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CN101832233A - 一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法 - Google Patents

一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，包括以下步骤：A.获取发电机的实际转速n；B.当n小于额定转速时执行步骤C，否则执行步骤D；C.计算发电机组的当前转矩给定值M，当M不大于额定转矩时，输出M至风力发电机组，否则将额定转矩值赋予M并输出；D.获取最后一次M，当M小于额定转矩时执行步骤E，当M到达额定转矩时执行步骤F；E.逐步调节转矩至额定转矩，保持转速在额定转速；F.通过变桨系统调节发电机组在额定转速。本发明考虑了风场实际空气密度，引入了功率最佳调节系数，简化了实现流程，符合实际工况，实现风力发电机组和功率调节的全过程实时最佳效率，从而改善现有调节方法的不足。

Description

一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法
技术领域
本发明涉及一种直驱永磁同步风力发电机组系统，特别是涉及一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法。
背景技术
直驱永磁同步风力发电机组功率调节是整个风力发电机组控制系统中非常关键的一个环节，直接影响着整机的性能和效率。现有直驱永磁同步风力发电机组的功率调节，通常采用直接转矩的控制方式，其实现主要是根据风力发电机组整机厂提供的功率曲线，制成表格形式，再通过表格进行线性插值计算出实际的转矩给定值并输送至发电机组，其缺点是编程代码较多，根据线性插值计算得出的转矩给定值并不是实际的最优参数，而是实现发电控制和功率调节的全过程实时最佳效率。
由此可见，上述现有的直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种更为简化，符合实际工况，实现风力发电机组和功率调节的全过程实时最佳效率的新的直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，实属当前的重要研究课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，使其更为简化，符合实际工况，实现风力发电机组和功率调节的全过程实时最佳效率，从而改善现有调节方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，包括以下步骤A.获取发电机的实际转速n；B.比较n与额定转速，当n小于额定转速时执行步骤C，当n不小于额定转速时执行步骤D；C.计算发电机组的当前转矩给定值M，当M不大于额定转矩时，输出M至风力发电机组，否则将额定转矩值赋予M再输出；D.获取最后一次转矩给定值M，比较M与额定转矩，当M小于额定转矩时执行步骤E，当M到达额定转矩时执行步骤F；E.逐步调节转矩至额定转矩，保持转速在额定转速；F.通过变桨系统调节发电机组在额定转速。
作为本发明的一种改进，所述的步骤C的计算公式为M＝Koptn2，其中，Kopt为最佳功率调节系数。
所述的Kopt经以下步骤得到：C1.获取转子直径R、扫风面积A以及最佳叶尖速比参数λopt和最佳功率系数C2.获取风场空气密度ρ；C3.根据
Figure GSA00000083863100022
求得Kopt，其中
Figure GSA00000083863100023
采用这样的设计后，本发明在调节发电机功率时，首先将风场实际空气密度考虑在内，实现了机组实际最佳控制；其次引入功率最佳调节系数，简化了实现流程，可实现系统的实时最优性能；最后根据发电机组的额定参数区分不同的运行工况实现了全过程的最佳效率，从而全面改善了现有直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法的缺陷，更加适于实用。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法的流程示意图。
图2是本发明最佳功率调节系数的获得流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，主要包括以下A-F六个步骤。
步骤A.在发电机正常运行时，获取发电机的实际转速n。
步骤B.比较n与额定转速，当n小于额定转速时执行步骤C，当n不小于额定转速时执行步骤D。
步骤C.计算发电机组的当前转矩给定值M，当M不大于额定转矩时，输出M至风力发电机组，否则将额定转矩值赋予M再输出。
其中，M的计算公式可为M＝Koptn2，Kopt为最佳功率调节系数。请配合参阅图2所示，Kopt可通过以下步骤获得：
C1.根据该机型的叶片参数，获取转子直径R、扫风面积A以及最佳叶尖速比参数λopt和最佳功率系数
Figure GSA00000083863100031
C2.获取风场空气密度ρ。ρ可通过公式计算得到，其中P为年平均压力，R为布朗格常数287.05，T为年平均温度。
C3.根据
Figure GSA00000083863100033
求得Kopt，其中
Figure GSA00000083863100034
其中，C3步骤中两个求解公式的推导过程如下：
首先，根据也减速比和转速、风速的关系，计算得出风速和转速的最佳关系，也就是根据
Figure GSA00000083863100035
其中n取单位rpm，得出风速和转速的最佳关系
Figure GSA00000083863100036
表示为ν＝kn，其中
Figure GSA00000083863100037
其次，根据发电机组轴功率和风速、功率系数之间的关系得出转矩和转速的最佳关系，即根据风能和功率关系式
Figure GSA00000083863100041
以及ν＝kn，可得到
Figure GSA00000083863100042
因此转矩和转速的最佳关系式表示为M＝Koptn2，其中
Figure GSA00000083863100043
步骤D.获取最后一次转矩给定值M，比较M与额定转矩，当M小于额定转矩时执行步骤E，当M到达额定转矩时执行步骤F。
步骤E.逐步调节转矩至额定转矩，保持转速在额定转速。
步骤F.通过变桨系统调节发电机组在额定转速。
本发明一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，对于直驱永磁同步风电机组系统，当发电机组采用直接转矩控制方式时，在功率调节过程中考虑了风场实际空气密度对于风能的影响，实现了实际的最佳性能。同时根据风轮叶片的叶尖速比和功率系数、风能、轴功率、转矩和转速的关系推算出最佳功率调节系数Kopt这一参数，通过最佳功率调节系数和发电机转速n给出机组转矩给定值M，判断风机的实时状态，根据具体情况控制风力发电机组。本发明是基于提高整个机组的效率和全过程的实时最优性能考虑的，改善了常规查表结合线性插值法造成的缺陷，简化了程序实现流程，确保了风力发电机组全过程运行的实时最佳性能，提高了风力发电机组的效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，其特征在于包括以下步骤：
A.获取发电机的实际转速n；
B.比较n与额定转速，当n小于额定转速时执行步骤C，当n不小于额定转速时执行步骤D；
C.计算发电机组的当前转矩给定值M，当M不大于额定转矩时，输出M至风力发电机组，否则将额定转矩值赋予M再输出；
D.获取最后一次转矩给定值M，比较M与额定转矩，当M小于额定转矩时执行步骤E，当M到达额定转矩时执行步骤F；
E.逐步调节转矩至额定转矩，保持转速在额定转速；
F.通过变桨系统调节发电机组在额定转速。
2.根据权利要求1所述的一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，其特征在于所述的步骤C的计算公式为：M＝Koptn2，其中，Kopt为最佳功率调节系数。
3.根据权利要求2所述的一种直驱永磁同步风力发电机组功率调节方法，其特征在于所述的Kopt经以下步骤得到：
C1.获取转子直径R、扫风面积A以及最佳叶尖速比参数λopt和最佳功率系数
C2.获取风场空气密度ρ；
C3.根据
Figure FSA00000083863000012
求得Kopt，其中
Figure FSA00000083863000013
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Effective date of registration: 20120716

