專利名稱：用于大風電機組在額定風速以上的恒功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率反饋閉環(huán)控制器，尤其涉及一種用于風力發(fā)電領(lǐng)域的變速恒頻風電機組在額定風速以上的恒功率控制器。
背景技術(shù)：
風能作為一種取之不盡、清潔無污染的可再生能源，它的開發(fā)利用已經(jīng)受到了世界各國的普遍重視。作為風力資源豐富的國家之一，我國在風力發(fā)電機組的國產(chǎn)化方面取得了較快的進展。其中，變速恒頻風力發(fā)電機組與失速型風力發(fā)電機組相比，其中一個很大的優(yōu)點是額定風速以上輸出功率平穩(wěn)。變速恒頻風力發(fā)電機組運行在額定風速以上時，既要使額定功率點以上輸出功率平穩(wěn)，避免波動，又要使發(fā)電機組傳動系統(tǒng)具有良好的柔性，同時還要考慮對風電機組實現(xiàn)有效保護。采用風力發(fā)電機組接入系統(tǒng)后，為保證機組輸出的電壓、功率穩(wěn)定，采用了無功補償、變漿距控制系統(tǒng)和異步發(fā)電機滑差調(diào)節(jié)控制聯(lián)合工作的方法。
張啟柱申請的CN1266478.2可以無級改變漿葉角度的連接機構(gòu)，由與主動軸固為一體的連接基座和漿葉根部的連接平臺組成，所述的連接基座上設有按圓的軌跡設置的“”形槽，連接平臺上設有用于固定的圓孔。漿葉的連接平臺與連接基座通過連接螺桿和螺帽固定在一起，漿葉調(diào)整角度時，連接螺桿的螺桿頭可以在連接基座的水平槽中移動。
克林特·科爾曼申請的CN88101156.8風力渦輪槳距控制轂，變槳距控制風力渦輪轂中一個殼體將一對有間距的平行葉片調(diào)槳軸線限制在一個平面中，這平面和該兩調(diào)槳軸線間的中點附近的轉(zhuǎn)子軸線相交，一對葉片軸，支承在該殼上，圍繞相應的調(diào)槳軸線至少作一部分旋轉(zhuǎn)，一個齒輪系(裝置)在該兩調(diào)槳軸線(在該轉(zhuǎn)子軸線的一側(cè))之間橫向連接，將該葉片軸直拉連接作逆旋轉(zhuǎn)，以承受葉片的交變負荷，并使兩葉片的槳距角度互相關(guān)連，將該葉片軸向一個標定的起動槳距角度偏壓，以承受葉片的總負荷，主動決定運轉(zhuǎn)時的槳距角度。
為提高風機的運行可靠性.獲得較高的風能利用系數(shù)和不斷優(yōu)化的功率曲線.風力發(fā)電機組漿葉多設計成變漿距結(jié)構(gòu)，有可能出現(xiàn)風輪過速時，由風機液壓系統(tǒng)提供變漿距和對風機漿葉控制，每分鐘使葉片漿距角變化，這樣使過速不超過范圍而以恒功率輸出。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提出一種功率反饋閉環(huán)控制器，來實現(xiàn)大風電機組在額定風速以上的恒功率控制。
2、技術(shù)方案為了達到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明的功率反饋閉環(huán)控制器在大風電機組中采用變槳距控制技術(shù)，通過調(diào)整槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片功角，從而改變風電機組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)距，使機組功率輸出保持穩(wěn)定。
用于大風電在額定風速以上的恒功率控制方法，在大風電發(fā)電機的輸出端檢測輸出功率，用風機整體(1)的輸出功率(Po)減去給定功率(P*)得到功率誤差(ΔP)，功率誤差(ΔP)的大小對應于定槳距角(β*)，變槳距機構(gòu)根據(jù)給定槳距角(β*)調(diào)節(jié)實際槳距角(β)，根據(jù)輸出對應的參考槳距角(β*)；得槳距角誤差Δβ＝β*-β；對風機漿葉控制Δβ槳距角誤差，使葉片漿距角變化至β*。
采用輸入功率誤差進行控制，其誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)(4)的輸出送PID調(diào)節(jié)器(5)，PID調(diào)節(jié)器(5)的計算結(jié)果得到給定槳距角(β*)。
程序算法包括輸入誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)(4)對輸入的功率誤差(ΔP)進行限幅和整定，輸出限幅(6)。采用離散控制方式，在每分鐘至每半分鐘間隔進行葉片漿距的角誤差輸出控制。
基于風力發(fā)電機組電控系統(tǒng)工作于惡劣的自然環(huán)境和強電磁干擾中，對控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性要求很高，在技術(shù)方案中采用數(shù)字控制芯片做為中央控制器。在控制器中使用PID控制算法，采集當前發(fā)電機輸出功率，與給定功率相比得到功率誤差。將這個功率誤差經(jīng)PID調(diào)節(jié)算法計算出當前槳距角，而后根據(jù)變距結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定槳距變化速率。并將槳距角限制在額定范圍內(nèi)。在這一限定范圍內(nèi)，按照計算得到的槳距角調(diào)節(jié)風力機槳葉。
3、有益效果本發(fā)明的優(yōu)點是1)槳距角變化速率在液壓系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)變化；2)槳距角的變化與風速的變化趨勢一樣；3)實現(xiàn)了發(fā)電機輸出功率在額定功率附近平滑變化，保持了恒功率。
四

