[实用新型]一种基于PI调节的风力发电机优化控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于新能源发电领域，涉及智能电网中的风力发电技术、新能源开发技术，尤其涉及一种基于PI调节的风力发电机优化控制系统。

背景技术

风力发电在电力系统中所占的比重日益增加，我国风力资源丰富的地区多分布于电网相对薄弱的中西部，大量风电机组的并网给现有电力系统的正常运行带来极大的挑战。

偏航系统是风力发电机组特有的控制系统，主要由偏航测量、偏航驱动传动部分、纽缆保护装置三大部分组成，主要实现两个功能，一是使机舱跟踪变化稳定的风向，二是由于偏航的作用导致机舱内部电缆发生缠绕而自动解除缠绕。

风机的变桨作业可分为两种工况，即正常运行时的连续变桨和停止状态下的全顺桨。风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制。当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，一是让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，这个过程叫做全顺桨。

液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。

由于风能的能量密度低、随即性和不稳定性等特点,给大型风力发电机组的控制技术问题带来困难。

实用新型内容

本实用新型为了解决风力发电过程中风能能量密度低、随即性和不稳定性等问题，提供了一种在风力发电机中采用偏航系统和变桨距控制系统共同实现风机的控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种基于PI调节的风力发电机优化控制系统，包括控制器、锁存器、RAM、EPROM、风向标、传感器、偏航系统和变桨距机构，控制器通过锁存器与RAM连接，控制器还直接与RAM连接；控制器通过锁存器与EPROM连接，控制器还直接与EPROM连接；控制器与风向标连接，风向标测量风速和风向；控制器与两个传感器连接，两个传感器分别用于测量风轮角度和叶片转速；控制器分别与偏航系统和变桨距机构连接；所述控制器采用PI控制器。

一种基于PI调节的风力发电机优化控制方法，该方法依据风向和风速大小对风机进行控制，(1）当风速小于额定风速时，只启动偏航系统，偏航系统自动调整风机迎风方向，使风机获得最大风能；(2）当风速大于额定风速时，同时启动偏航系统和变桨距机构，变桨距机构调整风叶的桨距角，使其始终维持在最大功率处运行；(3）当风速过大或出现紧急情况时，紧急停机，使风叶与风向方向平行，以保护风机。所述第(2)种情况下，变桨距机构的控制采用PI控制方法，进行闭环控制。输入为发电机功率误差值ε；控制器采用PI调节器，定义为：α＝K_pε+K_tε，其中K_p为比例环节，K_t为积分环节，ε＝P_额定-P，P_额定为发电机额定功率，P为风机的功率，α′为风轮的实时桨距角。

所述第(1）种情况下，偏航系统控制方法为：首先设置风轮迎风面法向的基准方向θ₀（设置为0°），风轮迎风面法向为θ₁，风向为θ₂（θ₁、θ₂均为顺时针方向上与基准方向的角度差），阈值Δθ。风轮迎风面法向初始方向θ₁＝θ₀，当θ₂-θ₁≥Δθ时，偏航系统驱动风轮顺时针旋转|θ₂-θ₁|；当θ₂-θ₁≤-Δθ时，偏航系统驱动风轮逆时针旋转|θ₂-θ₁|。旋转完毕后，修改θ₁值，使θ₁＝θ₂。

本实用新型采用风向标获取风向和风速，并将实时的信息传给控制器，控制器据此对系统的偏航系统和桨距角机构进行控制。偏航系统控制电动机使风轮方向始终保持与风向一致。

偏航系统动力源采用三相异步电动机，执行机构采用齿轮结构，传动装置设计为液压系统。

当风向与风轮轴线偏离一个角度时，控制系统经过一段时间确认后，控制偏航电动机将风轮调整到与风向一致的方位。