專利名稱：多風輪風電機組裝置及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，是集成了多個風輪的小型風電機組的風電裝置的控制方法，可充分利用清潔、無污染、可再生的風能，為人類生產、生活提供高效、可靠的電力能源。
背景技術：
目前，風力發(fā)電的應用主要分為兩種形式一是在風資源豐富的地區(qū)將多臺并網(wǎng)型風力發(fā)電機按照地形和主風向安裝排列、組成機組向電網(wǎng)供電的風電場模式；二是在農牧民區(qū)主要用于牧民生活用電的獨立、單一的小型離網(wǎng)型風力發(fā)電機的形式。
已經知道，風力資源豐富的地區(qū)通常都位于邊遠地區(qū)或海島甚至海上，分散布置的風力發(fā)電機組通常要求能夠在無人值守的情況下運行和進行遠程監(jiān)控，對風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能、穩(wěn)定性和可靠性的要求較高。而且，由于風速和風向的變化，常常使葉輪轉速發(fā)生改變而使輸出功率變化，易造成并網(wǎng)沖擊，降低電網(wǎng)的穩(wěn)定性，而大型風電場往往遠離城市，向用電密集區(qū)域遠距離輸電過程會造成功率損耗，增加了建設和輸送費用，降低了效率，增加了能耗。另一方面，為分散居住的牧民提供生活用電的小型風力發(fā)電機，功率僅在幾十或幾百千瓦，只能滿足照明、小型家用電器的使用，不能滿足生產建設用動力能源的需要等，具有缺陷。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免分散布置的風力發(fā)電機組運行過程的隨時在場監(jiān)測，和因風速變化影響功率轉化而造成的恒頻變速控制和并網(wǎng)沖擊等，為實現(xiàn)風電機組無人值守的情況下的運行和遠程監(jiān)控，及提高離散型小型風力發(fā)電機系統(tǒng)的功率，提供一種多風輪風電機組的控制方法。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是提供一種多風輪風電機組的控制方法，包括步驟a、現(xiàn)場的風向器、速度計、電壓計將檢測氣流、轉速、電壓參數(shù)，將氣流、轉速和電壓信息輸入存儲器，再由微小控制單元經因特網(wǎng)傳送到遠程計算機；b、遠程計算機自動提取負載信息，根據(jù)氣流、轉速、電壓和負載信息，按照設計的控制律，計算出多風輪風電機組的迎風角和最優(yōu)的葉片槳距，得出最好的運行模式；c、然后，將b步得出的運行模式控制參數(shù)，經因特網(wǎng)傳送到多風輪風電機組的本地計算機控制單元；d、本地計算機控制單元再作動相應的執(zhí)行機構，控制調節(jié)葉片槳距角、機艙角和并網(wǎng)蓄能比，使每臺風力發(fā)電機參數(shù)最佳，從而使多風輪風電機組達到最佳發(fā)電狀態(tài)。
一種多風輪風電機組裝置，所述多風輪風電機組，有多個風輪，由多個風電單元組成，其每一風電單元，均含有風輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的控制系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的控制系統(tǒng)，都按常規(guī)電連接并設置在相應位置，所有發(fā)電機都并聯(lián)設置；多個風輪固置在支撐臂上，按照一定的陣列布置方式集合起來，集中安裝在同一基礎塔架上；控制系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)、執(zhí)行機構、因特網(wǎng)、當?shù)赜嬎銠C和遠程計算機；傳感系統(tǒng)通過因特網(wǎng)與遠程計算機相連，遠程計算機同時通過因特網(wǎng)與當?shù)赜嬎銠C相連，當?shù)赜嬎銠C電連接執(zhí)行機構，執(zhí)行機構與調節(jié)葉片槳距角機構、機艙角機構和發(fā)電機電連接。
