[发明专利]一种用于被动侧偏型风机的综合控制方法

说明书

本发明一种用于被动侧偏型风机的综合控制方法。本发明避开了被动侧偏的开始侧偏阶段，将其大角度侧偏和电磁失速相结合。与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明将主动电磁失速控制和被动侧偏保护进行结合，避免主动控制转速进入到不可控区域造成风机超速；本发明提供了一种从低转速进入侧偏+失速控制运行阶段的依据或计算方法，还提供了从侧偏+失速控制返回至低转速运行阶段的依据或计算方法。在工程应用中，可以依据本发明公开的进入各个运行阶段的条件建立一个基本模型，也可以将风速作为参考作为进入各个阶段的判断条件。

技术领域

本发明涉及一种风力发电机的控制方法，尤其涉及一种被动侧偏型风力发电机的控制方法。

背景技术

被动侧偏和电磁失速都是小型风力发电机的常用保护方式，被动侧偏是一种改变叶片迎风角度的机械保护方式，电磁失速是一种给发电机施加反向力矩的保护方式。

一般叶片在低叶尖速比时，叶片推力系数Ct值比较低，因此被动侧偏在高风速、高转速时才开始保护。而电磁失速控制受制于电机的扭矩，叶片在低转速状态或高风速时的侧偏状态下风轮力矩才会小于电机扭矩，因此电磁失速控制也受各种工况的局限。

由于风力发电机吸收的风能和风轮的有效面积成正比，面积S＝πR²×cosθ，式中，R表示风轮半径，θ表示侧偏角度。侧偏型风力发电机在开始侧偏阶段，即侧偏角度较小时，cosθ下降的斜率较小，另外再加上机械的滞后性，导致目前侧偏型风力发电机组的电磁失速控制和被动侧偏的配合容易脱节。经常出现高风速时，风机转速剧烈波动、严重超速，给机械结构件施加了很大的冲击载荷，易发生塔架或叶片等部件的断裂等严重事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：侧偏型风力发电机在开始侧偏阶段，电磁失速控制和被动侧偏的配合容易脱节。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用于被动侧偏型风机的综合控制方法，其特征在于，将叶片的Cq、Ct-λ曲线图划分了4个区间，分别定义为运行区域I、运行区域II、运行区域III以及运行区域IV，其中，运行区域I对应最大功率跟踪阶段、运行区域II对应高恒速运行阶段、运行区域III对应低恒速运行阶段、运行区域IV对应侧偏加失速控制运行阶段，Cq表示叶片力矩系数，Ct表示叶片推力系数，λ表示叶尖速比，则所述综合控制方法包括以下步骤：

步骤1、当前风速小于额定风速，被动侧偏型风机进入最大功率跟踪阶段，进入运行区域I，以保证当被动侧偏型风机运行于运行区域I时，被动侧偏型风机不会进入被动侧偏保护状态，被动侧偏型风机的控制器也不会进行主动电磁失速控制，保持风机转速在一个最佳的叶尖速比λ状态，其中，被动侧偏型风机在某一风速下，其以最佳效率输出时的功率等于额定功率，则定义当前的风速为额定风速；

在最大功率跟踪阶段，若当前风速超过额定风速，若当前风速稍高于额定风速，则控制被动侧偏型风机在额定功率下运行，同时控制被动侧偏型风机在最大转速点以下运行，即进入运行区域II，进入步骤2；

步骤2、被动侧偏型风机进入高恒速运行阶段，运行于运行区域II：

在高恒速运行阶段，若风速进一步增大时，则调整风机转速或使得风机转速保持恒定，使得叶尖速比λ由最佳值向减小的方向移动。Ct值减小但曲线较缓，被动侧偏处于开始侧偏或未侧偏状态，Cq值增大且曲线较陡，被动侧偏型风机转矩快速增大；

当风速再次进一步增大：若风轮扭矩接近设定转矩时，则立即大幅降低目标转速，增大发电机扭矩，使被动侧偏型风机迅速跨越区域II以下的区域至运行区域III，进入步骤3；

在高恒速运行阶段，当风轮扭矩小于设定转矩时，则返回步骤2；