專利名稱：一種風力發(fā)電場控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種發(fā)電場內(nèi)部輸電網(wǎng)絡(luò)的控制方法及實現(xiàn)此方法的系統(tǒng)方案，特別涉及ー種通過調(diào)整風力發(fā)電機(即風機)之間串并聯(lián)關(guān)系來控制所述風カ發(fā)電場的實際輸出電壓的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境污染的加劇和異常氣候的頻繁發(fā)生，世界各國對綠色能源的關(guān)注程度進 ー步提高。風電作為ー種無廢棄物排放、持續(xù)可再生的緑色能源，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。 以我國為例，中國風電總裝機容量自2007年起已經(jīng)連續(xù)五年翻倍增長，全球風能理事會 2012年2月7日發(fā)布報告稱，中國2011年風電裝機容量新增18吉瓦，占全球總增量的2/5， 風電累計裝機容量達到62. 7吉瓦，處于全球風電利用領(lǐng)袖的地位。風能具有蘊藏量大、可再生、分布廣泛、無廢棄物排放等優(yōu)點，但其能量密度低、風力不穩(wěn)定、風能分布地區(qū)差異大。鑒于風能較低的能量密度，通常采用建設(shè)大規(guī)模風カ發(fā)電場的形式來進行風カ發(fā)電，將多臺風カ發(fā)電機的電能合并輸出，以獲取足夠的能量供給用戶。由于風能的不穩(wěn)定性，一方面需要通過風場總控系統(tǒng)進行風場出力進行預測和調(diào)控，確保風カ發(fā)電場功率輸出的穩(wěn)定，另一方面需要通過風カ發(fā)電機復雜的機械和電氣裝置來獲得穩(wěn)定的電壓輸出。以目前較為常用的雙饋變速恒頻型風カ發(fā)電機組為例，此種風カ發(fā)電機組通過變槳系統(tǒng)、齒輪箱、雙饋異步發(fā)電機、雙向變流器等多套系統(tǒng)來確保在風カ變動時輸出電壓穩(wěn)定在690V左右。由于現(xiàn)有的風場控制模式中主要依靠風機自身來確保電壓的穩(wěn)定，這種控制模式導致風機的結(jié)構(gòu)變得復雜、技術(shù)難度增加、可靠性降低、成本也難以控制，使得風カ發(fā)電在成本上與傳統(tǒng)發(fā)電方法相比失去競爭優(yōu)勢，限制了風カ發(fā)電這種緑色能源的推廣。現(xiàn)有風場控制模式忽略了風機之間的協(xié)調(diào)能力，本質(zhì)上只是多臺風カ發(fā)電機的簡單疊加，并未真正發(fā)揮多臺風機之間相互組合的集群優(yōu)勢。為克服雙饋異步發(fā)電機需配備齒輪箱，控制系統(tǒng)復雜等缺點，有學者提出了采用勵磁電流可調(diào)節(jié)的直流發(fā)電機組方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示。當電機轉(zhuǎn)速在一定的變化范圍內(nèi)時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流可以使輸出電壓穩(wěn)定，較雙饋異步發(fā)電機組更適于轉(zhuǎn)速頻繁波動的風カ發(fā)電系統(tǒng)。雖然此系統(tǒng)做出了一些改進，但仍需設(shè)置勵磁電流調(diào)節(jié)裝置，而且當風速偏離額定值時，勵磁電流需要調(diào)整的幅度急劇增加，當風機轉(zhuǎn)速較小時，甚至難以通過調(diào)節(jié)勵磁電流實現(xiàn)穩(wěn)定電壓的目的。本發(fā)明針對現(xiàn)有風機及風場控制模式的不足，g在提出一種簡單有效的風場總輸出電壓控制技木，克服傳統(tǒng)控制模式對風機系統(tǒng)的依賴，降低對風機性能的要求并為風機系統(tǒng)的簡化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，為降低風カ發(fā)電成本提供一種可行途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是通過調(diào)整風機之間串并聯(lián)關(guān)系來控制風力發(fā)電場的實際輸出電壓的方法及系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了ー種風カ發(fā)電場輸出電壓控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成風力發(fā)電場內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)，電參數(shù)傳感器檢測風力發(fā)電機的實時參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在干執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。當執(zhí)行器位于第一位置時，發(fā)電機組之間為并聯(lián)關(guān)系；當執(zhí)行器位于第二位置吋， 發(fā)電機組之間為串聯(lián)關(guān)系；當執(zhí)行器位于第三位置時，可將發(fā)電機組從輸電網(wǎng)絡(luò)中切除。總控制器根據(jù)接收到的實時數(shù)據(jù)進行分析，按照內(nèi)部預置的風カ發(fā)電場的控制算法推導出輸電網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方案。另外本發(fā)明提供了一種風カ發(fā)電場輸出電壓控制方法，采用的是被動調(diào)節(jié)模式， 設(shè)風カ發(fā)電機總數(shù)為m，風カ發(fā)電場的目標輸出電壓為Vaim，其特征在于，該方法包括以下步驟I)電參數(shù)傳感器在不同的轉(zhuǎn)速下獲取各臺風カ發(fā)電機輸出電壓Vi, i G [l，m]；2)總控制器根據(jù)Vi以及串聯(lián)風カ發(fā)電機臺數(shù)k，計算出分組數(shù)，得到風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，使得分組后的風カ發(fā)電場的預測電壓V與目標電壓Vaim之間偏差值最3)按照偏差值最小的風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作，實現(xiàn)風カ發(fā)電機組間串并聯(lián)關(guān)系調(diào)整。