所述的裝置，其所述支撐臂為水平設置或與地面有一角度，其一定的陣列布置方式，是矩形陣列或圓形陣列。
所述的裝置，其所述傳感系統(tǒng)，由現(xiàn)場的風向器、速度計、電壓計組成。
本發(fā)明對多風輪風電機組提高效率，降低損耗，增加并網(wǎng)過程的平穩(wěn)性等方面，具有顯著的優(yōu)勢。多風輪風電機組裝置是多個風輪按照一定的陣列布置方式集合起來，集中安裝在同一基礎塔架上的風電機組系統(tǒng)。其風輪位置集中，受力均勻，調整簡便，在實施遠程監(jiān)控方面具有明顯的優(yōu)勢。
與傳統(tǒng)的風力發(fā)電監(jiān)控形式相比，多風輪風電機組控制和方法的優(yōu)點是1網(wǎng)絡控制基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)，將風力發(fā)電的傳感、決策、控制等上層機構與各種現(xiàn)場設備或裝置聯(lián)結在一起，能以較小的信息傳輸代價實現(xiàn)遙操作和遙控制，減少了中間環(huán)節(jié)的信息處理設備，實現(xiàn)了全系統(tǒng)的整體自動化和性能最優(yōu)化。
2遠程監(jiān)控風電機組工作環(huán)境多變，腐蝕、磨損嚴重，檢修任務繁重，利用傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，實施風機設備及其附件的高速在線監(jiān)測、決策和控制，實時獲取機組運行的動態(tài)參數(shù)，分析機組運行趨勢，判斷故障部位和形成原因。
3控制簡單對于多風輪風電機組裝置，采用一套控制系統(tǒng)即可實現(xiàn)多個風電機的控制目標，減少了控制環(huán)節(jié)，使控制律更為簡單，有利于實現(xiàn)恒頻功率輸出，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
4增加功率在基本運行費用保持不變的前提下，多風輪風電機組輸出功率成倍、成十倍地增加，提高了發(fā)電效率，增大了功率。
5降低費用基于網(wǎng)絡的控制可不同程度地減少中間環(huán)節(jié)的微機和其它信息處理設備，降低了監(jiān)控成本，與每一風電機單元都需一個獨立測試和控制環(huán)節(jié)不同，在同樣輸出功率的要求下，多風輪風電機組造價低、費用省，能耗較低。
圖1本發(fā)明多風輪風電機組的控制方法結構框圖；圖2本發(fā)明風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)框圖；圖3本發(fā)明多風輪風電機組裝置示意圖；圖3a為風輪。
具體實施例方式
一般來說，由于能量輸出的不穩(wěn)定和不確定因素，風電機組在并網(wǎng)的過程中都存在著沖擊，而機組單機容量的增大使沖擊的影響更加明顯。過大的沖擊電流不僅會降低風機系統(tǒng)的可靠性和壽命，而且會嚴重影響電網(wǎng)的供電質量和穩(wěn)定性，控制調整能量輸出的穩(wěn)定性和實現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)是現(xiàn)代風能利用技術的核心技術之一。多風輪風電機組的控制方法，通過傳感網(wǎng)絡與遠程控制，利用并網(wǎng)前的速度控制和并網(wǎng)后的功率控制，提高風電機組并網(wǎng)的可靠性和運行效率，減小對電網(wǎng)和發(fā)電機的沖擊，使并網(wǎng)沖擊電流不大于1.5倍額定電流，實現(xiàn)風電機組最佳運行和穩(wěn)定并網(wǎng)。通過變距系統(tǒng)對機組進行轉速和功率的控制，以保證機組運行安全和可靠，同時提高機組的運行效率，增加年發(fā)電量，改善輸出電能質量。本多風輪風電機組的控制方法為利用網(wǎng)絡技術進行遠程監(jiān)控，對風力發(fā)電機組的傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行基于網(wǎng)絡的遠程操作。
