风力发电机组的控制方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种风力发电机组的控制方法和系统，并网时在环境风速未达并网风速前，仅使同步发电机并网发电且使其输出功率大于其额定功率并自动切入“超发”状态，直至异步发电机的转速升至并网转速，再使异步发电机并网发电，并控制同步发电机的输出功率降至其额定功率；脱网时在风速低于并网风速后，保持异步发电机继续变转差率以形成并网脱网滞环区间。本发明能充分解决低风速和高风速等各风速条件下的风能利用问题，提高风能利用效率，可避免其频繁并网脱网而降低机组寿命。
【专利说明】
风力发电机组的控制方法和系统
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电技术控制领域，特别涉及一种风力发电机组的控制方法和系统。
【背景技术】
[0002]由于永磁电机的风轮通过联轴器直接与电机输入轴相连接，其发电机转速随风速而改变，需采用多级低速永磁电机，所以机组设计容量的增大，给电机设计和加工制造带来了不少困难，投资成本高;而异步电机的风轮通过增速机与电机输入轴相连接，允许其在同步转速上下30 %范围内运行，但是当低负荷运行时，风能利用系数低，机组效率低。
[0003]所以，目前大型风力发电机组的结构型式多采用永磁同步发电机和异步发电机组合的形式，以结合二者的优点、避开二者的短处，提高风力利用效率，并减少投资成本。但是，在永磁电机机组已并网发电，甚至已达到额定功率时，异步发电机的转速还未达到并网转速，此阶段可能导致人为弃风，降低风能利用效率或导致异步电机频繁并网脱网，如何解决该阶段的风力利用问题，是目前亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出一种风力发电机组的控制方法和系统，能够充分解决同步发电机发电后感应电机并网前的风能利用问题，能够有效提高风能利用效率，避免人为的“弃风”。
[0005]—方面，本发明提供一种风力发电机组的控制方法，所述风力发电机组包括同步发电机和异步发电机，包括下述并网控制的步骤:
[0006]I)在环境风速小于机组切入风速VO时风力发电机组处于待机状态，当环境风速达到机组切入风速VO开始将同步发电机并网；当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过同步发电机实现最大功率输出；
[0007]2)当环境风速达到并网风速V2后，控制异步发电机并网，将同步发电机的输出功率降至额定功率，使得同步发电机和异步发电机并网发电。
[0008]进一步地，所述步骤I)的详细步骤包括:
[0009]1.1)当环境风速在待机风速下时风力发电机组处于待机状态，当环境风速上升至机组切入风速VO时，将同步发电机并网；
[0010]1.2)当环境风速上升至机组切入风速V0、预设的第一额定风速Vl之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，且当风速增加至预设的第一额定风速Vl时，同步发电机的输出功率达到额定功率；
[0011 ] 1.3)当环境风速上升至预设的第一额定风速Vl、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速工作在最佳叶尖速比状态下，同步发电机输出功率大于其额定功率处于超发状态，当环境风速等于并网风速V2时跳转执行步骤2)。
[0012]进一步地，所述步骤2)的详细步骤包括:
[0013]2.1)当环境风速上升至并网风速V2后，异步发电机接近同步转速，对异步发电机进行软起、并网，将同步发电机的输出功率降低为其额定功率，异步发电机变转差率加载发电自动适应风力发电机组吸收功率的变化；
[0014]2.2)当环境风速上升至并网风速V2、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机的输出功率为其额定功率，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化；当风速增加至预设的第二额定风速V4时，异步发电机的输出功率达到额定功率；
[0015]2.3)当环境风速上升至预设的第二额定风速V4、机组切出风速V5之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电；
[0016]2.4)在环境风速大于机组切出风速V5时，则将风力发电机组停机。
[0017]进一步地，包括下述脱网控制的步骤:
[0018]SI)在环境风速大于机组切出风速V5时将风力发电机组停机；
