[发明专利]一种提高风电机组小风段风能利用率的控制系统及方法

权利要求书

1.一种提高风电机组小风段风能利用率的控制系统实现的方法，其特征在于：所述控制系统包括风速检测模块、转速检测模块、转速异常检测模块、转矩控制模块以及电动机工作模式进入与退出判断模块，所述转速异常检测模块，用于判断当前风电机组转速是否正常，以保障风电机组控制的稳定性与可靠性；所述转矩控制模块，采用带转矩环的增益的PI控制器，用于将计算转速偏差ѡ_err作为PI控制器输入量，用于控制系统计算当前所需的转矩控制值，并将该转矩控制值发送给变流器；所述方法包括以下步骤：

A．所述控制系统实时采集、并计算风速仪测量到的风速与转速测量装置测量到的机组转速，并利用风速与转速关系，判别转速测量装置所测转速是否正常；

B．当风电机组转速小于脱网转速时，所述控制系统仍控制风电机组继续保持并网状态；

C．所述控制系统将风电机组目标控制转速ѡ_ref 设定为并网转速，并计算得到当前转速ѡ与目标控制转速ѡ_ref之差ѡ_err，通过改进的转矩PI控制器计算得到负转矩，并将负转矩指令发送给变流器；

D．所述变流器收到负转矩指令之后，将其工作模式切入到电动机工作模式，并按照控制系统所要求转矩进行转矩控制，实现对发电机转速与工作模式的控制；

E．在电动机工作模式工作期间，当风电机组功率小于脱网功率时，风电机组将退出电动机工作模式，并执行停机；

F．当风电机组转速保持在并网转速附近，且30s平均风速大于切入风速，持续时间大于风电机组模式切换等待时间，上述的控制系统将PI控制器计算得到的正转矩发送给变流器，变流器接收到该正转矩之后，使风电机组切换到发电机工作模式，并进入常规发电控制状态；

所述控制系统通过正负转矩控制，实现风电机组电动机工作模式与发电机工作模式的自动切换；控制过程使用风电机组转速代替风速参与风电机组控制；所述步骤A中，风速与转速关系是基于风电机组气动特性进行设置；所述步骤C中，将风电机组目标控制转速设定为并网转速，当条件满足时，直接控制风电机组进入常规发电控制状态；所述步骤C中，改进的转矩PI控制器为rGSQL*(a₀+a₁Z^-1)；

其中，(a₀+a₁Z^-1)为常规发电控制状态下转矩PI控制器，a₀=（K_i*T/2）+K_p，a₁=（K_i*T/2）-K_p，K_p、K_i、T分别为PI控制器比例系数、积分系数以及转矩控制器运行周期；rGSQL为转矩环的增益系数表，横坐标为转速偏差值，纵坐标为增益系数；

所述步骤E中，脱网功率是基于变流器调节能力进行设置；所述步骤F中，风电机组模式切换等待时间是防止风电机组频繁在发电机工作模式与电动机工作模式来回切换，保障风电机组控制的稳定性；常规发电控制状态对应采用常规控制策略下的发电状态。