一種雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多采用永磁電機(jī)直驅(qū)機(jī)組和異步電機(jī)雙饋機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式，這兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組均配置一臺(tái)發(fā)電機(jī)。
[0003]直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪通過(guò)聯(lián)軸器直接與電機(jī)輸入軸連接，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，變流器將頻率變化的交流電整流為直流電，再逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的交流電。該機(jī)組由于需采用多級(jí)低速永磁電機(jī)，隨著機(jī)組設(shè)計(jì)容量的增大，給電機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造帶來(lái)困難，并且需要全功率變流器，設(shè)備投資大。
[0004]雙饋風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪通過(guò)增速機(jī)與電機(jī)輸入軸相連接，允許發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速上下30 %范圍內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)低，機(jī)組效率低。
[0005]此外，由于機(jī)組在整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)氣流對(duì)槳葉的攻角是在不斷變化，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速的變化而調(diào)整，就必然使葉輪在低風(fēng)速時(shí)的效率降低(如果將最高效率點(diǎn)設(shè)置在低風(fēng)速區(qū)，則會(huì)使槳葉過(guò)早進(jìn)入失速狀態(tài))。
[0006]為解決低風(fēng)速時(shí)的效率問(wèn)題，有些定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用雙速發(fā)電機(jī)(雙電樞發(fā)電機(jī))，低風(fēng)速時(shí)低速繞組發(fā)電，高風(fēng)速時(shí)高速繞組發(fā)電。
[0007]隨著各種結(jié)構(gòu)和連接形式的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn)，如何以低成本實(shí)現(xiàn)二個(gè)電機(jī)之間的協(xié)同工作，并解決二個(gè)電機(jī)之間的功率分配及并網(wǎng)控制問(wèn)題，提高風(fēng)能利用系數(shù)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制方法，可解決現(xiàn)有技術(shù)中二個(gè)電機(jī)協(xié)同工作難的缺陷。
[0009]本發(fā)明的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制方法，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括第一電機(jī)、第二電機(jī)和分動(dòng)箱，所述分動(dòng)箱的二個(gè)輸出軸分別連接所述第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)連接變流器，所述并網(wǎng)控制方法包括以下步驟:
[0010]第一電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，所述變流器調(diào)整所述第一電機(jī)的功率；
[0011]第一電機(jī)和第二電機(jī)共同并網(wǎng)時(shí)，所述變流器調(diào)整所述二個(gè)輸出軸的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整所述第一電機(jī)和第二電機(jī)的功率分配；
[0012]第二電機(jī)切入或切出時(shí)，所述變流器調(diào)整所述二個(gè)輸出軸的轉(zhuǎn)速，使得所述第二電機(jī)符合切入或切出條件。
[0013]進(jìn)一步地，第一電機(jī)和第二電機(jī)共同并網(wǎng)時(shí)，包括以下步驟:
[0014]控制所述變流器使第一電機(jī)以低于額定功率進(jìn)行恒功率工作，第二電機(jī)自適應(yīng)風(fēng)速；
[0015]在第二電機(jī)達(dá)到額定功率時(shí)，第二電機(jī)以額定功率進(jìn)行恒功率工作，第一電機(jī)自適應(yīng)風(fēng)速，直至達(dá)到機(jī)組的額定功率。
[0016]進(jìn)一步地，所述低于額定功率具體為額定功率的50%。
[0017]進(jìn)一步地，第一電機(jī)和第二電機(jī)共同并網(wǎng)時(shí)，控制所述變流器使第一電機(jī)和第二電機(jī)的功率的比值固定，直至達(dá)到機(jī)組的額定功率。
[0018]進(jìn)一步地，第一電機(jī)和第二電機(jī)共同并網(wǎng)時(shí)，控制所述變流器使第一電機(jī)以額定功率恒功率工作，所述第二電機(jī)自適應(yīng)風(fēng)速，直至達(dá)到機(jī)組的額定功率。
[0019]進(jìn)一步地，還包括步驟:在達(dá)到機(jī)組的額定功率時(shí)，通過(guò)變槳系統(tǒng)調(diào)整機(jī)組槳距角。
[0020]進(jìn)一步地，還包括步驟:在風(fēng)速達(dá)到機(jī)組切出風(fēng)速時(shí)，通過(guò)變槳系統(tǒng)調(diào)整機(jī)組槳距角，并且先控制第二電機(jī)切出，再控制第一電機(jī)切出。
