。同时发电机本身也存在低负荷时的效率问题，尽管目前用于风力发电机组的发电机已能设计得非常理想，它们在功率大于30％额定功率范围内，均有高于90％的效率，但当功率小于25％额定功率时，效率仍然会急剧下降。

双电枢混合励磁风力发电机采用双电机技术：永磁同步电机和感应异步电机。在低风速时，永磁电枢调速发电，启动力矩小；在高风速时异步电枢与永磁电枢同时定速发电。双电机切换控制应用于双电枢混合励磁风力发电机组，对于避免永磁同步电机和感应异步电机频繁切换，有效利用风能，提高发电机效率和机组可利用率起着非常重要的作用。与传统异步发电机相比，可增加10％的发电量，所以双电机切换控制方法对于双电枢混合励磁风电机组的运行控制和市场推广具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于解决永磁同步电机和感应异步电机的切换控制问题，提供一种安全、可靠的双电枢混合励磁风力发电机组的双电机切换控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

在风电机组控制系统自检通过，无故障存在且风速大于切入风速，小于切出风速时，风力发电机组进入待风状态。

风力发电机组进入待风状态后，若满足永磁同步电机启动条件，即：风电机组变流器控制单元正常，且风速大于启动风速小于永磁同步电机启动风速上限，上述情况持续时间超过30秒，风电机组控制系统执行永磁同步电机启动程序；若满足感应异步电机启动条件，即：风电机组变流器控制单元异常，且风速大于感应异步电机启动风速下限，上述情况持续时间30秒，风电机组控制系统执行感应异步电机启动程序。

风力发电机组进入启动状态后，若风电机组控制系统执行的是永磁同步电机启动程序，则当风力发电机转速达到永磁同步电机并网转速时，风电机组控制系统发出变流器并网控制指令，由变流器控制单元控制永磁同步电机并入电网；若风电机组控制系统执行的是感应异步电机启动程序，则当风力发电机转速达到感应异步电机并网转速时，由风电机组控制系统控制感应异步电机并网，感应异步电机并网采用软并网技术。本发明采用的软并网控制，采用晶闸管反并联方式，通过晶闸管移相触发控制，改变晶闸管的导通角，使加在电机定子上的电压按阶梯波的形式从某一较小的初值逐渐增加到全压状态，达到调压限流的目的。永磁同步电机或者感应异步电机并网成功后，风力发电机组进入发电运行状态。

风力发电机组进入发电运行状态后：

(1)当只有永磁同步电机在并网发电时，若风电机组控制系统检测到风力发电机转速大于永磁同步电机降载转速时，永磁同步电机按照设定的降载速率将永磁同步电机给定有功功率减小至永磁同步电机最低运行功率，使发电机转速快速上升，当风力发电机转速满足感应异步电机并网转速时，感应异步电机并入电网；

(2)当只有感应异步电机在并网发电时，感应异步电机输出有功功率持续5秒大于由感应异步电机独立运行切换到永磁同步电机与感应异步电机同时运行所设定的有功功率，在变流器无故障的情况下，执行永磁同步电机并网程序，此时永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行；(3)在永磁同步电机和感应异步电机同时发电运行期间，如果感应异步电机有功功率小于从永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步机单独运行所设定的有功功率，且风速小于永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步电机单独运行所设定的风速条件，而且上述有功功率和风速同时满足各自条件的持续时间超过永磁同步电机与感应异步电机同时运行切换到感应异步机单独运行所设定的时间时，永磁同步电机给定有功功率以额定速率增加至永磁同步电机最高运行功率，当风电机组控制系统检测到感应异步电机有功功率为负功率时，感应异步电机脱网。感应异步电机脱网后，风电机组控制系统对永磁同步电机进行运行控制。