一种基于电磁耦合器调速前端的风电机组运行控制方法

摘要

本发明提供了一种基于电磁耦合器调速前端的风电机组运行控制方法，在起动阶段通过风力机变桨控制电磁耦合器内转子加速转动，通过变频器转速闭环控制电磁耦合器外转子加速至发动机同步转速完成并网；在低风速段最大风能跟踪区域，通过变频器转矩闭环控制电磁转矩来调节风力机的转速，使机组按照最佳叶尖速比和最佳风能利用率运行，实现最大风能捕获；在低风速段恒转速运行区域，利用变频器的转速闭环控制保持风力机恒定转运；在额定风速以上区域，通过变桨距角控制和变频器转矩闭环控制，使风力机保持额定转速和恒定功率运行；当电网发生故障时，同步发电机通过强励作用，支撑电网电压，通过变频器转速闭环控制稳定风力机的转速，通过变桨控制，限制风力机有功功率的获取。

主权项

一种基于电磁耦合器调速前端的风电机组运行控制方法，其包括以下几方面：1)在起动并网阶段的控制：当风速低于切入风速时，风力机顺桨，桨距角被置于一定角度，风力机不转动；当风速达到切入风速时，风力机桨距角逐渐减小，使风力机获得足够的风能；风力机通过齿轮箱驱动电磁耦合器的内转子旋转，此时通过变频器的转速闭环控制使电磁耦合器外转子与内转子同步旋转；待风力机转速上升到一定值时，通过变桨距角控制内转子速度保持不变，通过变频器转速闭环控制外转子按照给定转速值加速至同步发电机的同步转速，并保持恒定；此时同步发电机的励磁控制调节器根据并网装置检测到的电网电压和同步发电机端电压信号，调节同步发电机的励磁电流，使同步发电机的端电压幅值与电网电压幅值相同，并通过变频器对电磁耦合器外转子的控制实现对发电机定子电压频率和相位的调节，直到达到并网条件，由同期并网装置完成风电机组的柔性并网；2)在低风速段的最大风能捕获控制：当风力机转速没有达到额定状态时，通过变频器转矩闭环控制电磁耦合器的电磁转矩来调节风力机的转速，使机组按照最佳叶尖速比和最佳风能利用率运行，转矩给定值通过测量风力机实际转速值所对应最佳转速‑转矩曲线的转矩值给出；3)在低风速段的恒转速控制：当风力机转速达到额定状态时，变频器切换为转速闭环控制，电磁耦合器的外转子转速与同步发电机的转速一致，被并网后的电网频率锁定，电磁耦合器内转子转速通过变频器转速闭环控制保持不变，随着风速的增加，风力机转速保持额定转速不变；4)在额定风速以上的恒功率运行控制：此阶段变频器切换为转矩闭环控制状态，当风速超过额定风速时，通过变桨控制来调节风力机的桨距角，使风力机保持额定转速下运行，限制功率的上升，实现机组恒功率运行；通过变频器转矩闭环控制电磁转矩，实现风力机在额定转速下稳定工作，其中转矩给定值为额定值。5)电网故障时的控制：分为风力发电机组的无功功率和有功功率运行控制，当检测到同步发电机端电压信号并判断电压故障超出限定值时，风电机组同时需要进行无功功率控制和有功功率控制，同步发电机的励磁控制调节器直接将励磁电流给定顶值，励磁机快速将励磁电压和电流上升到顶值，施加强励来实现同步发电机暂态过程励磁，调节同步发电机的无功电流，从而向电网馈入无功功率，支撑电网电压，实现无功功率控制；变频器切换为转矩闭环工作，根据电网电压跌落值，给定转矩值目标值，减小电磁耦合器输出轴的机械功率，同时，风力机进行顺桨增加桨距角，减小整个系统的有功功率获取，限制风力机的转速不超过极限转速，实现有功功率控制。