[0019]S2)当环境风速下降至机组切出风速V5、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电；
[0020]S3)当环境风速下降至预设的第二额定风速V4、预设的第一额定风速Vl之间时，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化;当环境风速等于预设的第一额定风速Vl时，异步发电机接近同步转速，将异步发电机脱网；
[0021 ] S4)当环境风速下降至预设的第一额定风速Vl、机组切入风速VO之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，当环境风速下降至到机组切入风速VO时，将同步发电机脱网，风力发电机组处于待机状态。
[0022]进一步地，还包括监测所述风力发电机组所处环境的环境风速，根据环境风速的变化情况来判定当前执行并网控制或脱网控制的步骤，如果环境风速增加，则执行并网控制，如果环境风速减少，则执行脱网控制。
[0023]另一方面，在风速低于异步发电机并网风速后，为了保持异步发电机继续变转差率以形成并网脱网滞环区间，避免其频繁并网脱网而降低机组寿命，本发明还提供一种风力发电机组的控制系统，所述风力发电机组包括同步发电机和异步发电机，包括用于执行并网控制的并网控制单元，所述并网控制单元包括:
[0024]低风速并网控制模块，用于在环境风速小于机组切入风速VO时风力发电机组处于待机状态，当环境风速达到预设的机组切入风速VO开始将同步发电机并网；当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过同步发电机实现最大功率输出；
[0025]高风速并网控制模块，用于当环境风速达到并网风速V2后，控制异步发电机并网，将同步发电机的输出功率降至额定功率，使得同步发电机和异步发电机并网发电。
[0026]进一步地，所述低风速并网控制模块包括:
[0027]低风速并网切入子模块，用于当环境风速在待机风速下时风力发电机组处于待机状态，当环境风速上升至机组切入风速VO时，将同步发电机并网；
[0028]低风速并网风轮转速调节子模块，用于当环境风速上升至机组切入风速V0、预设的第一额定风速Vl之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，且当风速增加至预设的第一额定风速Vl时，同步发电机的输出功率达到额定功率；
[0029]低风速并网超发控制子模块，用于当环境风速上升至预设的第一额定风速V1、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速工作在最佳叶尖速比状态下，同步发电机输出功率大于其额定功率处于超发状态，当环境风速等于并网风速V2时跳转执行步骤2)。
[0030]进一步地，所述高风速并网控制模块包括:
[0031]高风速并网切入子模块，用于当环境风速上升至并网风速V2后，异步发电机接近同步转速，对异步发电机进行软起、并网，将同步发电机的输出功率降低为其额定功率，异步发电机变转差率加载发电自动适应风力发电机组吸收功率的变化；
[0032]高风速并网混合发电子模块，用于当环境风速上升至并网风速V2、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机的输出功率为其额定功率，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化；当风速增加至预设的第二额定风速V4时，异步发电机的输出功率达到额定功率；
[0033]高风速并网额定功率发电子模块，用于当环境风速上升至预设的第二额定风速V4、机组切出风速V5之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电；
[0034]高风速并网保护子模块，用于在环境风速大于机组切出风速V5时，则将风力发电机组停机。
[0035]进一步地，本发明还包括用于执行脱网控制的脱网控制单元，所述脱网控制单元包括:
[0036]高风速脱网保护子模块，用于在环境风速大于机组切出风速V5时将风力发电机组停机；
[0037]高风速脱网额定功率发电子模块，用于当环境风速下降至机组切出风速V5、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电；
