[发明专利]变速风机有功功率控制和转速控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体地，涉及一种变速风机有功功率控制和转速控制方法。

背景技术

在过去20多年，风力发电获得了飞速的发展，2012年欧洲一些国家的风电穿透率已经超过10%，如丹麦27.1%，葡萄牙16.8%，西班牙16.3%，爱尔兰12.7%，德国10.8%。

随着风电在整个电力系统中所占的比重越来越高，风电对电力系统的影响已经不能被忽略。电力系统运营方对风力发电的要求也渐趋严格，其中一个重要的要求便是风力发电必须具备一定的有功功率调节的能力，这就需要风电场内部的风电机组具备相应的有功功率调节的能力。

在文献：Rodriguez-Amenedo,J.L.,Arnalte,S.,and Burgos,J.C.:’Automatic generation control of a wind farm with variable speed wind turbines’,IEEE Transactions on Energy Conversion,2002,17(2),pp279-284中，双馈风机的功率通过调节风轮的桨距角来实现，而风力发电机的转速通过发电机的转子变流器来实现，同时风机的转速完全按照最大功率跟踪模式进行控制。因此，在风速一定时，可以认为其转速也是被控制在某一个固定的转速下。

在文献：Almeida,R.g.de.,Castronuovo,E.D.,and J.A.Pecas Lopes.:’Optimum generation control in wind parks when carrying out system operator requests’,IEEE Transactions on Power Systems,2006,21(2),pp718-725中，变速风机的输出有功功率通过变速的方式完成；在额定风速以下，风机保持桨距角不变（零度），通过改变发电机的输出功率，来完成机组的有功功率的调节，同时也能进行风机速度的被动调节。此种方法无法主动调节风机速度，速度-功率调节范围有限，而且仅仅能够在额定风速以下进行工作。

现有技术尚无法在全风速段内同时进行速度控制和有功功率的控制,在进行对电网的频率支撑时无法提供灵活的支持。本发明的目的就在于通过对风机进行独立的速度控制和有功功率控制，为风电场对电网的有功功率控制提供更灵活的支撑方式。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种变速风机有功功率控制和转速控制方法，通过对风机进行独立的速度控制和有功功率控制，解决变速风机在全工作风速段的有功功率输出调节和机组存储的动能调节，为风电场对电网的有功功率稳定控制提供更灵活的支撑方式。

为实现上述的目的，本发明提供一种变速风机有功功率控制和转速控制方法，该方法通过混合速度控制器来调节风轮的转速，同时风电机组有功功率的控制通过机组功率控制器来完成，其中：混合速度控制器包括主动速度控制器、被动速度控制器和开关，主动速度控制器通过风轮的桨距角调节来进行风轮的速度闭环控制，被动速度控制器通过风轮的桨距角来进行开环的速度控制，主动速度控制和被动速度控制的输出选择由一个开关来完成。

优选地，所述主动速度控制器根据参考转速和测量转速的误差，通过主动速度控制器和辅助输入得到初始的桨距角指令，该指令经过变桨动态环节输出真实的桨距角信号到风轮机械模型,风轮机械模型根据桨距角、风速和发电机电磁转矩得到风轮的机械转速。

优选地，所述被动式速度控制器将桨距角设定为一个固定的角度，本发明可以将其设为零度。

优选地，所述开关根据当前的风速、参考转速和参考有功功率来决定参考桨距角是来自主动速度控制器还是来自被动速度控制器，当参考有功功率大于在当前风速、转速为参考转速、桨距角为零时风轮的功率，则选择被动式速度控制器的输出，反之则选择主动式速度控制器的输出。

优选地，所述机组功率控制器是变流器，风电机组的有功控制通过变流器进行电压控制进行，有功控制器和其余参考量控制器根据从风电机组获得反馈信号，进行闭环控制；控制器的输出为参考电压信号，送到风电机组中的变流器，通过电压调制后施加到发电机上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过对风机进行独立的速度控制和有功功率控制，为风电场对电网的有功功率控制提供更灵活的支撑方式，能够独立自主调节机组的转速和有功功率，具有更宽的转速和风速调节范围和更大的灵活性。

附图说明