一种直驱型永磁风力发电机组变速率变桨系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种直驱型永磁风力发电机组变速率变桨系统，包括激光测风雷达、第一双输入减法器、第二双输入减法器、微分器、主控制器、变桨执行机构、风轮及直驱永磁发电机，主控制器包括桨距角控制模块和变速率控制模块，激光测风雷达与第一双输入减法器相连，第一双输入减法器、桨距角控制模块、变桨执行机构依次相连，变桨执行机构通过风轮与直驱永磁发电机相连，直驱永磁发电机与第二双输入减法器相连，第二双输入减法器分别与桨距角控制模块、微分器、变速率控制模块相连，微分器与变速率控制模块相连，变速率控制模块与变桨执行机构相连。本实用新型在不同风况下，变桨执行机构都能够快速做出响应，延长了变桨执行机构的使用寿命。
【专利说明】-种直驱型永磁风力发电机组变速率变奖系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及风力发电机组控制领域，特别设及一种直驱型永磁风力发电机组 变速率变奖系统。
【背景技术】
[0002] 随着全国多个城市雾霸的日益严重，环境污染也越来越受到人们的关注，我国现 在发电仍然W火力发电为主，火力发电大量使用煤炭不仅给环境带来严重负担，而且煤炭 是不可再生能源，不利于可持续发展的需求。
[0003] 风能作为一种清洁能源越来越受到人们的重视，随着技术的创新，风力发电的成 本也在不断降低，风力发电控制系统作为风力发电机组的核屯、，如何提高风能利用率，保证 风力发电机组安全可靠运行，延长风电机组使用寿命是研究人员关注的重点。
[0004] 目前，为了保证外界风速在额定风速W上时风电机组恒功率运行，风电机组的控 制系统采用变奖距控制，由于实际风况的复杂性，容易造成发电机输出功率的波动，因此要 求变奖距控制系统具有快速响应能力，风机主控制器一旦发出改变奖距角命令，变奖控制 器必须控制=台伺服驱动器，使变奖电机W最快速度到达指定位置。现阶段，有研究人员 对变速率变奖控制进行了初步研究，在文献"基于功率变化和模糊控制的风力发电机组变 速变奖距控制"中采用功率实时反馈，将功率偏差和功率偏差的变化率作为模糊控制算法 的输入，输出为变奖速度指令，但是当出现功率偏差较大而功率偏差率较低时，输出变奖速 度过低，变奖控制系统无法做出快速响应。文献"兆瓦级风电机组电动变奖距控制系统的研 究与实现"对功率偏差信号的大小进行了限制，降低了风电机组输出功率的波动，功率发生 变化时变奖机构能够快速响应，但是在额定风速W下，风机输出功率小于额定功率时，采用 变速率变奖控制增加了算法的复杂性。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、安全可靠的直驱型永磁 风力发电机组变速率变奖系统。
[0006] 本实用新型解决上述问题的技术方案是；一种直驱型永磁风力发电机组变速率变 奖系统，包括激光测风雷达、第一双输入减法器、第二双输入减法器、微分器、主控制器、变 奖执行机构、风轮及直驱永磁发电机，所述主控制器包括奖距角控制模块和变速率控制模 块，激光测风雷达的输出端与第一双输入减法器的第一输入端相连，第一双输入减法器的 第二输入端输入额定风速，第一双输入减法器的输出端与奖距角控制模块的输入端相连， 奖距角控制模块的输出端与变奖执行机构的输入端相连，变奖执行机构通过风轮与直驱永 磁发电机相连，直驱永磁发电机的输出端与第二双输入减法器的第一输入端相连，第二双 输入减法器的第二输入端输入风电机组的额定功率，第二双输入减法器的输出端分别与奖 距角控制模块的输入端、微分器的输入端、变速率控制模块的输入端相连，微分器的输出端 与变速率控制模块的输入端相连，变速率控制模块的输出端与变奖执行机构的输入端相 连。