[0038]高风速脱网混合发电子模块，用于当环境风速下降至预设的第二额定风速V4、预设的第一额定风速Vl之间时，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化;当环境风速等于预设的第一额定风速Vl时，异步发电机接近同步转速，将异步发电机脱网；
[0039]高风速脱网切出子模块，用于当环境风速下降至预设的第一额定风速V1、机组切入风速VO之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，当环境风速下降至到机组切入风速VO时，将同步发电机脱网，风力发电机组处于待机状态。
[0040]进一步地，本发明还包括控制状态检测单元，所述控制状态检测单元包括:
[0041]实时风速检测模块，用于监测所述风力发电机组所处环境的环境风速；
[0042]控制模式判断模块，用于根据环境风速的变化情况来判定当前执行并网控制或脱网控制的步骤，如果环境风速增加，则执行并网控制，如果环境风速减少，则执行脱网控制。
[0043]本发明风力发电机组的控制方法具有下述优点:本发明在环境风速小于机组切入风速VO时风力发电机组处于待机状态，当环境风速达到机组切入风速VO开始将同步发电机并网；当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过同步发电机实现最大功率输出，当环境风速达到并网风速V2后，控制异步发电机并网，将同步发电机的输出功率降至额定功率，使得同步发电机和异步发电机并网发电，因此能在风力发电机组所处的当前风速未使异步发电机的转速升至并网转速前，仅使同步发电机并网发电，使其输出功率大于其额定功率后自动切入“超发”状态，直至异步发电机的转速升至并网转速，再使异步发电机并网发电，并控制同步发电机的输出功率降至其额定功率，充分解决了异步发电机并网前、环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时的风能利用问题，能够有效提高风力发电机组的风能利用效率。
[0044]本发明风力发电机组的控制系统为本发明风力发电机组的控制方法完全对应的系统，因此同样也具有本发明风力发电机组的控制方法的前述优点，在此不再赘述。
【附图说明】
[0045]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0046]图1为本发明实施例的风力发电机组的结构示例图。
[0047]图2为本发明实施例方法中并网控制的流程图。
[0048]图3为本发明实施例方法中并网过程中的监测曲线。
[0049]图4为本发明实施例方法中脱网控制的流程图。
[0050]图5为本发明实施例方法中并网过程中的监测曲线。
[0051]图6为本发明实施例方法中的并网脱网滞环区间示意图。
【具体实施方式】
[0052]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0053]本发明的发明宗旨在于:针对包含永磁同步发电机和异步发电机两种机组类型的风力发电机组，在风力发电机组所处的当前风速未使异步发电机升至并网转速前，仅使永磁同步发电机并网发电，甚至使其输出功率大于其额定功率后自动切入“超发”状态，直至异步发电机升至并网转速，再使异步发电机并网发电，并控制永磁同步发电机的输出功率降至其额定功率，以解决异步发电机并网前、环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时的风能利用问题，提高风力发电机组的风能利用效率。
[0054]具体的，本发明的优选实施例是以图1所示的风力发电机机组为例进行说明的。参见图1可知，该风力发电机机组的同步发电机具体为两台永磁同步发电机PMSG(以下简称永磁电机G1/G2)，且其额定电流、额定功率、额定电压、输入转速均相同;此外也可以采用电励磁同步电机；该风力发电机机组的异步发电机则具体为两台型号相同的鼠笼式感应电机SCIG(以下简称感应电机G3/G4)，其额定电流、额定功率、额定电压均相同。值得注意的，该永磁同步发电机和异步发电机的数量、种类、型号在此不作唯一限定，可由设计人员根据机组型号任意配置。
