[实用新型]风力发电机组扭矩与变桨解耦控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组扭矩与变桨解耦控制系统。

背景技术

近年来，随着风力发电相关控制技术的不断进步，变速变桨技术已十分成熟，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诸多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扭矩来调整叶轮转速，使风机工作在最优叶尖速比状态下，以实现最大风能捕获，即所谓的变速技术；当叶轮转速到达额定转速之后，不能随着风速的增加而增加，这就需要通过增加发电机电磁扭矩来使叶轮转速保持在额定附近，风电机组进入恒转速区域。当风速增大到额定风速时，扭矩到达额定，发电机同时到达额定功率，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，即所谓的变桨技术，保证发电机组不过载，进入恒功率运行阶段。这种从恒转速到恒功率的转换即为扭矩控制器作用域向变桨控制器作用域的切换。

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，扭矩控制器和变桨控制器都处于工作状态，确保风电机组运行在正确的工作点。此外，在额定风速附近，风电机组不断的在扭矩控制器和变桨控制器之间频繁切换，而且切换的时刻是扭矩达到额定，对转速波动的阻尼较小，桨距角仍在最优附近，捕获风能的能力较强，风速的波动会造成转速和功率较大的波动，影响电网负载的稳定。因此，如何保证两个同时运行的控制器只在该起作用的区域获得控制权，不相互干扰且切换顺畅，即实现两者的解耦就显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风电机组扭矩与变桨解耦控制的方法及装置，使实际运行过程中风电机组的扭矩控制器和变桨控制器只在合适的区域获得控制权，切换平滑顺畅，避免互干扰，共同控制风电机组按照设计的工作点运行，安全高效的将风能转换为电能。

为解决以上技术问题，本实用新型提供了一种风电机组扭矩与变桨解耦控制系统，包括：内置有变桨偏置区域计算模块、变桨控制器、扭矩偏置区域计算模块和扭矩控制器的解耦控制器；根据解耦控制器输出的桨距角给定值控制叶轮桨距角的变桨系统；向解耦控制器反馈扭矩实际值，并根据解耦控制器输出电磁扭矩给定值控制发电机扭矩的变流器；安装在叶轮上，并向解耦控制器反馈桨角实际位置的桨角位置传感器；安装在发电机上，并向解耦控制器反馈发电机转速的转速传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、有效的实现了风力发电机组扭矩控制器和变桨控制器的解耦，既提高了两个控制器在各自作用域内的性能又避免它们之间相互干扰控制效果，使变速变桨风电机组的优势得以充分发挥。

2、能够根据发电机组当前的工作状态动态调整扭矩控制器和变桨控制器作用或切换的区域，避免根据固定条件下强制切换两个控制器造成的发电机转速和功率剧烈波动，确保整机运行的安全和平稳。

3、扭矩控制器和变桨控制器的解耦保证了在风电机组运行的某一时刻只有一个控制器在起作用，方便了一些较为复杂和先进的控制算法在风电机组的控制过程中的应用和调试。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是变速变桨风电机组运行过程中发电机扭矩与转速之间的关系曲线。

图2是变速变桨风电机组运行过程中桨距角与风速之间的关系曲线。

图3是本实用新型风力发电机组扭矩与变桨解耦控制系统的组成示意图。

具体实施方式

请参阅附图1和附图2所示，该曲线描述了发电机扭矩、转速、风速以及桨距角之间的关系，结合变速变桨机组工作点的设置原则，可以划分清楚扭矩和变桨控制器各自应该起主导作用的区域，同时根据这些区域的特点确定选取发电机转速，电磁扭矩实际值和扭矩最大值计算变桨控制偏置区域，选取发电机转速，桨距角实际值和桨距角最小值计算变桨偏置区域。

请参阅附图3所示，本实用新型风力发电机组扭矩与变桨解耦控制系统，主要包括解耦控制器（图中所示的PLC控制器）、变桨系统、变流器、桨角位置传感器以及转速传感器。