[发明专利]一种基于发电机转速裕量的变桨控制方法、系统和设备

说明书

本发明公开了一种基于发电机转速裕量的变桨控制方法、系统和设备，属于风力发电领域，通过在转速‑变桨控制环的控制输入考虑转速裕量，考虑不同风况下风力发电机组功率的波动随机性，最大程度避免机组经历不同风况下的功率控制稳定性，提高机组在不同风况下的机械及电气传动链运行安全。本发明创新地采用发电机转速裕量的方式，考虑在不同风况下功率变化情况，快速调节机组桨距角。克服了传统方式中仅采用检测发电机转速，未考虑不同风况下风电机组的功率随机性带来的控制效果偏差，从而充分考虑不同风况下的功率控制特点，最大程度避免风力发电机组在长期风速急速变化的情况下造成的机组机械及电气受载遭受猛烈变化。

技术领域

本发明属于风力发电领域，涉及一种基于发电机转速裕量的变桨控制方法、系统和设备。

背景技术

水平轴风力发电机的风轮吸收风能旋转，进而带动连接的发电机旋转发电。在额定风速以上时，风力发电机组采用控制变桨角度的方式来使发电机转速达到设定目标值，完成控制转速的任务。由于风力变化随机性，其风速风向在实时变化。风力发电机组的转速也随着风速的变化在实时变化，因此通过变桨控制风力发电机转速对维持发电机组在额定功率，避免风力发电机组过载具有重要作用。

现有针对此问题的技术方案包括：检测当前的发电机转速，并与设定的额定发电机转速做比较，以其差值作为转速-变桨控制环的输入。引入经典控制理论的比例-积分-微分控制器(PID)，计算对应的变桨位置指令，并传递给变桨执行机构执行，通过控制风能的吸收与释放来维持发电机转速在额定转速。但由于仅采用检测的发电机转速作为控制输入，无论通过恒转矩及恒功率控制，由于风速的急速变化会导致发电机功率急速上升或下降，导致发电机机侧电流值急速上升或下降，此种情况长期发生一方面会引起整机的瞬间受载发生变化，另一方面对整机的电气传动链会造成一定冲击。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，仅采用检测的发电机转速作为控制输入引起整机的瞬间受载发生变化，且对整机的电气传动链会造成一定冲击的缺点，提供一种基于发电机转速裕量的变桨控制方法、系统和设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于风力发电机组发电机转速裕量的变桨控制方法，包括如下步骤：

步骤1)分别获取实时发电机转速和实时发电机功率；

步骤2)分别获取发电机额定功率值、额定转矩值和额定转速；

步骤3)基于实时发电机功率、发电机额定功率值和额定转矩值，得到发电机转速裕量；

步骤4)基于实时发电机转速和发电机转速裕量，得到实时转速-变桨控制环输入转速；

步骤5)基于实时转速-变桨控制环输入转速和额定转速，计算得到当前变桨指令，执行变桨动作。

优选地，实时发电机转速是通过对当前发电机转速进行低通滤波后得到的；

实时发电机功率是通过对当前发电机功率进行低通滤波后得到的。

优选地，步骤3)中，发电机转速裕量的具体计算过程为：

将实时发电机功率与发电机额定功率做差，得到功率差值；

将功率差值与发电机额定转矩相除，得到当前发电机转速裕量。

优选地，步骤4)中，实时转速-变桨控制环输入转速实时发电机转速和当前发电机转速裕量之和。

优选地，步骤5)中，当前变桨指令的获取过程为：基于发电机额定转速和当前转速-变桨控制环输入转速，得到当前发电机转速差，基于当前发电机转速差计算得到当前变桨指令。

优选地，步骤5)中，计算是通过PI控制方法或PID控制方法进行的。