[0055]参见图1，风轮I的输出轴与增速箱2的低速轴连接，增速箱2的高速轴#1、高速轴#2分别与永磁电机G1/G2相连，增速箱2的高速轴#3、高速轴#4分别与感应电机G3/G4相连，组成独立的4套发电系统，机组的总功率P等于4套发电系统之和。永磁电机Gl和电网之间设有全功率变流器3#1，永磁电机G2和电网之间设有全功率变流器3#2。全功率变流器3#1和全功率变流器3#2结构相同，均由串联的并网接触器31、变流单元32、第一并网断路器33组成。感应电机G3和电网之间串接有旁路断路器4#1和第二并网断路器5#1，感应电机G4和电网之间串接有旁路断路器4#2和第二并网断路器5#2，旁路断路器4#1上并联有软起装置6#1，旁路断路器4#2上并联有软起装置6#2。旁路断路器4#1和第二并网断路器5#1、旁路断路器4#2和第二并网断路器5#2根据感应电机G3和感应电机G4配置，全功率变流器3#1和全功率变流器3#2则根据永磁电机61和永磁电机62配置。本实施例中，假设以下条件成立:丨1 =丨2，丨3 =14，？(61)=?(62)，？(63)=卩(64)，感应电机63和感应电机64的同步转速为1500印111。
[0056]下面将结合附图，对本发明的优选实施例作进一步详细说明。
[0057]如图2所示，本实施例风力发电机组的控制方法包括下述并网控制的步骤:
[0058]I)在环境风速小于机组切入风速VO时风力发电机组处于待机状态，当环境风速达到机组切入风速VO开始将永磁电机并网；当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过永磁电机实现最大功率输出；
[0059]2)当环境风速达到并网风速V2后，控制感应电机并网，将永磁电机的输出功率降至额定功率，使得永磁电机和感应电机并网发电。
[0060]本实施例中，当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过永磁电机实现最大功率输出，因此能够能在风力发电机组所处的当前风速未使感应电机的转速升至并网转速前，仅使永磁电机并网发电，使其输出功率大于其额定功率后自动切入“超发”状态，直至感应电机的转速升至并网转速，再使感应电机并网发电，并控制永磁电机的输出功率降至其额定功率，充分解决了感应电机并网前、环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时的风能利用问题，提高风能利用效率。
[0061 ]本实施例中，步骤I)的详细步骤包括:
[0062]1.1)当环境风速在待机风速下时风力发电机组处于待机状态，当环境风速上升至机组切入风速VO时，将永磁电机并网；
[0063]1.2)当环境风速上升至机组切入风速V0、预设的第一额定风速Vl之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，且当风速增加至预设的第一额定风速Vl时，永磁电机的输出功率达到额定功率；
[0064]1.3)当环境风速上升至预设的第一额定风速V1、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速工作在最佳叶尖速比状态下，永磁电机输出功率大于其额定功率处于超发状态，当环境风速等于并网风速V2时跳转执行步骤2)。
[0065]本实施例要解决的技术问题是需要解决永磁电机达到满功率，但未达到感应电机并网转速前，风速(VI，V2)时的风能利用问题，本实施例通过前述步骤1.3)当环境风速上升至预设的第一额定风速V1、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速工作在最佳叶尖速比状态下，永磁电机输出功率大于其额定功率处于超发状态，采用永磁电机“超发”模式解决感应电机并网前风速(VI，V2)时风能利用问题，避免人为的“弃风”。
[0066]本实施例中，所述步骤2)的详细步骤包括:
[0067]2.1)当环境风速上升至并网风速V2后，感应电机同步转速，对感应电机进行软起、并网，将永磁电机的输出功率降低为其额定功率，感应电机变转差率加载发电自动适应风力发电机组吸收功率的变化；
[0068]2.2)当环境风速上升至并网风速V2、预设的第二额定风速V4之间时，保持永磁电机的输出功率为其额定功率，控制感应电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化;当风速增加至预设的第二额定风速V4时，感应电机的输出功率达到额定功率；
[0069]2.3)当环境风速上升至预设的第二额定风速V4、机组切出风速V5之间时，保持永磁电机、感应电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电；
[0070]2.4)在环境风速大于机组切出风速V5时，则将风力发电机组停机。
[0071]参见图3，横轴表示当前风速V(m/s)，左边纵轴表示输出功率P(MW)，右边纵轴表示电机转速n/rpm，曲线a表示永磁电机的转速，曲线b表示感应电机的转速，曲线c表示永磁电机的输出功率，曲线d表示感应电机的输出功率。根据环境风速，可以将风力发电机组并网过程中的输出功率进行分段:
