[发明专利]风力发电机组扭矩与变桨解耦控制的方法、控制器及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组扭矩与变桨解耦控制的方法、控制器及系统。

背景技术

近年来，随着风力发电相关控制技术的不断进步，变速变桨技术已十分成熟，变速变桨风力发电机组以其高效的风能利用率和较大的单机容量等诸多优势成为目前主要的装机类型。

变速变桨风电机组在低风速（额定风速以下）时，主控系统将叶片的桨距角调整到最优（或最小），通过控制发电机电磁扭矩来调整叶轮转速，使风机工作在最优叶尖速比状态下，以实现最大风能捕获，即所谓的变速技术；当叶轮转速到达额定转速之后，不能随着风速的增加而增加，这就需要通过增加发电机电磁扭矩来使叶轮转速保持在额定附近，风电机组进入恒转速区域。当风速增大到额定风速时，扭矩到达额定，发电机同时到达额定功率，此时，如果风速继续增大则主控系统会增大桨距角以减少捕获的风能，即所谓的变桨技术，保证发电机组不过载，进入恒功率运行阶段。这种从恒转速到恒功率的转换即为扭矩控制器作用域向变桨控制器作用域的切换。

在风电机组实际运行过程中，由于湍流和阵风的存在，风速时刻在波动，扭矩控制器和变桨控制器都处于工作状态，确保风电机组运行在正确的工作点。此外，在额定风速附近，风电机组不断的在扭矩控制器和变桨控制器之间频繁切换，而且切换的时刻是扭矩达到额定，对转速波动的阻尼较小，桨距角仍在最优附近，捕获风能的能力较强，风速的波动会造成转速和功率较大的波动，影响电网负载的稳定。因此，如何保证两个同时运行的控制器只在该起作用的区域获得控制权，不相互干扰且切换顺畅，即实现两者的解耦就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组扭矩与变桨解耦控制的方法及装置，使实际运行过程中风电机组的扭矩控制器和变桨控制器只在合适的区域获得控制权，切换平滑顺畅，避免互干扰，共同控制风电机组按照设计的工作点运行，安全高效的将风能转换为电能。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种风力发电机组扭矩与变桨解耦控制的方法：

在扭矩控制器起主导作用的区域，首先，计算变桨控制偏置值，计算公式为P_Bias＝F_Pit*PitchSpdFactor*SpeedSetpo int，

其中，P_Bias为变桨控制偏置值，PitchSpdFactor为变桨转速偏置因子，SpeedSetpo int为发电机额定转速，F_Pit＝(T_max-T_fac)/T_max，T_max为扭矩最大值，T_fac为扭矩实际值，

之后，将变桨控制器的发电机转速参考设定值调整为SpeedSetpo int+P_Bias并计算输出相应的桨距角给定值；

在变桨控制器起主导作用的区域，首先计算扭矩控制偏置值，计算公式为T_Bias＝F_Torq*TorqSpdFactor*SpeedSetpo int,

其中，P_Bias为变桨控制偏置值，PitchSpdFactor为变桨转速偏置因子，SpeedSetpoint为发电机额定转速，F_Pit＝(T_max-T_fac)/T_max，T_max为扭矩最大值，T_fac为扭矩实际值，

之后，将扭矩控制器的发电机转速参考设定值调整为SpeedSetpo int-T_Bias并计算输出相应的电磁扭矩给定值。

此外，本发明还提供一种风电机组扭矩与变桨解耦控制器，包括：变桨偏置区域计算模块，用于计算变桨控制偏置值；变桨控制器，用于根据变桨偏置区域计算模块求得的计算变桨控制偏置值，调整发电机转速参考设定值，并计算输出相应的桨距角给定值；扭矩偏置区域计算模块，用于计算扭矩控制偏置值；扭矩控制器，用于根据扭矩偏置区域计算模块求得的扭矩控制偏置值，调整发电机转速参考设定值，并计算输出相应的电磁扭矩给定值。