[0021]進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)均切出后，調(diào)整變槳系統(tǒng)的槳距角度為90度，偏航系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)輪側(cè)風(fēng)，機(jī)組安全停機(jī)。
[0022]進(jìn)一步地，還包括檢測(cè)機(jī)組是否故障的步驟，若所述第一電機(jī)或變流器故障，所述第二電機(jī)獨(dú)立工作；若所述第二電機(jī)故障，所述第一電機(jī)獨(dú)立工作。
[0023]進(jìn)一步地，所述第二電機(jī)獨(dú)立工作時(shí)，通過(guò)變槳系統(tǒng)調(diào)整機(jī)組槳距角，使得所述第二電機(jī)符合切入或切出條件。
[0024]本發(fā)明的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制方法，采用二套發(fā)電系統(tǒng)，機(jī)組功率等于第一電機(jī)功率、第二電機(jī)功率之和。在低風(fēng)速時(shí)，第一電機(jī)變速工作，可通過(guò)變流器調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪工作在風(fēng)能最大利用系數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，提高風(fēng)能利用率及機(jī)組效率；在高風(fēng)速時(shí)，可通過(guò)變流器調(diào)整第一電機(jī)和第二電機(jī)的功率分配。本發(fā)明的并網(wǎng)控制方法能實(shí)現(xiàn)機(jī)組大功率輸出，并且控制簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)施。
[0025]此外，本發(fā)明還可以在第一電機(jī)和第二電機(jī)共同并網(wǎng)時(shí)，采用預(yù)設(shè)功率模式、第一電機(jī)額定功率模式及比值分配功率模式等分配方式，以適應(yīng)于不同區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電環(huán)境，提尚風(fēng)能利用率及機(jī)組效率。
[0026]進(jìn)一步地，本發(fā)明還可包括正常工作模式和故障工作模式，第一電機(jī)和第二電機(jī)均可獨(dú)立發(fā)電，在其中一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)故障時(shí)，不影響機(jī)組發(fā)電，提高機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0028]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障判斷的流程圖；
[0029]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在故障模式時(shí)的發(fā)電運(yùn)行流程圖；
[0030]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的流程圖；
[0031]圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)的流程圖；
[0032]圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電運(yùn)行流程圖；
[0033]圖6a是本發(fā)明預(yù)設(shè)功率模式的功率圖；
[0034]圖6b是本發(fā)明第一電機(jī)額定功率模式的功率圖；
[0035]圖6c是本發(fā)明比值功率分配模式的功率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0037]本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”主要用于區(qū)分不同的部件，但不對(duì)部件進(jìn)行具體限制。本發(fā)明各處的電機(jī)是指發(fā)電機(jī)。
[0038]本發(fā)明的并網(wǎng)控制方法用于雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，該雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括第一電機(jī)、第二電機(jī)和分動(dòng)箱，分動(dòng)箱的二個(gè)輸出軸分別連接第一電機(jī)和第二電機(jī)，第一電機(jī)連接變流器。在圖1-6所示的各實(shí)施例中，第一電機(jī)對(duì)應(yīng)于永磁電機(jī)，第二電機(jī)對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電機(jī)。
[0039]應(yīng)當(dāng)清楚，前述第一電機(jī)和第二電機(jī)可采用多種類(lèi)型的電機(jī)，如第一電機(jī)可為永磁同步電機(jī)或雙饋異步電機(jī)，第二電機(jī)可為鼠籠電機(jī)；此外，還可將第一電機(jī)替換為鼠籠電機(jī)，將第二電機(jī)替換為永磁同步電機(jī)，或者其它可能方式，均包括在本發(fā)明的技術(shù)方案之內(nèi)。
[0040]前述分動(dòng)箱可以起到增速作用。此外，根據(jù)需要，該雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還可包括雙電機(jī)并網(wǎng)控制系統(tǒng)、旁路接觸器、軟起裝置、并網(wǎng)斷路器、無(wú)功補(bǔ)償裝置、Crowbar等。雙電機(jī)并網(wǎng)控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)需求，可以集成到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控或變流控制系統(tǒng)中，或者采用其它可能。旁路接觸器、軟起裝置、并網(wǎng)斷路器、無(wú)功補(bǔ)償裝置根據(jù)第二電機(jī)按需要配置，Crowbar按系統(tǒng)需要配置。