[0072]Al)在机组切入风速VO以下时，输出功率P为O。环境风速达到机组切入风速VO时，永磁电机GI /G2同时并网。
[0073]A2)环境风速在(V0，V1]区间时，通过全功率变流器3#1和3#2调节风轮I的转速，使其工作在最佳叶尖速比(参见图2中的曲线①)，使得风能转换为电能效率最优。当环境风速为预设的第一额定风速Vl时，永磁电机G1/G2已经达到额定功率。
[0074]A3)环境风速在(VI，V2)区间时，通过全功率变流器3#1和3#2调节风轮I的转速，使其工作在最佳叶尖速比(参见图2中的曲线②)，使得风能转换为电能效率最优，此时永磁电机G1/G2输出功率大于额定功率，工作在超发状态，达到此种工况下机组最大功率输出，避免人为的“弃风”。
[0075]A4)环境风速达到并网风速V2时，感应电机G3/G4接近同步转速，第二并网断路器5#1/5#2闭合、软起装置6#1/6#2投入，软起过程完成后，闭合旁路断路器4#1/4#2断开软起装置6#1/6#2，完成感应电机G3/G4并网，通过全功率变流器3#1和3#2将永磁电机G1/G2功率降至额定功率(参见图2中的曲线③)，感应电机G3/G4变转差率加载发电(参见图2中的曲线
(11))，自动适应机组吸收功率的变化。
[0076]A5)环境风速在风速(V2，V4]时，永磁电机G1/G2以额定功率发电(参见图2中的曲线④)，感应电机G3/G4变转差率发电(参见图2中的曲线(12))，自动适应机组吸收功率的变化。
[0077]A6)环境风速在风速(V4，V5]时，永磁电机G1/G2、感应电机G3/G4都以额定功率发电(参见图2中的曲线⑤、(15))，通过变桨系统调节叶片桨距角保证机组以额定功率发电。
[0078]A7)环境风速大于机组切出风速V5时，机组停机保护。
[0079]如图4所示，本实施例还包括下述脱网控制的步骤:
[0080]SI)在环境风速大于机组切出风速V5时将风力发电机组停机；
[0081 ] S2)当环境风速下降至机组切出风速V5、预设的第二额定风速V4之间时，保持永磁电机、感应电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电；
[0082]S3)当环境风速下降至预设的第二额定风速V4、预设的第一额定风速Vl之间时，控制感应电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化;当环境风速等于预设的第一额定风速Vl时，感应电机接近同步转速，将感应电机脱网；
[0083]S4)当环境风速下降至预设的第一额定风速Vl、机组切入风速VO之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，当环境风速下降至到机组切入风速VO时，将永磁电机脱网，风力发电机组处于待机状态。
[0084]参见图5，横轴表示当前风速V(m/s)，左边纵轴表示输出功率P(MW)，右边纵轴表示电机转速n/rpm，曲线a表示永磁电机的转速，曲线b表示感应电机的转速，曲线c表示永磁电机的输出功率，曲线d表示感应电机的输出功率。根据环境风速，可以将风力发电机组脱网过程中的输出功率进行分段:
[0085]BI)环境风速在风速[V5，V4)时，永磁电机G1/G2、感应电机G3/G4都以额定功率发电(参见图3中的曲线⑤、(15))，通过变桨系统调节叶片桨距角保证机组以额定功率发电。
[0086]B2)环境风速在风速[V4，V1)时，永磁电机G1/G2以额定功率发电(参见图3中的曲线④、⑥)，感应电机G3/G4变转差率发电((参见图3中的曲线(12)、(16))，自动适应机组吸收功率的变化。
[0087]B3)环境风速在达到预设的第一额定风速Vl时，感应电机G3/G4接近同步转速，断开旁路断路器4# I /4#2，感应电机G3/G4脱网。
[0088]B4)环境风速在(￥1，￥0]时，通过全功率变流器3#1和3#2调节风轮转速，使其工作在最佳叶尖速比(参见图3中的曲线①)，风能转换为电能效率最优。
[0089]B5)环境风速在小于机组切入风速VO时，未达到机组并网风速，永磁电机G1/G2脱网待机。
[0090]将图3的并网过程和图5的脱网过程的输出功率曲线合成，则可以得到图6所示的并网、脱网过程输出功率曲线。参见图6可知，通过环境风速在风速[V4，V1)的脱网控制永磁电机G1/G2以额定功率发电(参见图3中的曲线④、⑥)，感应电机G3/G4变转差率发电((参见图3中的曲线(12)、(16))，自动适应机组吸收功率的变化，使得风速Vl?V2为感应电机G3\G4并网脱网滞环区间，避免了风速频繁在Vl?V2变化时感应电机G3/G4并网脱网，可避免其频繁并网脱网而降低机组寿命及影响风能的利用效率
