CN111237127B - 一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法，在发电机转速上升过程中，设定共振发电机转速Vz，设定Vz(1±A％)的区域为共振区，为了保证黑启动期间尽快穿越共振区，取共振区域为Vz(1±B％)，当发电机转速VG＜Vz×(1‑B％)时，发电机转速给定值VG1为发电机实际转速VG+C和Vz×(1‑B％)之间较小的值，得到发电机转速VG1依次经转速控制器、桨距角控制器得到最终的桨距角输入给变桨系统执行开桨；当Vz×(1‑B％)＜发电机转速VG＜Vz×(1+B％)时，发电机转速给定值VG2为发电机实际转速VG+D和Vz×(1+B％)之间较小的值，得到发电机转速VG2依次经转速控制器、桨距角控制器得到最终的桨距角输入给变桨系统执行开桨。本发明可以在满足黑启动控制要求基础上，安全地进行开桨启机。

Description

一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法

技术领域

本发明涉及海上风力发电机组黑启动的技术领域，尤其是指一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法，可以在满足黑启动控制要求基础上，安全地进行开桨启机。

背景技术

海上风力资源丰富，随着海上风力发电技术的发展，未来将建设越来越多的海上风电场。海上风电场建设期间或风电场电网故障期间，海上风力发电机组将处于孤岛状态，机组自有的不间断电源无法保证风力发电机组内部长时间供电，风力发电机组长期失电导致海上风力发电机组无法自身除湿、防盐雾及机械润滑，将对电气设备和机械部件造成不可逆损坏。

现有专利201910154245.2提出了一种海上风力发电机组黑启动机组启动过程控制方法。但该专利中未详细提及启动过程中怎样进行变桨控制。

此外，在黑启动启机期间需要考虑风速变化、叶轮超速、塔架共振区以及黑启动期间电源失电因素，保证风力发电机组在安全状态下迅速达到供电自给自足状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法，可使风力发电机组在黑启动过程中，保证机组安全情况下用尽可能短的时间使发电机转速尽快穿越共振区达到黑启动要求的目标转速，实现风力发电机组供电自给自足状态。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法，该方法是在风力发电机组的发电机转速上升过程中，设定共振发电机转速Vz，设定Vz×(1±A％)的区域为共振区，其中A取值为10；为了保证黑启动期间尽快穿越共振区，取共振区域为Vz×(1±B％)，即共振区域下限值为Vz×(1-B％)，上限值为Vz×(1+B％)，其中A＜B，B的具体取值根据风力发电机组进行黑启动启机时其变桨系统开桨测试确定；

当发电机转速VG＜Vz×(1-B％)时，发电机转速给定值VG1为VG+C和Vz×(1-B％)之间较小的值，即VG1＝min(VG+C,Vz×(1-B％)),得到的发电机转速给定值VG1经过转速控制器得出桨距角给定值θ₁，再将桨距角给定值θ₁经过桨距角控制器得到最终的桨距角，并输入给风力发电机组的变桨系统执行开桨；

当Vz×(1-B％)＜发电机转速VG＜Vz×(1+B％)时，发电机转速给定值VG2为VG+D和Vz×(1+B％)之间较小的值，即VG2＝min(VG+D,Vz×(1+B％))，得到的发电机转速给定值VG2经过转速控制器得出桨距角给定值θ₂，再将桨距角给定值θ₂经过桨距角控制器得到最终的桨距角，并输入给风力发电机组的变桨系统执行开桨；

式中，C、D为两个参考量且C＜D，C、D取值应考虑黑启动期间使变桨系统尽快至开桨状态且不退桨，具体数值由变桨系统测试确定。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、通过控制发电机转速，保证了黑启动期间，发电机转速尽快穿越共振区。

2、在风力发电机组电能有限的情况下，控制变桨只进行开桨动作或无动作，减少电能损耗，安全启机。

3、可以有效防止电网故障下海上风力发电机组损坏发生，提升了海上风力发电机组的可靠性。

附图说明

图1为变桨距控制的原理框图。

图2为共振区示意图。

图3为发电机给定值计算流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

风力发电机组主要部件包括永磁发电机、齿轮箱、叶片、叶轮、塔筒、主控系统、变桨系统、全功率变流器、升压变压器、低压柜、高压环网柜，当风力发电机组在停机状态时，桨距角一般处于89度或90度的位置，这时气流对桨叶不产生转矩；当风力发电机组由停机状态变为运行状态时，桨距角由89度或90度以一定速度减小到待机角度。风力发电机组的主控系统会根据发电机的转速进行变桨距控制，由图1可知，通过控制发电机转速可间接进行变桨控制。