多風輪風電機組控制方法，其每一風電單元，其組成均為風輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，如圖1所示為本發(fā)明多風輪風力發(fā)電機控制方法結構框圖。當風速v達到一定數(shù)值時，葉輪開始運轉，從起動到額定轉速，產生的機械能通過傳動系統(tǒng)到發(fā)電機，轉化為電能P，傳感器構成的傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)將對應設備及環(huán)境的參數(shù)通過因特網(wǎng)(Internet)通訊傳送到遠程計算機，構成遠程監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)。
在運行過程中，首先，風向器、速度計、電壓計將檢測氣流、轉速、電壓等參數(shù)，將氣流、轉速和電壓等信息輸入存儲器，再由微小控制單元經Internet傳送到遠程計算機。其次，遠程計算機自動提取負載信息，根據(jù)氣流、轉速、電壓和負載信息等，按照設計的控制律，計算出多風輪風電機組的迎風角和最優(yōu)的葉片槳距，得出最好的運行模式。然后，此控制參數(shù)將經Internet傳送到多風輪風電機組當?shù)赜嬎銠C控制單元，再作動相應的執(zhí)行機構控制調節(jié)葉片槳距角、機艙角和并網(wǎng)蓄能比等風力發(fā)電機參數(shù)，構成遠程自動控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。
由遠程監(jiān)測和自動控制的網(wǎng)絡系統(tǒng)形成的網(wǎng)絡傳感和遠程監(jiān)測的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠達到“當?shù)睾唵?，遠程復雜”的控制目的，最終實現(xiàn)多風輪風電機組的恒頻變速、安全運行、遠程監(jiān)控、平穩(wěn)并網(wǎng)的最優(yōu)運行模式。圖2為本發(fā)明風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)框圖。圖中，虛線框內為本控制系統(tǒng)的控制對象?？刂葡到y(tǒng)包括傳感系統(tǒng)、執(zhí)行機構、因特網(wǎng)、當?shù)赜嬎銠C和遠程計算機，所有部件按常規(guī)連接。傳感系統(tǒng)由現(xiàn)場的風向器、速度計、電壓計等組成，將各種參數(shù)通過因特網(wǎng)傳給遠程計算機，遠程計算機根據(jù)設定的參數(shù)通過因特網(wǎng)指令當?shù)赜嬎銠C，當?shù)赜嬎銠C按指令操控執(zhí)行機構動作，調節(jié)葉片槳距角、機艙角和并網(wǎng)蓄能比等風力發(fā)電機參數(shù)，使多風輪風電機組裝置運行在最佳狀況。
圖3為實現(xiàn)本發(fā)明方法的多風輪風電機組裝置示意圖，如圖所示，多風輪風電機組裝置是由多個風電單元組成，其每一風電單元，均含有風輪1、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的控制系統(tǒng)。其中，多個風輪1固置在支撐臂2上，按照一定的陣列布置方式集合起來，集中安裝在同一基礎塔架3上。該支撐臂2可以為水平設置，也可以與地面有一角度，其陣列方式，可以是矩形或圓形陣列。而傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，都按常規(guī)電連接并設置在相應位置。所有發(fā)電機都并聯(lián)設置。這樣組合設置的多風輪風電機組裝置，風輪1位置集中，受力均勻，調整簡便，能提高效率，降低損耗，增加并網(wǎng)過程的平穩(wěn)性，在實施遠程監(jiān)控方面具有明顯的優(yōu)勢。
