应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，是以风机转速为基准，由开始启动转速，进入切入转速到切出转速直至刹车保护停机为止的控制方式，以功率对转速为基础，设计一条全功率控制曲线，风力用转换器则根据该全功率曲线进行风机转速控制。本发明的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，利用风力发电机所输出的电压、电流及电压频率等信息，透过风力用转换器的判读，得到发电机输出功率以及发电机转速信息，并根据风力用转换器的全功率控制曲线对风力发电机进行控制，此种方法可有效且快速的控制风机，并由调整曲线中的操作点(切入点、切出点、保护点及停机点等)，以适用于不同发电机特性及不同转换器特性。
【专利说明】应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力用转换器控制领域，具体是一种应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法。
【背景技术】
[0002]一般应用于再生能源的电力转换器在运作时，该电力转换器都会依循功率控制曲线进行输出功率控制，以太阳能用电力转换器为例:太阳能板会根据日照强度不同，输出不同等级的直流电压，太阳能用电力转换器会根据不同等级的直流电压，输出相符该电压等级的功率；相同的，在风机用电力转换器，风力机会根据不同风况反映不同等级的交流电压及电压频率，风力用转换器亦会根据不同等级的交流电压，输出相符该电压等级的功率；以上所提出太阳能用及风力用转换器的功率控制曲线，大多是应用最大功率追随(MPPT)控制法，可在多篇专利上检索到，但基于风资源的高度不确定性，最大功率追随控制法并不适用于风力发电系统上。
[0003]由先前技术可知，风力用转换器通常会搭配最大功率追随控制，但由于风资源高度的不稳定性，风速每秒都在改变，若使用最大功率追随则需要规范大量的风速数据，在转换器内的硬件及软件指令周期通常会跟不上风资源改变的速度，因此最大功率追随并不适用于风力发电系统中。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其利用全功率控制方法达成风机转速及风力发电系统输出功率的控制。具体技术方案如下:
一种应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，是以风机转速为基准，由开始启动转速，进入切入转速到切出转速直至刹车保护停机为止的控制方式，以功率对转速为基础，设计一条全功率控制曲线，风力用转换器则根据该全功率曲线进行风机转速控制。
[0005]进一步的，风机在不同转速会反映出不同的电压等级及电压频率，其电压等级与电压频率都正比于风机的转速，因此由侦测电压频率得知风机转速，并由电压等级判断输出功率大小。
[0006]进一步的，由风机转速控制风力转换器输出功率大小,所述的全功率控制方法包括以下步骤:侦测风机的目前电压水平及电压频率；判断转速是否小于切入转速，若该转速小于切入转速，判断功率是否小于启动功率，若功率也小于启动功率，则进入启机范围，转换器输出较低功率到电网，反之，若功率大于启动功率，则全功率控制曲线不符发电机特性，重新设定曲线及操作点；若转速大于切入转速，则判断转速是否小于切出转速，若该转速小于切出转速，判断功率是否小于可操作功率，若功率也小于可操作功率，则进入可操作范围，转换器输出较高功率到电网，反的，若功率大于可操作功率，则全功率控制曲线不符发电机特性，重新设定曲线及操作点；判断转速是否等于切出转速，若该转速等于切出转速，判断功率是否小于保护功率，若功率也小于保护功率，则进入保护范围，转换器输出高功率到电网，反之，若功率大于保护功率，则进入停机范围，转换器停机，风机停机一段时间后，由转换器再次自动启动风机；若转速大于切出转速则转换器停机，并于风机停机一段时间后，由转换器再次自动启动风机。
[0007]进一步的，所述启机范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0008]进一步的，所述可操作范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0009]进一步的，所述保护范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0010]进一步的，所述停机范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0011]进一步的，本方法通用于垂直轴风力发电系统及水平轴风力发电系统。
[0012]进一步的，具体操作方法为:风力发电机由静止开始受风转动，风机为启机状态并输出较低电压水平的交流电压，其电压频率也较低，对应到风机用转换器内全功率控制曲线，此时为启机范围，风机用转换器则输出较低的功率到电网上；风机持续受风并开始加速，风机输出较高水平的交流电压及较高的电压频率，对应到全功率控制曲线为进入可操作范围，风机用转换器则输出较高的功率到电网上；风机持续受强风吹袭并高速运转，风力用转换器则判定风机进入保护范围，此时风力用转换器会由控制风机输出电压将风机转速控制在一额定值，限制风机转速持续上升；当强风还是持续吹袭且风力用转换器无法控制住风机输出电压时，风力用转换器则判定风机进入停机范围，此时风力发电系统则应进行相对应的停机作业。
[0013]本发明的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，利用风力发电机所输出的电压、电流及电压频率等信息，透过风力用转换器的判读，得到发电机输出功率以及发电机转速信息，并根据风力用转换器的全功率控制曲线对风力发电机进行控制，此种方法可有效且快速的控制风机，并可藉由调整曲线中的操作点(切入点、切出点、保护点及停机点等)，以适用于不同发电机特性及不同转换器特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的全功率控制曲线图；
图2是本发明的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]如图1所示，本发明的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，该全功率控制指以风机转速为基准，由开始启动转速，进入切入转速到切出转速直至刹车保护停机为止的控制方式，风力发电机在不同转速会反映出不同的电压等级及电压频率，其电压等级与电压频率都正比于风机的转速，因此风力用转换器可由侦测电压频率得知风机转速，并由电压等级判断输出功率大小；本发明以功率对转速为基础，规划出一条全功率控制曲线，风力用转换器则根据该全功率曲线进行风机转速控制。
