專利名稱：一種補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前，變速變槳風(fēng)力發(fā)電機組已經(jīng)成為風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中主要機型，其原因歸結(jié)為 1、在低風(fēng)速時可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪按照最佳葉尖速比運行獲得最佳風(fēng)能利用系數(shù)Cpmax ;2、在高風(fēng)速時可以通過變槳控制限制氣動轉(zhuǎn)矩，使機組恒功率輸出。在風(fēng)電系統(tǒng)呈現(xiàn)時滯性和受干擾因素多、干擾頻率高的情況下，系統(tǒng)響應(yīng)速度的快速性和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。風(fēng)力發(fā)電機組最主要的不可控因素是隨機變化的風(fēng)速和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的滯后性，要消除兩者的影響，利用傳統(tǒng)的PID控制往往不能達到理想的效果。因此，補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后是實現(xiàn)風(fēng)電機組功率穩(wěn)定輸出的方式。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置，包括風(fēng)力發(fā)電機組、變槳距機構(gòu)、參數(shù)檢測模塊、主控制器、過壓保護模塊和變頻控制器。變槳距機構(gòu)包括變槳電機、電動推桿和變距軸；變槳電機通過電動推桿和變距軸連接槳葉根部偏心盤，變槳距機構(gòu)根據(jù)主控制器的指令驅(qū)動風(fēng)輪槳葉，達到變槳的目的；過壓保護模塊包括DSP、電壓互感器、電流互感器、RS232接口、RJ45接口、調(diào)理單元、主控器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動芯片和端口隔離器件，電壓互感器和電流互感器的輸入端接至三相電網(wǎng)，電壓互感器和電流互感器輸出端接至調(diào)理單元輸入端，調(diào)理單元輸出端接至DSP的A/D轉(zhuǎn)換端口，DSP外接網(wǎng)絡(luò)接口芯片和RS232接口，網(wǎng)絡(luò)接口芯片連接網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動芯片輸入端，網(wǎng)絡(luò)接口芯片外接有存儲器，網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動芯片輸出端連接端口隔離器件，主控器經(jīng)RJ45接口接至隔離器件；過壓保護模塊保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)電流電壓過大，防止危險發(fā)生；風(fēng)輪通過主軸與齒輪箱連接，齒輪箱通過聯(lián)軸器與發(fā)電機相連，參數(shù)檢測模塊的輸入端分別通過溫度傳感器、測量槳距角的絕對值編碼器和測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增量式編碼器與齒輪箱、變槳電機和發(fā)電機連接，風(fēng)輪通過碼盤和接近開關(guān)與參數(shù)檢測模塊輸入端相連，以測量風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，參數(shù)檢測模塊的輸出端通過I/O模塊和交換機與主控制器的輸入端相連，主控制器的輸出端通過交換機分別與變槳距機構(gòu)的輸入端和變頻控制器的輸入端相連，變頻控制器的輸出端分別連接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器的輸入端，轉(zhuǎn)子側(cè)交流器的輸出端連接發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，電網(wǎng)側(cè)輸出端與變壓器相連，輸入三相電網(wǎng)。電網(wǎng)側(cè)變流器與轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的直流母線側(cè)相連，保證兩者的直流側(cè)電壓相等。采用上述控制裝置的補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制方法，具體步驟如下步驟1 設(shè)置主控制器的初始參數(shù)，包括低速軸最高轉(zhuǎn)速、高速軸最高轉(zhuǎn)速、齒輪箱最高和最低溫度、發(fā)電機運行最低和最高溫度；步驟2 測量當前至少3分鐘的平均風(fēng)速V，判斷平均風(fēng)速ν與切入風(fēng)速Vin的大小，機組設(shè)計的時候根據(jù)葉片特性規(guī)定切入風(fēng)速，一般為3m/s-3. 5m/s ；若ν < vin,則不啟動；若ν >vin，則開啟風(fēng)力發(fā)電機，此時測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機并網(wǎng)所需的最小轉(zhuǎn)速，則風(fēng)電機組并網(wǎng)運行，執(zhí)行步驟3 ；反之，不并網(wǎng)，繼續(xù)空轉(zhuǎn)運行；步驟3 測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機轉(zhuǎn)速在一分鐘內(nèi)持續(xù)大于額定轉(zhuǎn)速，則進行變槳動作，否則，進行步驟4;步驟4:根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機特性，主控制器給出指令使風(fēng)力發(fā)電機組運行在最佳葉尖速比下，以獲得最大輸出功率，計算公式如下
