[发明专利]一种风电机组的控制方法、控制器及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风电机组的控制方法、控制器及其控制系统。

背景技术

近年来，随着风力发电相关控制技术的不断进步，变速变桨风力发电机组以其高效的风能利用率和较大的单机容量等优势成为目前主要的装机类型。

变速变桨风电机组在低风速（额定风速以下）时，主控系统将叶片的桨距角调整到最优（或最小），通过控制发电机电磁转矩来调整叶轮转速，使风机工作在最优叶尖速比状态下，以实现最大风能捕获；当叶轮转速到达额定转速之后，转速不能随着风速的增加而增加，需要通过增加发电机电磁转矩来使叶轮转速保持在额定转速附近，使风电机组进入恒转速区域。风速增大到额定风速时，转矩达到额定，发电机同时达到额定功率，此时，如果风速继续增大则主控系统会增大桨距角以减少捕获的风能，保证发电机组不过载，进入恒功率运行阶段。

在风电机组实际运行过程中，由于湍流和阵风的存在，风速时刻在波动，要确保风电机组运行在设计的工作点，需要根据当前的风速正确的控制发电机转矩和桨距角。由于叶轮的转动惯量较大，风速的变化反映到叶轮转速，再用来调节转矩和桨距角往往已经滞后较长时间。尤其是在额定风速以下运行时，为了跟踪最优叶尖速比，需要根据风速不断地调节叶轮转速，但现有的主控系统中该阶段的转矩是根据叶片翼型特性计算的最优增益系数与发电机转速平方的乘积得到，相当于一种开环控制方式，由该方法得到的转矩值难以准确跟踪最优叶尖速比，造成风能利用率偏低。额定风速以上时，根据叶轮转速控制桨距角也会因为转速变化和变桨系统的滞后造成桨距角与当前叶轮处的风速不匹配，使得叶轮和塔筒处承受较大的载荷。因此，如果能测量叶轮前方的风速并提前计算出叶轮处的空气动力转矩，用以修正转矩及变桨控制器的输出，既能保证额定风速以下有较高的风能利用率又能降低高风速时风电机组的疲劳载荷，已成为当前本领域的重要研究目标之一。

发明内容

本发明的目的是通过一种风电机组的控制方法、控制器及其控制系统，其一方面可以使额定风速以下运行时的转矩给定值更加合理，准确跟踪最佳叶尖速比，提高风能利用率；另一方面，在额定风速以上运行时能提前合理调节桨距角的大小，有效减小叶轮处的阵风或者变桨系统延迟引起的叶轮和塔架疲劳载荷与发电量的损失。

为解决上述技术问题，本发明一种风电机组的控制方法，包括以下步骤：

A、获取轮毂前方叶轮直径2-3倍距离处的气流速度V_Wind，叶轮当前时刻的桨距角β，以及发电机转动角速度ω_M，计算叶轮的气动转矩，并计算出对应的电磁转矩，计算公式为

QM=πρR5Cp(λ,β)2λ3G3ωM2]]>

其中，ρ为空气密度，R为叶轮半径，C_P(λ，β)为风能利用系数，λ为叶尖速比，G为传动齿轮箱传动比，ω_M的单位为rad/s；

B、获得当前转矩控制器输出的转矩给定值T_dem；

C、获取当前变桨控制器输出的桨距角给定值P_dem；

D、修正转矩控制器或变桨控制输出的给定值，