[发明专利]一种双馈变速恒频风力发电机防超速控制系统及方法

说明书

本发明提供的一种双馈变速恒频风力发电机防超速控制系统及方法，包括以下步骤：采集风力发电机的数据信号，包括叶片桨距角、机组转速和机组转速设定值；对采集得到的叶片桨距角和机组转速进行预处理，得到中间变量；步根据采集到的机组转速和机组转速设定值，以及中间变量计算第一叶片角度给定值；根据采集到的机组转速计算第二叶片角度给定值；计算得到叶片角度给定值，该叶片角度给定值作为变桨控制系统的控制信号；以人工模糊分析结果对变桨速度控制器的输出进行修正，能够利用人工模糊分析的结果，最大限度避免背景技术中所述情况的产生，从而有效降低风速在风机额定风速附近快速波动；从而提高机组运行稳定性，可靠性及经济性。

技术领域

本发明属于风力发电机领域，具体涉及提供一种双馈变速恒频风力发电机防超速控制系统及方法。

背景技术

目前双馈变速恒频风电机组控制方法，一般按照附图1转矩-转速特性区间运行。其中：I区间：转速为0-A区间，此时机组未并网,风速小或者风轮未加速到并网转速。Ⅱ区间：转速为A-B区间，此时机组启动并网，转速以近似并网转速的恒转速运行。Ⅲ区间：转速为B-C区间，此时机组以CPm曲线运行,获得最优风能转化效率,转矩与转速呈二次方关系。Ⅳ区间：转速为C-D区间，此时转速接近额定转速，风速接近额定风速并逐渐增大，机组功率设定值为额定功率，转速转矩同时增加，提高机组功率。此阶段斜率与电机固有滑差率相关。V区间：转速高于D区间，风速高于额定风速，机组恒功率运行阶段,转矩与转速的乘积为机组额定功率,以变桨系统实现对风轮机械功率的限制。

依据双馈变速恒频风电机组其转矩、转速、功率公式：P＝nT/9550。

其中：P——功率，单位KW；n——转速，单位r/min；T——转矩，单位Nm。

在达到额定风速后，若风电机组采用恒转矩控制方法，由于风机转速跟随风速成比例变化变化，由公式可知，风电机组功率将随风速产生波动，若风速波动较大，功率波动也较大，会对电网产生较大的冲击。在达到额定风速后，若采用恒功率控制方法，即机组在额定功率下运行，机组转速、转矩基本处于额定值，利用变桨系统吸收风速变化造成的波动。该方法的优点是，由于功率较为恒定，对电网影响较低。因此目前双馈变速恒频风机均不采用恒转矩控制方法，而采用恒功率控制方法。

该控制方法，在机组启停、湍流较小的情况下，控制较为有效，但在实际运行中，常常遇到风速在额定风速范围附近快速波动的情况，该情况在具有复杂地形条件的山地风机最为多见。该情况将导致机组在运行区间IV区、V区之间，甚至运行区间Ⅲ-V波动的情况。根据上图所示机组转矩-转速特性区间进行控制的机组在面临风速在额定风速范围附近快速波动的情况时，将不可避免的出现机组超速情况。

例如图2所示工况，在t0时刻开始，风速V0高于额定风速，风机处于V区之间以恒功率运行方法运行，机组控制系统控制机组以额定转速、转矩运行，变桨系统根据风速大小调节桨叶角度处于大于0°度位置，吸收能量来调节机组功率恒定。至t1时刻，风机仍维持恒功率方法运行，当运行至t2时刻时，风速在短时间内从V1衰减值V2，V2低于额定风速，此时机组将处于IV区甚至Ⅲ区运行，机组控制系统控制机组转速、转矩以均低于额定转速、额定转矩，功率低于额定功率，变桨系统调节桨叶角度向0°调节。随后在短时间间隔内，在t3时刻，风速V3高于额定风速，机组通过Ⅲ、IV区，又进入V区间运行。根据机组控制系统进设置机组功率为额定功率，机组转速逐渐增大，转矩按照IV、V区间对应关系调节，但此时由于机组变桨系统由其自身机械特性的限定，仍在缓慢收桨状态，甚至于仍处于t2时刻将桨叶开度向0°调节的状态。由于在该区间内机组为恒功率控制，因此伴随机组转速的快速增加，机组转矩将持续降低。机组转矩的降低导致机组传动系统阻力降低，又因此时变桨系统尚未调节到位，不能依靠变桨系统吸收多余能量，因此将出现由于风速快速升高导致的风机转速持续上升，直至突破安全保护值，触发风电机组安全链，导致机组停机。