[发明专利]一种兆瓦级风力机组及其控制方法、控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电技术领域，特别涉及一种兆瓦级风力机组的控制方法。此外，本发明还涉及包括上述控制方法的控制系统及兆瓦级风力机组。

背景技术

近年来随着风电装机容量的增加，机组性能和发电质量备受关注，这对大型风电机组的设计和控制提出了更高的要求。

现有技术中风机的控制方法主要采取转矩控制和变桨距控制相结合的控制方法，在风速比较小工况状态，风力发电机的功率小于额定转速阶段，发电机主要采用转矩控制，转矩控制可以调节风力发电机的转速跟随风速变化，实现追踪最大叶尖速比的目的，实现发电机发电功率的最大化；当风速继续增大，超过风力发电机的额定风速时，风力发电机的转速和功率已经达到额定值不能再增大，转矩控制转化为变桨距控制，变桨距控制主要通过改变桨叶节距来限制风轮获取能量，使风力机组处于额定值附近发电。

一般地，转矩控制和变桨距控制两中控制方式在额定功率点进行转换，转矩控制与桨距角控制相比，转矩控制的反应速度很快，从下达转矩的指令到变流器执行的时间基本可以忽略不计；而变桨系统不同，从下达变桨的指令到变桨系统动作，再到变桨到指定的角度，所需的时间为秒级

请参考图1，图1为一种极端升降阵风的风速与时间关系曲线图；图中只是示出某一时间内的风速的变化，该阵风的变化其他时间段风速的变化与此类似故省略。

如图1所示，该极端升降阵风的升降速度都非常快，风力机组的功率骤然突升超过额定功率的时间比较短，若采用现有的控制方法，由于变桨系统具有延迟特性，存在变桨速度跟不上风速变化的问题，进而引发风轮超速故障，导致风机的停机和大的极限载荷的出现，大的极限载荷就意味着风机重量和成本的提高。

另外地，对于风速处于额定风速上下进行不断变化的工况，采用现有的控制方法，由于风速不断的变化，风力发电机将会在转矩控制和变桨距控制两种控制方法之间频繁切换，降低风力机组各部件的使用寿命。

因此，如何提供一种应用于处于额定风速上下波动且波动较小风力以及极端升降阵风两工况的兆瓦级风力机组的控制方法，该控制方法有利于提高风力机组的使用安全，避免风机的超速停机和大的极限载荷的出现，且可以提高风力机组各部件的使用寿命，降低风机的使用成本，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种兆瓦级风力机组的控制方法，该控制方法既适用于一般风况下风力发电机组的控制，又适用于处于额定风速上下波动且波动较小风力以及极端升降阵风两工况的风力发电机组的控制，可以有利于提高风力机组的使用安全，避免风机的超速停机和大的极限载荷的出现，提高风力机组各部件的使用寿命，降低风机的使用成本。本发明的第二个目的在于提供一种兆瓦级风力机组的控制系统及兆瓦级风力机组。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种兆瓦级风力机组的控制方法，该控制方法按照以下步骤进行：

步骤S101)：获取风力发电机当前状态的功率；

步骤S102)：判断上述风力发电机当前状态的功率是否大于预设极限功率值，其中，该预设极限功率大于风力发电机的额定功率，如果判断结果为否，执行步骤S103)；否则，执行步骤S104)；

步骤S103)：执行转矩控制方法，然后返回步骤S101)；

步骤S104)：判断发电机处于极限功率以上工作的连续时间段是否大于极限时间段的大小，如果判断结果为是，则执行步骤S105)，否则返回步骤S103)；

步骤S105)：执行变桨距控制方法，然后返回步骤S101)。

优选地，所述转矩控制方法包括第一转矩控制方法和第二转矩控制方法，所述第一转矩控制方法为使风力发电机运行于最佳功率系数附近的转矩控制方法，所述第二转矩控制方法为控制风力发电机额定转速不变的转矩控制方法，当步骤S102)中判断结果为否，执行步骤S103)前增加：

步骤S1021：判断所述风力发电机当前状态的转速是否大于并网转速且小于额定转速，如果判断结果为是，执行步骤S1031)；否则，执行步骤S1032)；

同时，步骤S103)包括以下步骤：

步骤S1031)：执行第一转矩控制方法，然后返回步骤S101)；

步骤S1032)：执行第二转矩控制方法，然后返回步骤S101)。

优选地，步骤S101)之前增加以下步骤：

步骤S100)：启动风力发电机执行初始转矩控制方法进行并网发电。

优选地，所述风力发电机当前状态的功率是通过传感器检测风机发电机的转速获得的。