權(quán)利要求
1.一種補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置，其特征在于包括風(fēng)力發(fā)電機組、變槳距機構(gòu)、參數(shù)檢測模塊、主控制器、過壓保護模塊和變頻控制器；所述變槳距機構(gòu)包括變槳電機，電動推桿和變距軸，變槳電機通過電動推桿和變距軸連接槳葉根部偏心盤；所述過壓保護模塊包括DSP、電壓互感器、電流互感器、RS232接口、RJ45接口、調(diào)理單元、主控器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動芯片和端口隔離器件；風(fēng)輪通過主軸與齒輪箱連接，齒輪箱通過聯(lián)軸器與發(fā)電機相連，參數(shù)檢測模塊的輸入端分別通過溫度傳感器、測量槳距角的絕對值編碼器和測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增量式編碼器與齒輪箱、變槳電機和發(fā)電機連接，風(fēng)輪通過碼盤和接近開關(guān)與參數(shù)檢測模塊輸入端相連，以測量風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，參數(shù)檢測模塊的輸出端通過I/O模塊和交換機與主控制器的輸入端相連， 主控制器的輸出端通過交換機分別與變槳距機構(gòu)的輸入端和變頻控制器的輸入端相連，變頻控制器的輸出端分別連接轉(zhuǎn)子側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器的輸入端，轉(zhuǎn)子側(cè)交流器的輸出端連接發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，電網(wǎng)側(cè)輸出端與變壓器相連，輸入三相電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置，其特征在于 所述過壓保護模塊的連接如下電壓互感器和電流互感器的輸入端接至三相電網(wǎng)，電壓互感器和電流互感器輸出端接至調(diào)理單元輸入端，調(diào)理單元輸出端接至DSP的A/D轉(zhuǎn)換端口， DSP外接網(wǎng)絡(luò)接口芯片和RS232接口，網(wǎng)絡(luò)接口芯片連接網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動芯片輸入端，網(wǎng)絡(luò)接口芯片外接有存儲器，網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動芯片輸出端連接端口隔離器件，主控器經(jīng)RJ45接口接至隔離器件。
3.采用權(quán)利要求1所述的補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置的控制方法，其特征在于具體步驟如下步驟1 設(shè)置主控制器的初始參數(shù)，包括低速軸最高轉(zhuǎn)速、高速軸最高轉(zhuǎn)速、齒輪箱最高和最低溫度、發(fā)電機運行最低和最高溫度；步驟2 測量當前至少3分鐘的平均風(fēng)速v，判斷平均風(fēng)速ν與切入風(fēng)速Vin的大小；若 ν < Vin，則不啟動；若ν >vin，則開啟風(fēng)力發(fā)電機，此時測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機轉(zhuǎn)速大于發(fā)電機并網(wǎng)所需的最小轉(zhuǎn)速，則風(fēng)電機組并網(wǎng)運行，執(zhí)行步驟3;反之，不并網(wǎng)，繼續(xù)空轉(zhuǎn)運行；步驟3 測量發(fā)電機轉(zhuǎn)速，若發(fā)電機轉(zhuǎn)速在一分鐘內(nèi)持續(xù)大于額定轉(zhuǎn)速，則進行變槳動作，否則，進行步驟4;步驟4 根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機特性，主控制器給出指令使風(fēng)力發(fā)電機組運行在最佳葉尖速比下，以獲得最大輸出功率，計算公式如下
全文摘要
一種補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制裝置和方法，該控制裝置包括風(fēng)力發(fā)電機組、變槳距機構(gòu)、參數(shù)檢測模塊、主控制器、過壓保護模塊和變頻控制器。本發(fā)明通過提出補償風(fēng)力發(fā)電機組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)滯后的控制方法，減小轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)對整機的影響。一方面，該發(fā)明中加入前饋環(huán)節(jié)，大大消除了由轉(zhuǎn)矩控制引起的滯后和隨機風(fēng)速對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響，優(yōu)化了機組的功率輸出，提高了風(fēng)機控制子系統(tǒng)的響應(yīng)速度，另一方面，加入阻尼器以減少載荷沖擊對機組傳動鏈的影響。通過本發(fā)明，可以減小轉(zhuǎn)矩控制引起的風(fēng)電機組響應(yīng)滯后和對傳動鏈載荷的沖擊。
文檔編號H02P9/04GK102444541SQ201110382540
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者孫東華, 楊波, 王湘明, 董磊書, 郭成廣 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)自控技術(shù)研究所