風力發電系統及其控制方法技術方案

風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、用于將電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器及變壓器，發電機的定子通過變壓器連接到電網。當來自發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于轉子的原始切入轉速時，通過確定轉換器的直流母線電壓余量，基于確定出的直流母線電壓余量來確定出轉換器的直流母線電壓設定值以及基于確定出的直流母線電壓設定值來控制轉換器；和/或通過增加變壓器的變壓比以降低來自電網的電網電壓，來降低轉子的切入轉速。

Wind power generation system and control method thereof

The wind power generation system for wind turbines, mechanical energy is used to convert mechanical energy into electrical energy of the doubly fed induction generator, for converting electrical energy into the expected power converter and transformer to supply power for the stator of the generator is connected to the grid through a transformer. When the rotor from the generator to the measurement of the original starting value is lower than the speed feedback of rotation speed of the rotor, by determining the DC bus voltage margin converter, to determine the DC bus voltage converter set value and a preset value to control the converter based on the DC bus voltage was determined based on the DC bus voltage margin is determined; and / or by increasing the voltage ratio of transformer to reduce the voltage from the power grid, to reduce the starting speed of rotor.

【技術實現步驟摘要】
風力發電系統及其控制方法
本專利技術大體涉及風力發電領域，尤其涉及一種風力發電系統及用于控制該風力發電系統的方法。
技術介紹
隨著全球能源資源的日益短缺及環境污染的日益嚴峻，清潔可再生能源，特別是風能已經得到快速發展。風力渦輪機在該方面備受關注。已知風力渦輪機的運行與風速有關。例如，風力渦輪機具有用于確定風力發電系統的運行狀態的預定的風速閾值。其中一個這樣的閾值為切入風速，其被定義為風力發電系統開始發電的風速。另一個閾值為切出風速，其被定義為風力渦輪機能夠運行而傳遞電力的最高風速。通常，在風速高于切出風速時，將停止發電。基于國際電工技術委員會(InternationalElectro-technicalCommission，IEC)標準，將風區劃分為四類：一類風區(在該風區的平均風速在8.5米/秒到10米/秒的范圍內)、二類風區(在該風區的平均風速在7.5米/秒到8.5米/秒的范圍內)、三類風區(在該風區的平均風速在6.0米/秒到7.5米/秒的范圍內)、以及四類風區(在該風區的平均風速低于6.0米/秒)。在過去，大部分的技術開發都集中在中高速風區。
技術實現思路
因此，有必要提供用于控制能夠運行在低風區時的風力發電系統的系統及方法。本專利技術的一個方面在于提供一種用于控制風力發電系統的方法。所述風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將所述機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、以及用于將所述電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器。所述方法包括：當來自所述發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于所述轉子的原始切入轉速時，確定出所述轉換器的直流母線電壓余量，其中，所述轉子的所述原始切入轉速包括用于從所述風力渦輪機產生電力的默認較低閾值速度；基于所述確定出的直流母線電壓余量來確定出所述轉換器的直流母線電壓設定值；以及基于所述確定出的直流母線電壓設定值來控制所述轉換器，從而降低所述轉子的切入轉速。本專利技術的另一個方面在于提供一種用于控制風力發電系統的方法。所述風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將所述機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、用于將所述電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器、以及有載調壓變壓器，所述發電機的定子通過所述有載調壓變壓器連接到所述電網。所述方法包括：當來自所述發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于所述轉子的原始切入轉速時，增加所述有載調壓變壓器的變壓比以降低來自所述電網的電網電壓，從而降低所述轉子的切入轉速。所述有載調壓變壓器的所述變壓比被定義為所述變壓器的原邊繞組與副邊繞組的變壓比。