Address after: 536000 building, information center building, Yinhe Software Park, Tibet Road, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Beihai, four

Applicant after: Guangxi Yinhe Wind Power Co.,Ltd.

Address before: 224600 Jiangsu Province Coastal Economic Development Zone water ring

Applicant before: JIANGSU YINHE CHANGZHENG WIND POWER GENERATION EQUIPMENT Co.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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Owner name: WEIHAI YINHE CHANGZHENG WIND POWER GENERATING EQUI

Free format text: FORMER OWNER: GUANGXI GALAXY WIND POWER GENERATION CO., LTD.

Effective date: 20121228

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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 536000 BEIHAI, GUANGXI ZHUANG AUTONOMOUS REGION TO: 264200 WEIHAI, SHANDONG PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20121228

Address after: 264200, Shandong Province, Weihai Torch Road, 213 innovation and entrepreneurship base A block, room 1513

Patentee after: WEIHAI YINHE CHANGZHENG WIND POWER EQUIPMENT Co.,Ltd.

Address before: 536000 building, information center building, Yinhe Software Park, Tibet Road, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Beihai, four

Patentee before: Guangxi Yinhe Wind Power Co.,Ltd.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: WEIHAI YINHE CHANGZHENG WIND POWER GENERATING EQUI

Effective date: 20130507

Owner name: GUANGXI YINHE WIND POWER CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: WEIHAI YINHE CHANGZHENG WIND POWER GENERATING EQUIPMENT CO., LTD.

Effective date: 20130507

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COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 264200 WEIHAI, SHANDONG PROVINCE TO: 536000 BEIHAI, GUANGXI ZHUANG AUTONOMOUS REGION

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130507

Address after: 536000 building, information center building, Yinhe Software Park, Tibet Road, the Guangxi Zhuang Autonomous Region, Beihai, four

Patentee after: Guangxi Yinhe Wind Power Co.,Ltd.

Patentee after: WEIHAI YINHE CHANGZHENG WIND POWER EQUIPMENT Co.,Ltd.

Address before: 264200, Shandong Province, Weihai Torch Road, 213 innovation and entrepreneurship base A block, room 1513

Patentee before: WEIHAI YINHE CHANGZHENG WIND POWER EQUIPMENT Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20120829

Termination date: 20190415

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