[发明专利]液压型风电机组功率主动控制系统及其主动控制方法

说明书

本发明公开一种液压型风电机组功率主动控制系统及其主动控制方法，主动控制系统包括风力机、液压传动装置、液压储能装置和发电装置。当风电机组进行功率控制时，控制变量马达的摆角从而控制风轮动能调控进入液压储能装置的功率。然后通过控制变量泵/马达摆角，进行液压储能装置能量控制，快速调节输出功率进一步稳定至功率给定值。同时通过风轮动能储存释放调节进入液压储能装置的功率，可以减小外加液压储能装置所需容量，大大降低所需成本。系统能量过高时，控制比例节流阀阀口开度与桨距角，减少系统能量输入，保证系统安全运行。本发明通过四变量协调控制解决系统功率控制问题，提高能量利用率，降低功率控制成本。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种基于联合储能的液压型风电机组功率主动控制系统及其主动控制方法。

背景技术

随着环境和能源问题的日益加剧，风力发电越来越受到国内外的关注，风力发电产业也因此迅速发展。然而受自然条件的影响，风力发电输出功率具有间歇性和随机性的特点。风电出力的不确定性会对电力系统的安全运行造成巨大的冲击，电网必须面对大规模的风电渗透和不断提高的电网运行水平的考验。为了减小输出功率波动，提高电能质量，同时维持风电系统安全平稳运行，需要实现对输出功率的主动与平滑控制。

储能式液压型风电机组依靠调节风轮动能和液压储能子系统液压能的储存和释放实现对输出功率的平滑控制与对应风速下功率的主动控制。对于风电系统输出功率有如下基本要求：风电场具有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。对于风电系统输出功率输出波动范围有如下要求：风电场装机容量小于30MW时，10分钟功率最大变化量为20MW，1分钟功率最大变化量为6MW；风电场装机容量大于30MW小于150MW时，10分钟功率最大变化量为装机容量/1.5MW，1分钟功率最大变化量为装机容量/5MW；风电场装机容量大于150MW时，10分钟功率最大变化量为100MW，1分钟功率最大变化量为30MW。

基于联合储能的液压型风电机组通过调节风轮动能与液压储能装置的液压能的储存于释放，实现输出功率的主动与平滑控制，即在一定的风速作用下，系统都可快速调节输出功率至功率给定值，同时尽可能平滑由风速波动引起的功率波动，保证输出的电能质量。与单独依靠外加的液压储能装置实现功率控制相比，联合风机自身风轮储能，可以大大降低外加储存设备的安装和维护成本。

中国专利CN110805521A中提出一种储能式液压型风电机组调频控制系统及控制方法。在负荷波动导致电网频率波动时，通过控制桨距角、变量马达摆角、变量泵/马达摆角对输出的有功功率进行控制，进而对发电机输出的频率进行控制。但该方法并没有考虑变化风速下功率的主动控制问题与波动风速引起的波动功率平滑控制问题。同时以液压储能装置优先进行控制将大大增加了功率控制所需成本。另外，在风速增大，能量过高需要耗散多余能量时，桨距角控制变量响应较慢，系统运行安全存在隐患。

综上所述，现有的风速变化时液压型风电机组功率控制方法鲜见，并且控制效果与技术缺陷有待加强和提高。因此，亟需提供一种新型的液压型风电机组功率控制方法。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的目的在于通过调节节流阀阀口开度、变量马达摆角、变量泵/马达摆角和桨距角这四个调节变量的储能式液压型风电机组功率控制系统及其方法，用于风电机组功率主动控制。

为了解决上述存在的技术问题实现发明目的，本发明的一方面提供一种液压型风电机组功率主动控制系统，其包括风力机、液压传动装置、液压储能装置、发电装置及功率控制器；其中，

所述风力机包括风轮、第一连接轴以及变桨距装置，所述风轮设置在所述第一连接轴的第一端；所述变桨距装置包括内齿圈、小齿轮、液压马达、比例换向阀、第二溢流阀、变量泵以及第一油箱，所述液压马达通过输出轴连接所述小齿轮，所述小齿轮设置在所述内齿圈中并与所述内齿圈的内周缘相互啮合，所述变量泵通过所述比例换向阀向所述液压马达供油，所述变量泵还分别与所述第二溢流阀和所述第一油箱相连通；