專利名稱：定槳距變速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)風(fēng)速轉(zhuǎn)速傳感器全風(fēng)速控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)采用永磁同步發(fā)電機(jī)的定槳距變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全風(fēng)速 范圍內(nèi)的主控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在低風(fēng)速區(qū)(額定風(fēng)速以下)的最大功率跟蹤控制、高風(fēng) 速區(qū)(額定風(fēng)速以上)的恒功率控制以及兩種運(yùn)行模式之間的恒轉(zhuǎn)速軟過(guò)渡過(guò)程。
背景技術(shù)：
風(fēng)能作為發(fā)展最為迅速的可再生能源，已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要 手段，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。雖然風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱風(fēng)電機(jī)組)正逐漸 朝著大功率、變槳距變速的方向發(fā)展，兆瓦級(jí)以上的風(fēng)電機(jī)組幾乎都采用了這結(jié)構(gòu)。但是中 小型風(fēng)電機(jī)組由于技術(shù)成熟、成本低廉、可采用定槳距直驅(qū)結(jié)構(gòu)，可靠性高以及安裝方便， 可就近用電用戶安裝等特殊優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為偏遠(yuǎn)地區(qū)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)用電用戶的主要用電來(lái) 源。且目前隨著石油、天然氣等傳統(tǒng)能源日益枯竭，傳統(tǒng)能源價(jià)格飛漲，中小型風(fēng)電機(jī)組的 應(yīng)用越來(lái)越廣泛。根據(jù)美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)2010年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在美國(guó)，功率等級(jí)在IOOkW 以下的小型風(fēng)電機(jī)組安裝容量達(dá)到了 100MW，相比2009年增加了 15%。而全球的小型風(fēng)電 機(jī)組的裝機(jī)容量也有10%的增長(zhǎng)。所以，中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍然具有長(zhǎng)期的研究?jī)r(jià)值和 發(fā)展前景。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常采用變槳距結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)改 變槳距角來(lái)減小風(fēng)能利用系數(shù)，從而減小機(jī)組捕獲的功率，達(dá)到機(jī)組額定風(fēng)速以上的恒功 率運(yùn)行的目的。相比之下，小中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因功率等級(jí)較低(通常在IOOkW以下)，通 常采用定槳距永磁直驅(qū)結(jié)構(gòu)以提高發(fā)電效率和節(jié)約控制成本。因槳距角固定不變，使得機(jī) 組在額定風(fēng)速以上的恒功率運(yùn)行控制變得非常困難，國(guó)內(nèi)外還鮮有報(bào)道相關(guān)的控制策略。 故此，開發(fā)一套控制可靠、成本低廉、適用于中小型定槳距永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系 統(tǒng)具有迫切性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明內(nèi)容說(shuō)明如下附

圖1所示是本發(fā)明采用的定槳距永磁同步變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng) 框圖。圖中由于儲(chǔ)能終端采用了大容量的儲(chǔ)能設(shè)備，輸出電壓Vtl基本恒定。輸出功率的變 化通過(guò)改變輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)(如果儲(chǔ)能終端替換為逆變器并網(wǎng)的形式，本發(fā)明所述的控制 策略仍然適用)。附圖2為本發(fā)明中采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組氣動(dòng)特性曲線。 風(fēng)速變化時(shí)，附圖1中所示機(jī)組在最大功率跟蹤運(yùn)行、恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行和恒功率運(yùn)行 時(shí)直流母線電壓和電流關(guān)系分析如下1、在額定風(fēng)速以下時(shí)，為了提高機(jī)組發(fā)電效率，需要根據(jù)風(fēng)速調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使 機(jī)組按照最佳葉尖速比運(yùn)行。風(fēng)力機(jī)捕獲的氣動(dòng)功率&可按下式計(jì)算
權(quán)利要求
1. 一種適用于中小型定槳距變速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)傳感器全風(fēng)速控制策略。由 永磁同步發(fā)電機(jī)輸出電壓與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系這一點(diǎn)出發(fā)，計(jì)算出采用永磁同步發(fā)電機(jī)的定 槳距變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各運(yùn)行階段直流母線電壓Vd。和電流Id。的關(guān)系。從而控制時(shí)只需根 據(jù)直流母線電流的變化情況計(jì)算出實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，恒轉(zhuǎn)速以及恒功率運(yùn)行各自所需的 直流母線電壓參考值Vd。*，并與直流母線電壓反饋值vd。的差值一起經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，通 過(guò)PWM電路和驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生占空比d控制直直變換器使直流母線電壓Vd。跟蹤參考Vd。*，實(shí) 現(xiàn)了機(jī)組的最大功率跟蹤、恒轉(zhuǎn)速和恒功率運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于中小型定槳距變速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)傳感器全風(fēng)速控制策略，屬風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)中的主控制系統(tǒng)。發(fā)明中提出的控制策略主要分為①低風(fēng)速區(qū)最大功率跟蹤控制；②高風(fēng)速區(qū)(額定風(fēng)速以上)的恒功率控制；③最大功率跟蹤控制與恒功率控制之間的恒轉(zhuǎn)速軟過(guò)渡控制。發(fā)明中所述的控制方法的實(shí)現(xiàn)是基于直流母線電壓和電流信號(hào)的反饋根據(jù)檢測(cè)到的直流母線電流的變化情況給出需要的直流母線電壓參考值，從而達(dá)到控制機(jī)組轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制機(jī)組輸出功率的目的。因此控制策略中不需要檢測(cè)風(fēng)速和轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而可省去昂貴的風(fēng)速和轉(zhuǎn)速傳感器，大大的降低了控制成本，在兆瓦級(jí)以下的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F03D7/00GK102108937SQ20111004558
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者嚴(yán)仰光, 陳冉, 陳家偉, 陳志輝, 陳杰, 龔春英 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)