[0017]如图1和2所示，本发明的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，由风机转速信息控制转换器输出功率大小，所述的全功率控制方法包括以下步骤:侦测风机的目前电压水平及电压频率；判断转速是否小于切入转速，若该转速小于切入转速，判断功率是否小于启动功率，若功率也小于启动功率，则进入启机范围，转换器输出较低功率到电网，反之，若功率大于启动功率，则全功率控制曲线不符发电机特性，重新设定曲线及操作点；若转速大于切入转速，则判断转速是否小于切出转速，若该转速小于切出转速，判断功率是否小于可操作功率，若功率也小于可操作功率，则进入可操作范围，转换器输出较高功率到电网，反的，若功率大于可操作功率，则全功率控制曲线不符发电机特性，重新设定曲线及操作点；判断转速是否等于切出转速，若该转速等于切出转速，判断功率是否小于保护功率，若功率也小于保护功率，则进入保护范围，转换器输出高功率到电网，反之，若功率大于保护功率，则进入停机范围，转换器停机，风机停机一段时间后，由转换器再次自动启动风机；若转速大于切出转速则转换器停机，并于风机停机一段时间后，由转换器再次自动启动风机。
[0018]其中，侦测发电机输出的电压水平及电压频率，可经由风机用转换器转换得到输出功率以及风机转速信息。
[0019]其中，启机范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0020]其中，可操作范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0021]其中，保护范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0022]其中，停机范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
[0023]本发明可通用于垂直轴风力发电系统及水平轴风力发电系统，其风力发电系统系透过将风能转换成动能储存在叶片上，叶片再带动发电机将动能转换成机械能，透过发电机切割磁场将动能转换成电能，并由交流-交流转换器将电能传送至当地电网。
[0024]本发明所提出的全功率控制，由订定全功率控制曲线中各操作点范围，其操作点包含风机切入点、风机切出点、风机保护点以及风机停机点等，根据操作点更可再区分出启机范围、可操作范围、保护范围以及停机范围，风机用转换器根据订定范围再输出适当的功率到电网上。
[0025]举例说，风力发电机由静止开始受风转动，风机为启机状态并输出较低电压水平的交流电压，其电压频率也较低，对应到风机用转换器内全功率控制曲线，此时为启机范围，风机用转换器则输出较低的功率到电网上；风机持续受风并开始加速，风机输出较高水平的交流电压及较高的电压频率，对应到全功率控制曲线为进入可操作范围，风机用转换器则输出较高的功率到电网上；风机持续受强风吹袭并高速运转，风力用转换器则判定风机进入保护范围，此时风力用转换器会由控制风机输出电压将风机转速控制在一额定值，限制风机转速持续上升；当强风还是持续吹袭且风力用转换器无法控制住风机输出电压时，风力用转换器则判定风机进入停机范围，此时风力发电系统则应进行相对应的停机作业。
[0026]以上所述及图中所示的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:是以风机转速为基准，由开始启动转速，进入切入转速到切出转速直至刹车保护停机为止的控制方式，以功率对转速为基础，设计一条全功率控制曲线，风力用转换器则根据该全功率曲线进行风机转速控制。
2.如权利要求1所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:风机在不同转速会反映出不同的电压等级及电压频率，其电压等级与电压频率都正比于风机的转速，因此由侦测电压频率得知风机转速，并由电压等级判断输出功率大小。
3.如权利要求2所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:由风机转速控制风力转换器输出功率大小，所述的全功率控制方法包括以下步骤:侦测风机的目前电压水平及电压频率；判断转速是否小于切入转速，若该转速小于切入转速，判断功率是否小于启动功率，若功率也小于启动功率，则进入启机范围，转换器输出较低功率到电网，反之，若功率大于启动功率，则全功率控制曲线不符发电机特性，重新设定曲线及操作点；若转速大于切入转速，则判断转速是否小于切出转速，若该转速小于切出转速，判断功率是否小于可操作功率，若功率也小于可操作功率，则进入可操作范围，转换器输出较高功率到电网，反的，若功率大于可操作功率，则全功率控制曲线不符发电机特性，重新设定曲线及操作点；判断转速是否等于切出转速，若该转速等于切出转速，判断功率是否小于保护功率，若功率也小于保护功率，则进入保护范围，转换器输出高功率到电网，反之，若功率大于保护功率，则进入停机范围，转换器停机，风机停机一段时间后，由转换器再次自动启动风机；若转速大于切出转速则转换器停机，并于风机停机一段时间后，由转换器再次自动启动风机。
4.如权利要求3所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:所述启机范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
5.如权利要求3所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:所述可操作范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
6.如权利要求3所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:所述保护范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
7.如权利要求3所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:所述停机范围可根据不同发电机特性及风机用转换器特性而有所改变。
8.如权利要求1-7之一所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:本方法通用于垂直轴风力发电系统及水平轴风力发电系统。
9.如权利要求3-8之一所述的应用于风力用转换器的全功率控制及其操作方法，其特征在于:具体操作方法为:风力发电机由静止开始受风转动，风机为启机状态并输出较低电压水平的交流电压，其电压频率也较低，对应到风机用转换器内全功率控制曲线，此时为启机范围，风机用转换器则输出较低的功率到电网上；风机持续受风并开始加速，风机输出较高水平的交流电压及较高的电压频率，对应到全功率控制曲线为进入可操作范围，风机用转换器则输出较高的功率到电网上；风机持续受强风吹袭并高速运转，风力用转换器则判定风机进入保护范围，此时风力用转换器会由控制风机输出电压将风机转速控制在一额定值，限制风机转速持续上升；当强风还是持续吹袭且风力用转换器无法控制住风机输出电压时，风力用转换器则判定风机进入停机范围，此时风力发电系统则应进行相对应的停 机作业。
【文档编号】F03D7/00GK104373294SQ201410699979
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】申林, 秦太虎 申请人:东元总合科技（杭州）有限公司