[0091 ]需要说明的是，环境风速实际上并非总是持续的增加或减少，因此实际上对风力发电机组的控制可能会是部分并网控制步骤和部分脱网控制步骤混杂的情况，因此本实施例还包括监测所述风力发电机组所处环境的环境风速，根据环境风速的变化情况来判定当前执行并网控制或脱网控制的步骤，如果环境风速增加，则执行并网控制，如果环境风速减少，则执行脱网控制。
[0092]上述风力发电机组的控制系统与上述控制方法对应，其技术效果和【具体实施方式】在此不再赘述。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种风力发电机组的控制方法，所述风力发电机组包括同步发电机和异步发电机，其特征在于，包括下述并网控制的步骤: 1)在环境风速小于机组切入风速VO时风力发电机组处于待机状态，当环境风速达到机组切入风速VO开始将同步发电机并网；当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过同步发电机实现最大功率输出； 2)当环境风速达到并网风速V2后，控制异步发电机并网，将同步发电机的输出功率降至额定功率，使得同步发电机和异步发电机并网发电。2.根据权利要求1所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤I)的详细步骤包括: 1.1)当环境风速在待机风速下时风力发电机组处于待机状态，当环境风速上升至预设的机组切入风速VO时，将同步发电机并网； 1.2)当环境风速上升至机组切入风速V0、预设的第一额定风速Vl之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，且当风速增加至预设的第一额定风速Vl时，同步发电机的输出功率达到额定功率； 1.3)当环境风速上升至预设的第一额定风速V1、预设的并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速工作在最佳叶尖速比状态下，同步发电机输出功率大于其额定功率处于超发状态，当环境风速等于并网风速V2时跳转执行步骤2)。3.根据权利要求1所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，所述步骤2)的详细步骤包括: 2.1)当环境风速上升至并网风速V2后，异步发电机接近同步转速，对异步发电机进行软起、并网，将同步发电机的输出功率降低为其额定功率，异步发电机变转差率加载发电自动适应风力发电机组吸收功率的变化； 2.2)当环境风速上升至并网风速V2、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机的输出功率为其额定功率，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化;当风速增加至预设的第二额定风速V4时，异步发电机的输出功率达到额定功率； 2.3)当环境风速上升至预设的第二额定风速V4、机组切出风速V5之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电； 2.4)在环境风速大于机组切出风速V5时，则将风力发电机组停机。4.根据权利要求1所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，包括下述脱网控制的步骤: 51)在环境风速大于机组切出风速V5时将风力发电机组停机； 52)当环境风速下降至机组切出风速V5、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电； 53)当环境风速下降至预设的第二额定风速V4、预设的第一额定风速Vl之间时，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化；当环境风速等于预设的第一额定风速Vl时，异步发电机接近同步转速，将异步发电机脱网； S4)当环境风速下降至预设的第一额定风速Vl、机组切入风速VO之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，当环境风速下降至到机组切入风速VO时，将同步发电机脱网，风力发电机组处于待机状态。5.根据权利要求1?4所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，还包括监测所述风力发电机组所处环境的环境风速，根据环境风速的变化情况来判定当前执行并网控制或脱网控制的步骤，如果环境风速增加，则执行并网控制，如果环境风速减少，则执行脱网控制。