多風輪風力發(fā)電機組控制方法的主要特點是1傳感系統(tǒng)利用傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)了無人值守風電場，尤其是風力資源強盛的海島或無人居住地區(qū)的風電系統(tǒng)，風電機組參數(shù)的信息化；2遠程監(jiān)控以較小的信息傳輸代價完成了遙操作和遙控制，實現(xiàn)了風電機組監(jiān)測控制的網(wǎng)絡化；3閉環(huán)控制多風輪風電機組的控制和方法能夠實現(xiàn)多風輪風電機組的閉環(huán)控制，使集中安裝的陣列式風電機組，能夠獲得最佳風向角，使功率輸出更加平穩(wěn)，減小并網(wǎng)沖擊；4降低了費用陣列式風電場風能密度大體一致，單一發(fā)電單元的個別控制增加了控制復雜程度，和日常的維護檢修費用，而傳感網(wǎng)絡和遠程監(jiān)控，能夠在運行過程中降低費用，或在資金一定的情況下增加容量，提高產量。
權利要求
1.一種多風輪風電機組的控制方法，其特征在于，包括步驟a、現(xiàn)場的風向器、速度計、電壓計將檢測氣流、轉速、電壓參數(shù)，將氣流、轉速和電壓信息輸入存儲器，再由微小控制單元經因特網(wǎng)傳送到遠程計算機；b、遠程計算機自動提取負載信息，根據(jù)氣流、轉速、電壓和負載信息，按照設計的控制律，計算出多風輪風電機組的迎風角和最優(yōu)的葉片槳距，得出最好的運行模式；c、然后，將b步得出的運行模式控制參數(shù)，經因特網(wǎng)傳送到多風輪風電機組的本地計算機控制單元；d、本地計算機控制單元再作動相應的執(zhí)行機構，控制調節(jié)葉片槳距角、機艙角和并網(wǎng)蓄能比，使每臺風力發(fā)電機參數(shù)最佳，從而使多風輪風電機組達到最佳發(fā)電狀態(tài)。
2.一種多風輪風電機組裝置，有多個風輪，包括多個風電單元，其每一風電單元，均含有風輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的執(zhí)行機構，傳動系統(tǒng)、發(fā)電機及相應的執(zhí)行機構，都按常規(guī)電連接并設置在相應位置，所有發(fā)電機都并聯(lián)設置；其特征在于，多個風輪固置在支撐臂上，按照陣列布置方式集合起來，集中安裝在同一基礎塔架上；控制系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)、執(zhí)行機構、因特網(wǎng)、當?shù)赜嬎銠C和遠程計算機；傳感系統(tǒng)通過因特網(wǎng)與遠程計算機相連，遠程計算機同時通過因特網(wǎng)與當?shù)赜嬎銠C相連，當?shù)赜嬎銠C電連接執(zhí)行機構，執(zhí)行機構與調節(jié)葉片槳距角機構、機艙角機構和發(fā)電機電連接。
3.如權利要求2所述的多風輪風電機組裝置，其特征在于，所述支撐臂為水平設置或與地面有一角度，其陣列方式，是矩形或圓形陣列或穩(wěn)定的幾何陣列形式。
4.如權利要求2所述的多風輪風電機組裝置，其特征在于，所述傳感系統(tǒng)，由現(xiàn)場的風向器、速度計、電壓計組成。
全文摘要
本發(fā)明多風輪風電機組裝置及其控制方法，其裝置為多個風輪固置在支撐臂上，按照陣列布置方式集合起來，集中安裝在同一基礎塔架上；其方法包括步驟a.現(xiàn)場采集氣流、轉速、電壓參數(shù)，將氣流、轉速和電壓信息輸入存儲器，再由微小控制單元經因特網(wǎng)傳送到遠程計算機；b.遠程計算機根據(jù)氣流、轉速、電壓和負載信息，計算出多風輪風電機組的迎風角和最優(yōu)的葉片槳距，得出最好的運行模式；c.將b步得出的運行模式控制參數(shù)，經因特網(wǎng)傳送到多風輪風電機組的本地計算機控制單元；d.本地計算機控制單元指令相應的執(zhí)行機構，調節(jié)葉片槳距角、機艙角和并網(wǎng)蓄能比，從而使多風輪風電機組達到最佳發(fā)電狀態(tài)。
文檔編號F03D7/00GK101022260SQ200610003580
公開日2007年8月22日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權日2006年2月15日
發(fā)明者王飛躍, 郭大蕾 申請人:中國科學院自動化研究所