其次，在开桨升速过程中需要注意以下几点影响因素：

1、在使用不间断电源供电，电能有限的情况下，机组各执行机构动作应在保证整机安全状态下尽量减少无谓动作，减少电能损耗。

对于变桨系统，为减少电能损耗，在开桨升速过程中应只进行开桨动作或无动作，当判断叶轮超速或机组出现故障时才允许收桨。

2、对于风力发电机组启机发电过程中涉及塔架的一阶固有频率与叶片通过频率3P耦合情况，在升转速过程中应根据塔架固有频率设置发电机的共振转速区，当转速在共振转速区时，应控制桨叶开桨提高发电机转速使发电机转速快速穿越共振区上限，避免频率耦合引起塔架共振造成倒塔风险。

3、升转速过程中应考虑风速变化合理控制桨叶开桨，保证控制发电机转速和发电机转速加速度在安全范围，避免叶轮转速超速或失控。

因此，综上所述，本发明所提供的海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法，其具体情况如下：

发电机转速上升过程中，设定共振发电机转速Vz，设定Vz×(1±A％)的区域为共振区，通常A取值为10。为了保证黑启动期间尽快穿越共振区，取共振区域为Vz×(1±B％)，即共振区域下限值为Vz×(1-B％)，上限值为Vz×(1+B％)，其中，A＜B，B的具体取值根据风力发电机组进行黑启动启机时其变桨系统开桨测试确定，共振区设置见图2所示。

如图3所示，当发电机转速VG＜Vz×(1-B％)时，发电机转速给定值VG1为VG+C和Vz×(1-B％)之间较小的值，即VG1＝min(VG+C,Vz×(1-B％))，得到的发电机转速给定值VG1经过转速控制器得出桨距角给定值θ₁，再将桨距角给定值θ₁经过桨距角控制器得到最终的桨距角，并输入给变桨系统执行开桨。当Vz×(1-B％)＜发电机转速VG＜Vz×(1+B％)时，发电机转速给定值VG2为VG+D和Vz×(1+B％)之间较小的值，即VG2＝min(VG+D,Vz×(1+B％))，得到的发电机转速给定值VG2经过转速控制器得出桨距角给定值θ₂，再将桨距角给定值θ₂经过桨距角控制器得到最终的桨距角，并输入给变桨系统执行开桨。

式中，C、D为两个参考量且C＜D。C、D取值应考虑黑启动期间使变桨系统尽快至开桨状态且不退桨，具体数值由变桨系统测试确定。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种海上风力发电机组黑启动启机过程变桨控制方法，其特征在于：该方法是在风力发电机组的发电机转速上升过程中，设定共振发电机转速Vz，设定Vz×(1±A％)的区域为共振区，其中A取值为10；为了保证黑启动期间尽快穿越共振区，取共振区域为Vz×(1±B％)，即共振区域下限值为Vz×(1-B％)，上限值为Vz×(1+B％)，其中A＜B，B的具体取值根据风力发电机组进行黑启动启机时其变桨系统开桨测试确定；

当发电机转速VG＜Vz×(1-B％)时，发电机转速给定值VG1为VG+C和Vz×(1-B％)之间较小的值，即VG1＝min(VG+C,Vz×(1-B％)),得到的发电机转速给定值VG1经过转速控制器得出桨距角给定值θ₁，再将桨距角给定值θ₁经过桨距角控制器得到最终的桨距角，并输入给变桨系统执行开桨；

当Vz×(1-B％)＜发电机转速VG＜Vz×(1+B％)时，发电机转速给定值VG2为VG+D和Vz×(1+B％)之间较小的值，即VG2＝min(VG+D,Vz×(1+B％))，得到的发电机转速给定值VG2经过转速控制器得出桨距角给定值θ₂，再将桨距角给定值θ₂经过桨距角控制器得到最终的桨距角，并输入给风力发电机组的变桨系统执行开桨；

式中，C、D为两个参考量且C＜D，C、D取值应考虑黑启动期间使变桨系统尽快至开桨状态且不退桨，具体数值由变桨系统测试确定。

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