[0041 ] 本發(fā)明的并網(wǎng)控制方法包括以下步驟:
[0042]第一電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，變流器調(diào)整第一電機(jī)的功率；
[0043]第一電機(jī)和第二電機(jī)共同并網(wǎng)時(shí)，變流器調(diào)整二個(gè)輸出軸的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整第一電機(jī)和第二電機(jī)的功率分配；
[0044]第二電機(jī)切入或切出時(shí)，變流器調(diào)整二個(gè)輸出軸的轉(zhuǎn)速，使得第二電機(jī)符合切入或切出條件。
[0045]以上各步驟將在圖1-6的描述中具體體現(xiàn)。由于變流器既可調(diào)整第一電機(jī)，又可調(diào)整第二電機(jī)，通過(guò)較小功率的變流器實(shí)現(xiàn)了較大功率的變速運(yùn)行控制，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有效地降低了系統(tǒng)成本；由于小功率變流器技術(shù)成熟，因而制造難度低、可靠性好。
[0046]本發(fā)明由于采用二套發(fā)電系統(tǒng)，機(jī)組功率等于第一電機(jī)功率、第二電機(jī)功率之和。在低風(fēng)速時(shí)，第一電機(jī)變速工作，可通過(guò)變流器調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪工作在風(fēng)能最大利用系數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，提高風(fēng)能利用率及機(jī)組效率；在高風(fēng)速時(shí)，可通過(guò)變流器調(diào)整第一電機(jī)和第二電機(jī)的功率分配。本發(fā)明的并網(wǎng)控制方法能實(shí)現(xiàn)機(jī)組大功率輸出，并且控制簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)施。
[0047]圖1所示是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障判斷的流程圖，該檢測(cè)機(jī)組是否故障的步驟屬于并網(wǎng)控制方法的一部分，若第一電機(jī)或變流器故障，第二電機(jī)獨(dú)立工作；若第二電機(jī)故障，第一電機(jī)獨(dú)立工作。此外，第二電機(jī)獨(dú)立工作時(shí)，通過(guò)變槳系統(tǒng)調(diào)整機(jī)組槳距角，使得第二電機(jī)符合切入或切出條件。
[0048]由于該實(shí)施例包括正常工作模式和故障工作模式，第一電機(jī)和第二電機(jī)均可獨(dú)立發(fā)電，在其中一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)故障時(shí)，不影響機(jī)組發(fā)電，提高機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)。圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的雙電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在故障模式時(shí)的發(fā)電運(yùn)行流程圖，具體的工作過(guò)程說(shuō)明如下:
[0049]永磁電機(jī)(第一電機(jī))獨(dú)立發(fā)電模式
[0050]a)當(dāng)風(fēng)速大于機(jī)組切入風(fēng)速小于機(jī)組切出風(fēng)速時(shí)，變槳系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳距角；
[0051]b)通過(guò)調(diào)整槳距角使永磁電機(jī)升速，當(dāng)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電轉(zhuǎn)速時(shí)，永磁電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電；
[0052]c)當(dāng)永磁電機(jī)未達(dá)到額定輸出功率時(shí)，通過(guò)變流器調(diào)整永磁電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩使風(fēng)輪工作在風(fēng)能最大利用系數(shù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；
[0053]d)當(dāng)永磁電機(jī)達(dá)到額定輸出功率并且未達(dá)到機(jī)組切出風(fēng)速時(shí)，通過(guò)變槳系統(tǒng)調(diào)整機(jī)組槳距角，永磁電機(jī)以額定功率發(fā)電；
[0054]e)當(dāng)風(fēng)速大于機(jī)組切出風(fēng)速時(shí)，通過(guò)變槳系統(tǒng)減小機(jī)組輸入功率，減小永磁電機(jī)功率，在接近永磁電機(jī)最低轉(zhuǎn)速時(shí)，永磁電機(jī)脫網(wǎng)；繼續(xù)調(diào)整槳距角度為90度，偏航系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)輪側(cè)風(fēng)，機(jī)組安全停機(jī)。
[0055]感應(yīng)電機(jī)(第二電機(jī))獨(dú)立發(fā)電模式
[0056]a)風(fēng)速大于感應(yīng)電機(jī)獨(dú)立工作模式時(shí)的切入風(fēng)速并且小于機(jī)組切出風(fēng)速，變槳系