所述轉子的原始切入轉速包括用于從所述風力渦輪機產生電力的默認較低閾值速度。本專利技術的又一個方面在于提供一種風力發電系統。所述風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將所述機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、用于將所述電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器以及控制器。所述控制器用于當來自所述發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于所述轉子的原始切入轉速時，確定出所述轉換器的直流母線電壓余量，基于所述確定出的直流母線電壓余量來確定出所述轉換器的直流母線電壓設定值，并且，基于所述確定出的直流母線電壓設定值來控制所述轉換器，從而降低所述轉子的切入轉速，其中，所述轉子的所述原始切入轉速包括用于從所述風力渦輪機產生電力的默認較低閾值速度。附圖說明當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本專利技術的這些和其它特征、方面及優點將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：圖1是根據本專利技術的一個具體實施方式的示意性風力發電系統的示意圖；圖2是圖1的示意性風力發電系統的另一個示意圖；圖3是根據本專利技術的一個具體實施方式的示意性轉速計算模塊的示意圖；圖4是圖1的示意性DFIG的等效電路；圖5是根據本專利技術的一個具體實施方式的渦輪控制單元和轉換器控制單元的示意圖；圖6是根據本專利技術的另一個具體實施方式的渦輪控制單元和轉換器控制單元的示意圖；圖7是根據本專利技術的一個具體實施方式的示意性轉換器控制單元的示意圖；圖8根據本專利技術的一個具體實施方式的用于控制風力發電系統的示意性方法的流程圖；以及圖9示出如何計算出圖1的DFIG的轉子的動態切入轉速的步驟。具體實施方式為幫助本領域的技術人員能夠確切地理解本專利技術所要求保護的主題，下面結合附圖詳細描述本專利技術的具體實施方式。在以下對這些具體實施方式的詳細描述中，本說明書對一些公知的功能或構造不做詳細描述以避免不必要的細節而影響到本專利技術的披露。除非另作定義，本權利要求書和說明書中所使用的技術術語或者科學術語應當為本專利技術所屬
內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權利要求書中所使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺熬哂小钡阮愃频脑~語意指出現在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵蓋出現在“包括”或者“具有”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。圖1示出根據本專利技術的一個具體實施方式的示意性風力發電系統的示意圖。如圖1所示，示意性風力發電系統100可以包括風力渦輪機1、雙饋感應發電機(DoublyFedInductionGenerator，DFIG)、轉換器3及控制器4。風力渦輪機1接收風能并且產生機械能。在一些具體實施方式中，風力發電系統100還可以包括位于風力渦輪機1與DFIG之間的變速箱5。變速箱5能夠將機械能傳輸成更合適的機械力以驅動轉子軸20。DFIG2能夠將機械能轉換成電能，并包括轉子21和定子22。DFIG2的轉子21可以連接到轉子軸20，并且能夠通過轉子軸20在機械力的作用下被旋轉。DFIG2的定子22可以機械地連接到轉子21，并且可以通過變壓器7連接到電網6。轉換器3用于將電能轉換成期望的電能用于供應至電網6，并且可以包括轉子側轉換器31、網側轉換器32以及用于連接轉子側轉換器31和網側轉換器32的直流母線(DCLink)33。轉子側轉換器31可以包括AC-DC轉換器，其用于將來自DFIG2的轉子21的交流(AlternatingCurrent，AC)電壓轉換成直流母線33上的直流(DirectCurrent，DC)母線電壓。直流母線33可以包括串聯或并聯連接的一個或多個電容，其用于將直流母線電壓維持在一定水平，因此，能夠管理從直流母線33至電網6的電能。網側轉換器32可以包括DC-AC逆變器，其用于將直流母線33上的直流母線電壓轉換成具有合適的頻率、相位及幅值用于饋入到電網6的交流電壓。變壓器7用于提供來自轉換器3的功率及來自DFIG2的定子22的功率的電壓或電流變換，并且提供在轉換器3和電網6之間以及在DFIG2和電網6之間的隔離。變壓器7用于將從網側轉換器31及DFIG2的定子22輸出的交流電壓幅值升高以匹配電網6。變壓器7可以包括連接到電網6的原邊繞組71和與定子22及網側轉換器32連接的副邊繞組72。在一個可選的具體實施方式中，變壓器7可以為有載調壓變壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于控制風力發電系統的方法，其中，所述風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將所述機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、以及用于將所述電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器，所述方法包括：當來自所述發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于所述轉子的原始切入轉速時，確定出所述轉換器的直流母線電壓余量，其中，所述轉子的所述原始切入轉速包括用于從所述風力渦輪機產生電力的默認較低閾值速度；基于所述確定出的直流母線電壓余量來確定出所述轉換器的直流母線電壓設定值；及基于所述確定出的直流母線電壓設定值來控制所述轉換器，從而降低所述轉子的切入轉速。