[0007] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用奖距角控制模块和变速率控制模块 协同工作，分别输出奖距角位置信号和变奖速率至变奖执行机构执行变奖，不同风况下，变 奖执行机构都能够快速做出响应，额定风速W下时，变奖执行机构保持最小奖距角不变， 使风机吸收实际风功率达到最大，保持最佳叶尖速比；额定风速W上时，根据功率偏差和功 率偏差变化率使变奖执行机构加速，匀速或减速运行，减少了由于功率偏差小幅波动而造 成的变奖电机频繁正反转现象的发生，同时也降低变奖执行机构的疲劳程度，延长了变奖 执行机构的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[000引图1为本实用新型变奖系统的结构框图。
[0009] 图2为图1中变奖执行机构的载荷模型图。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0011] 如图1所示，本实用新型包括激光测风雷达、第一双输入减法器、第二双输入减法 器、微分器、主控制器1、变奖执行机构、风轮及直驱永磁发电机，所述主控制器1包括奖距 角控制模块和变速率控制模块，激光测风雷达实时检测风速，其输出端与第一双输入减法 器的第一输入端相连，第一双输入减法器的第二输入端输入额定风速，第一双输入减法器 的输出端与奖距角控制模块的输入端相连，奖距角控制模块的输出端与变奖执行机构的输 入端相连，输出奖距角位置信号至变奖执行机构，变奖执行机构通过风轮与直驱永磁发电 机相连，直驱永磁发电机的输出端与第二双输入减法器的第一输入端相连，第二双输入减 法器的第二输入端输入风电机组的额定功率，第二双输入减法器的输出端分别与奖距角控 制模块的输入端、微分器的输入端、变速率控制模块的输入端相连，微分器的输出端与变速 率控制模块的输入端相连，变速率控制模块的输出端与变奖执行机构的输入端相连，输出 变奖速率信号至变奖执行机构。
[0012] 在此需要区分变速变奖距控制的概念，本实用新型的变速率变奖不同于发电机转 速调节，而是指变奖电机速率的调节。
[0013] 图2为本实用新型变奖系统中变奖执行机构载荷模型，风机的载荷主要有轮穀中 屯、的倾覆力矩Mt。。和偏航力矩Mya，，而倾覆力矩和偏航力矩是由奖叶根部挥舞弯矩Mxl和Myl 造成的。采用变速率变奖控制可W减小叶片根部载荷的波动，实现减小风电机组变奖执行 机构疲劳载荷的目的。
[0014] 上述直驱型永磁风力发电机组变速率变奖系统进行变奖的方法，包括W下步骤：
[0015] 1)激光测风雷达检测实际风速V,。
[0016] 2)将激光测风雷达检测到的实际风速V，与额定风速Vji行差值运算得到风速偏 差值A V，A V = V，-V，w，风速偏差值A V输入至奖距角控制模块中；检测计算出风电机组输 出功率P。，将输出功率P。与额定功率P，进行差值运算得到功率偏差值A P，A P = P。- P，， 功率偏差值AP输入至奖距角控制模块中；
[0017] 其中A=T。"。，其中W。为电角频率，《 c=np〇vnp为发电机极对数，《 g为发 电机转速打6=1.511。1。^，1。为发电机9轴的电流，\为永磁体的磁链；？，=1',"^韦即为 风电机组的额定功率皆，其中T，为风力机的机械输入转矩，《 g为直驱型永磁发电机转速；
【权利要求】
1. 一种直驱型永磁风力发电机组变速率变桨系统，其特征在于：包括激光测风雷达、 第一双输入减法器、第二双输入减法器、微分器、主控制器、变桨执行机构、风轮及直驱永磁 发电机，所述主控制器包括桨距角控制模块和变速率控制模块，激光测风雷达的输出端与 第一双输入减法器的第一输入端相连，第一双输入减法器的第二输入端输入额定风速，第 一双输入减法器的输出端与桨距角控制模块的输入端相连，桨距角控制模块的输出端与变 桨执行机构的输入端相连，变桨执行机构通过风轮与直驱永磁发电机相连，直驱永磁发电 机的输出端与第二双输入减法器的第一输入端相连，第二双输入减法器的第二输入端输入 风电机组的额定功率，第二双输入减法器的输出端分别与桨距角控制模块的输入端、微分 器的输入端、变速率控制模块的输入端相连，微分器的输出端与变速率控制模块的输入端 相连，变速率控制模块的输出端与变桨执行机构的输入端相连。
【文档编号】F03D7/04GK204239155SQ201420677760
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】周腊吾, 张磊, 陈浩, 石建 申请人:湖南世优电气股份有限公司