圖1是采用本發(fā)明的用于大風電在額定風速以上的恒功率控制器的系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明的用于大風電在額定風速以上恒功率控制的控制流程圖。
五具體實施例方式
如圖1所示，采用本實施例的恒功率控制的大風電系統(tǒng)，包括風機整體1的輸出功率Po減去給定功率P*得到功率誤差ΔP，功率誤差ΔP經(jīng)數(shù)字控制3后得到給定槳距角β*，變槳距機構(gòu)根據(jù)給定槳距角β*調(diào)節(jié)實際槳距角β，實際槳距角的輸出經(jīng)風機整體得到輸出功率Po。其中數(shù)字控制3的程序算法包括輸入誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)4對輸入的功率誤差ΔP進行限幅和整定，輸入誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)4的輸出送PID調(diào)節(jié)器5，PID調(diào)節(jié)器5的計算結(jié)果經(jīng)輸出限幅6得到給定槳距角β*。數(shù)字控制3進行程序計算的流程圖如圖2所示。Δβ＝β*-β。
如圖2所示，采用本實施例的用于大風電在額定風速以上的恒功率控制器的程序流程圖，包括如下步驟1)得到發(fā)電機當前的輸出功率Po的采樣值；2)得到當前槳距角的采樣值；3)進行PID計算和相應的輸入輸出處理；4)輸出參考槳距角β*；5)計算槳距角誤差Δβ＝β*-β；1)6)輸出計算結(jié)果；葉片槳距角度由風機液壓系統(tǒng)提供變漿距提供，對風機漿葉控制，使葉片漿距角變化，這樣使過速不超過范圍而以恒功率輸出?？梢栽诿糠昼娀蛎堪敕昼娺M行葉片漿距的輸出，通過控制液壓系統(tǒng)的液壓缸工作距離決定葉片漿距角的大小變化。
實際槳距角的輸出經(jīng)風機整體得到輸出功率Po。其中數(shù)字控制3的程序算法包括輸入誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)4對輸入的功率誤差ΔP進行限幅和整定，輸入誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)4的輸出送PID調(diào)節(jié)器5，PID調(diào)節(jié)器5的計算結(jié)果經(jīng)輸出限幅6得。
圖2是一種實施例，計算變漿距β*，將功率誤差經(jīng)PID調(diào)節(jié)算法計算出當前槳距角，而后根據(jù)變距結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定槳距變化速率。并將槳距角限制在額定范圍內(nèi)。在這一限定范圍內(nèi)，按照計算得到的槳距角調(diào)節(jié)風力機槳葉。輸出電壓值可以同時對應速率，用于通過控制液壓系統(tǒng)的液壓缸工作決定葉片漿距角的大小變化。
權(quán)利要求
1.一種用于大風電在額定風速以上的恒功率控制方法，其特征在于在大風電發(fā)電機的輸出端檢測輸出功率，用風機整體(1)的輸出功率(Po)減去給定功率(P*)得到功率誤差(ΔP)，功率誤差(ΔP)的大小對應于定槳距角(β*)，變槳距機構(gòu)根據(jù)給定槳距角(β*)調(diào)節(jié)實際槳距角(β)，根據(jù)輸出對應的參考槳距角(β*)；得槳距角誤差Δβ＝β*-β；對風機漿葉控制Δβ槳距角誤差，使葉片漿距角變化至β*。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大風電在額定風速以上的恒功率控制方法，其特征在于采用輸入功率誤差進行控制，其誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)(4)的輸出送PID調(diào)節(jié)器(5)，PID調(diào)節(jié)器(5)的計算結(jié)果得到給定槳距角(β*)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大風電在額定風速以上的恒功率控制方法，其特征在于程序算法包括輸入誤差調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)(4)對輸入的功率誤差(ΔP)進行限幅和整定，輸出限幅(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大風電在額定風速以上的恒功率控制方法，其特征在于采用離散控制方式，在每分鐘至每半分鐘間隔進行葉片漿距的角誤差輸出控制。
全文摘要
用于大風電機組在額定風速以上的恒功率控制方法，在大風電發(fā)電機的輸出端檢測輸出功率，用風機整體(1)的輸出功率(Po)減去給定功率(P*)得到功率誤差(ΔP)，功率誤差(ΔP)的大小對應于定槳距角(β*)，變槳距機構(gòu)根據(jù)給定槳距角(β*)調(diào)節(jié)實際槳距角(β)，根據(jù)輸出對應的參考槳距角 (β*)；得槳距角誤差Δβ＝β*－β；對風機漿葉控制Δβ槳距角誤差，使葉片漿距角變化至β*。尤其將這個功率誤差經(jīng)PID調(diào)節(jié)算法計算出當前槳距角，而后根據(jù)變距結(jié)構(gòu)的參數(shù)確定槳距變化速率。并將槳距角限制在額定范圍內(nèi)。在這一限定范圍內(nèi)，按照計算得到的槳距角調(diào)節(jié)風力機槳葉。
文檔編號H02P9/04GK1964181SQ20061009748
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者張海波, 劉偉, 洪峰 申請人:南京冠亞電源設備有限公司