6.—种风力发电机组的控制系统，所述风力发电机组包括同步发电机和异步发电机，其特征在于，包括用于执行并网控制的并网控制单元，所述并网控制单元包括: 低风速并网控制模块，用于在环境风速小于机组切入风速VO时风力发电机组处于待机状态，当环境风速达到预设的机组切入风速VO开始将同步发电机并网；当环境风速在机组切入风速V0、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下通过同步发电机实现最大功率输出； 高风速并网控制模块，用于当环境风速达到并网风速V2后，控制异步发电机并网，将同步发电机的输出功率降至额定功率，使得同步发电机和异步发电机并网发电。7.根据权利要求6所述的风力发电机组的控制系统，其特征在于，所述低风速并网控制丰吴块包括: 低风速并网切入子模块，用于当环境风速在待机风速下时风力发电机组处于待机状态，当环境风速上升至预设的机组切入风速VO时，将同步发电机并网； 低风速并网风轮转速调节子模块，用于当环境风速上升至机组切入风速V0、预设的第一额定风速Vl之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，且当风速增加至预设的第一额定风速Vl时，同步发电机的输出功率达到额定功率； 低风速并网超发控制子模块，用于当环境风速上升至预设的第一额定风速V1、并网风速V2之间时，调节风力发电机组的风轮转速工作在最佳叶尖速比状态下，同步发电机输出功率大于其额定功率处于超发状态，当环境风速等于并网风速V2时跳转执行步骤2)。8.根据权利要求6所述的风力发电机组的控制系统，其特征在于，所述高风速并网控制丰吴块包括: 高风速并网切入子模块，用于当环境风速上升至并网风速V2后，异步发电机接近同步转速，对异步发电机进行软起、并网，将同步发电机的输出功率降低为其额定功率，异步发电机变转差率加载发电自动适应风力发电机组吸收功率的变化； 高风速并网混合发电子模块，用于当环境风速上升至并网风速V2、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机的输出功率为其额定功率，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化；当风速增加至预设的第二额定风速V4时，异步发电机的输出功率达到额定功率； 高风速并网额定功率发电子模块，用于当环境风速上升至预设的第二额定风速V4、机组切出风速V5之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电； 高风速并网保护子模块，用于在环境风速大于机组切出风速V5时，则将风力发电机组停机。9.根据权利要求6所述的风力发电机组的控制方法，其特征在于，还包括用于执行脱网控制的脱网控制单元，所述脱网控制单元包括: 高风速脱网保护子模块，用于在环境风速大于机组切出风速V5时将风力发电机组停机； 高风速脱网额定功率发电子模块，用于当环境风速下降至机组切出风速V5、预设的第二额定风速V4之间时，保持同步发电机、异步发电机的输出功率均为其额定功率，通过变桨系统调节叶片的桨距角以保证风力发电机组以额定功率发电； 高风速脱网混合发电子模块，用于当环境风速下降至预设的第二额定风速V4、预设的第一额定风速Vl之间时，控制异步发电机变转差率发电以自动适应风力发电机组吸收功率的变化；当环境风速等于预设的第一额定风速Vl时，异步发电机接近同步转速，将异步发电机脱网； 高风速脱网切出子模块，用于当环境风速下降至预设的第一额定风速V1、机组切入风速VO之间时，调节风力发电机组的风轮转速使其工作在最佳叶尖速比状态下，当环境风速下降至到机组切入风速VO时，将同步发电机脱网，风力发电机组处于待机状态。10.根据权利要求6?9所述的风力发电机组的控制系统，其特征在于，还包括控制状态检测单元，所述控制状态检测单元包括: 实时风速检测模块，用于监测所述风力发电机组所处环境的环境风速； 控制模式判断模块，用于根据环境风速的变化情况来判定当前执行并网控制或脱网控制的步骤，如果环境风速增加，则执行并网控制，如果环境风速减少，则执行脱网控制。
【文档编号】F03D7/02GK106089579SQ201610431246
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】张超, 左光群, 刘晨程
【申请人】三重型能源装备有限公司, 三一重型能源装备有限公司