[发明专利]一种多种工况下的风电机组保护控制系统

说明书

本发明公开了一种多种工况下的风电机组保护控制系统，首先根据机组的控制特性建立控制系统的控制模型，采用暂态控制策略与稳态控制策略并行运行的转速控制器，根据特殊工况的具体情况，判断采用哪种转速保护控制方法，当电网电压处于稳定状态则采用稳态控制策略下的转速控制器，实现风机在额定转速下的安全运行。当风电机组处于特殊工况下运行，应自动切换为暂态控制策略下的转速控制，快速响应能够抑制由于特殊工况使得机组超速或电网电压波动引起的机组功率的急剧上升的现象，减少风电机组的输入功率从而适应电网故障下输出电能的减少。

技术领域

本发明涉及风机控制技术领域，尤其涉及一种多种工况下的风电机组保护控制系统。

背景技术

目前，在各种可再生能源的开发中，风力发电的开发最具潜力，发电成本逐渐降低，并且在技术上日趋成熟，从而形成一个新兴的产业，成为电力系统结构中相对增长速度最快的新能源发电。因此，对于风力发电技术的研究有着重要的意义。

风能的随机性和不确定性使得风电机组所输出的电功率、频率、电压均随风速改变，因此必须对电能品质进行控制和整定。但风力发电机系统有很强的非线性和不确定性，多干扰等特点，所有基于某些有效系统模型的控制也仅适合于某个特定的系统和一定的工作周期。

现有的技术当风速发生变化时，风力发电机运行点要发生变化，为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳，风力机将进行桨距调整。风电机组的桨距控制系统通常采用典型的PID速度、功率和桨距角三模态控制。速度控制和直接桨距控制通常用于风力发电机组的启动、停止和紧急事故处理。风力机正常运行时主要采用功率控制。典型的桨距控制系统如图1所示，系统在正常状态下，能够很好的控制风电机组运行发电。但环境往往不是一直不变的，有如下缺陷，如(1)低电压穿越状态，机组有功功率逐渐减少，导致机组的转速上升，引起超速。(2)在电网电压恢复过程中，由于变桨的回桨速度慢，造成有功功率恢复较慢。(3)极限阵风的情况下，风机快速响应风速的控制使得风机超速。(4)电网电压高于额定电压，导致风电机组超速。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种多种工况下的风电机组保护控制系统包括：

安装在电机内部检测电机的转速信息和电网状态信号的电机检测单元；

接收所述电机检测单元传送的数据信息判断风机当前的运行工况，根据不同的工况信息输出叶片的角度信息和电机功率控制指令的控制单元；

接收所述控制单元传送的数据信息控制叶片转动角度和电机转速的叶片角度控制单元；所述叶片角度控制单元设置在每个轮毂的内部实时监测叶片的角度信息；

所述电机检测单元包括检测电机的转速信息的转速检测模块和检测电网的电压信号的电网状态检测模块；

所述控制单元设置在电机和轮毂的外部存储有多种工况下的风机功率、叶片基准角度、转速保护值的控制参数信息，根据电机检测单元传送的信息进行风机的工况判断输出风机的转速和叶片的角度值对风机进行实时监控。

所述控制单元包括判断模块和控制模块；

所述判断模块判断电机检测单元传送的电压信息是否大于或等于第n预设值，如果判断结果为是，则控制模块向叶片角度控制单元输出叶片的基准角度值。

所述控制单元内存储有电网电压的多种工况状态，对风机进行实时监控时：

低电压穿越跌落阶段：控制单元对转速误差进行前置P环节计算，得到适应当前状况下最大化变桨速率，同时调节变桨方向为收桨，再结合当前的状况配合变流器强制接触器闭合，控制风机处于不脱网不超速状态；