【技術特征摘要】
1.一種用于控制風力發電系統的方法，其中，所述風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將所述機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、以及用于將所述電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器，所述方法包括：當來自所述發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于所述轉子的原始切入轉速時，確定出所述轉換器的直流母線電壓余量，其中，所述轉子的所述原始切入轉速包括用于從所述風力渦輪機產生電力的默認較低閾值速度；基于所述確定出的直流母線電壓余量來確定出所述轉換器的直流母線電壓設定值；及基于所述確定出的直流母線電壓設定值來控制所述轉換器，從而降低所述轉子的切入轉速。2.根據權利要求1所述的方法，其還包括：計算出所述轉子的動態切入轉速；當所述轉速反饋值達到所述轉子的所述動態切入轉速時，根據所述轉速反饋值產生所述發電機的扭矩命令；及基于所述轉子的所述轉速反饋值和所述扭矩命令來確定出所述直流母線電壓余量。3.根據權利要求2所述的方法，其中，計算出所述轉子的所述動態切入轉速包括：確定出所述轉子的轉速余量；及從所述轉子的所述原始切入轉速中減去所述轉子的所述轉速余量，從而獲得所述轉子的所述動態切入轉速。4.根據權利要求3所述的方法，其中，確定所述轉子的所述轉速余量包括：基于所述轉子的計算出的動態切入轉速、來自所述電網的電網電壓、分配給所述風力渦輪機的無功功率命令、以及根據所述轉子的所述計算出的動態切入轉速從第一查找表中得到的所述發電機的目標有功功率來計算出轉子電壓估算值；將所述計算出的轉子電壓估算值限制在轉子電壓最大值與轉子電壓最小值的范圍內；基于限制后的轉子電壓估算值來計算出所述轉換器的直流母線電壓需求值；根據所述無功功率命令和所述目標有功功率從第二查找表中確定出所述轉換器的目標直流母線電壓最大值；及基于所述計算出的直流母線電壓需求值和所述確定出的目標直流母線電壓最大值來獲得所述轉子的所述轉速余量。5.根據權利要求4所述的方法，其中，獲得所述轉子的所述轉速余量包括：從所述目標直流母線電壓最大值中減去所述直流母線電壓需求值，從而獲得直流母線電壓余量估算值；將轉子電壓反饋值與所述轉子電壓最大值進行比較；基于比較結果來限制所述直流母線電壓余量估算值；以及基于限制后的直流母線電壓余量估算值來獲得所述轉子的所述轉速余量。6.根據權利要求2所述的方法，其還包括：基于所述轉子的所述轉速反饋值和所述扭矩命令來計算出所述發電機的輸出有功功率；及使用所述發電機的所述計算出的輸出有功功率和分配給所述風力渦輪機的無功功率命令從第三查找表中確定出所述直流母線電壓余量。7.根據權利要求1所述的方法，其中，確定所述轉換器的所述直流母線電壓設定值包括：將所述確定出的直流母線電壓余量增加到在所述轉子的所述原始切入轉速下的所述轉換器的原始直流母線電壓最大值中，從而產生增加后的直流母線電壓最大值；及基于所述增加后的直流母線電壓最大值、轉子側調制指數和調制指數設定值來確定出所述轉換器的所述直流母線電壓設定值。8.一種用于控制風力發電系統的方法，其中，所述風力發電系統包括用于產生機械能的風力渦輪機、用于將所述機械能轉換成電能的雙饋感應發電機、用于將所述電能轉換成期望的電能用于供應至電網的轉換器、以及有載調壓變壓器，所述發電機的定子通過所述有載調壓變壓器連接到所述電網，所述方法包括：當來自所述發電機的轉子的測量到的轉速反饋值低于所述轉子的原始切入轉速時，增加所述有載調壓變壓器的變壓比以降低來自所述電網的電網電壓，從而降低所述轉子的切入轉速，其中，所述有載調壓變壓器的所述變壓比被定義為所述變壓器的原邊繞組與副邊繞組的變壓比，所述轉子的所述原始切入轉速包括用于從所述風力渦輪機產生電力的默認較低閾值速度。9.根據權利要求8所述的方法，其中，增加所述變壓比包括：確定出所述轉換器的直流母線電壓余量估算值；當所述確定出的直流母線電壓余量估算值小于預定值時，計算出所述變壓器的目標變壓比；及基于所述目標變壓比來控制所述變壓器，從而來增加所述變壓器的所述變壓比。10.根據權利要求9所述的方法，其中，確定所述轉換器的所述直流母線電壓余量估算值包括：基于所述轉子的計算出的動態切入轉速、所述電網電壓、分配給所述風力渦輪機的無功功率命令、以及根據所述轉子的所述計算出的動態切入轉速從第一查找表中得到的所述發電機的目標有功功率來計算出轉子電壓估算值；將所述計算出的轉子電壓估算值限制在轉子電壓最大值與轉子電壓最小值的范圍內；基于限制后的轉子電壓估算值來計算出所述轉換器的直流母線電壓需求值；根據所述無功功率命令...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚卓輝，安東尼·邁克爾·克羅多夫斯基，羅伯特·格雷戈里·瓦戈納，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：美國,US