本發(fā)明還提供一種風カ發(fā)電場輸出電壓控制方法，采用主動調(diào)節(jié)模式，設(shè)風カ發(fā)電機總數(shù)為m，風カ發(fā)電場的目標輸出電壓為Vaim，其特征在于，該方法包括以下步驟I)利用測風傳感器測量各臺風機的風カ參數(shù)Xi, i G [l，m]；2)根據(jù)風機的風速-發(fā)電機端電壓特性曲線預估下一時刻各臺風機的輸出電壓 Vi, i G [I, m]；3)總控制器根據(jù)Vi以及串聯(lián)風カ發(fā)電機臺數(shù)k，計算出分組數(shù)，得到風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，使得分組后的風カ發(fā)電場的預測電壓V與目標電壓Vaim之間偏差值最4)按照偏差值最小的風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作，實現(xiàn)風カ發(fā)電機組間串并聯(lián)關(guān)系調(diào)整。


圖I是現(xiàn)有的他勵磁式直驅(qū)直流發(fā)電機系統(tǒng)圖；圖2示出風機轉(zhuǎn)速對發(fā)電機端電壓的影響；圖3是本發(fā)明中采用的主從結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)示意圖；圖4是本發(fā)明中采用的對等結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明中的風カ發(fā)電機組可采用他勵式直驅(qū)直流發(fā)電機組，額定功率為2. 2kW，額定轉(zhuǎn)速1450rpm，其輸出電壓隨風機轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系如圖2所示。在勵磁電流為0. 5A條件下，當風機轉(zhuǎn)速從300rpm提高到1200rpm時，發(fā)電機的端電壓從62V升高到250V。由圖2可知，勵磁電流為0. 5A時的發(fā)電機端電壓與風機轉(zhuǎn)速可用下式表示y = 0. 208889x,式中y為發(fā)電機端電壓,單位為V ；x為風機轉(zhuǎn)速,單位為rpm。設(shè)風カ發(fā)電場中風カ發(fā)電機總數(shù)m為1000臺，風カ發(fā)電場的目標輸出電壓Vaim為 IOOOVo為達到1000的總輸出電壓，需要串聯(lián)的風機臺數(shù)k采用下式進行估算k = round (Vaim/y) = round (1000/0. 208889x)分組數(shù)n采用下式進行估算n = round (m/k) = round (1000/k)下表顯示了不同轉(zhuǎn)速吋，串并聯(lián)方案的初歩預估值及與目標電壓的偏差
權(quán)利要求
1.ー種風カ發(fā)電場輸出電壓控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將風カ發(fā)電機產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成風カ發(fā)電場內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)，電參數(shù)傳感器檢測風力發(fā)電機的實時參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在干執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當執(zhí)行器位于第一位置時，發(fā)電機組之間為并聯(lián)關(guān)系；當執(zhí)行器位于第二位置時，發(fā)電機組之間為串聯(lián)關(guān)系；當執(zhí)行器位于第三位置時，可將發(fā)電機組從輸電網(wǎng)絡(luò)中切除。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的總控制器根據(jù)接收到的實時數(shù)據(jù)進行分析，按照內(nèi)部預置的風カ發(fā)電場的控制算法推導出輸電網(wǎng)絡(luò)調(diào)整方案。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述總控制器可以由在發(fā)電單元中設(shè)置地位相等的分控制器替代，分控制器之間通過Modbus進行通訊，協(xié)調(diào)模塊間的線路配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行器采用具有輔助模塊的接觸器，該輔助模塊可將接觸器的動作情況反饋給總控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電機組為直流發(fā)電機組或者交流發(fā)電機組+AC/DC轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制算法為設(shè)風カ發(fā)電機總數(shù)為m，風カ發(fā)電場的目標輸出電壓為Vaim，并采用以下步驟1)電參數(shù)傳感器在不同的轉(zhuǎn)速下獲取各臺風カ發(fā)電機輸出電壓Vi,i G [l，m]；2)總控制器根據(jù)Vi以及串聯(lián)風カ發(fā)電機臺數(shù)k，計算出分組數(shù)，得到風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，使得分組后的風カ發(fā)電場的預測電壓V與目標電壓Vaim之間偏差值最小；3)按照偏差值最小的風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作，實現(xiàn)風カ發(fā)電機組間串并聯(lián)關(guān)系調(diào)整。
8.一種風カ發(fā)電場輸出電壓控制方法，采用的是被動調(diào)節(jié)模式，設(shè)風カ發(fā)電機總數(shù)為 m，風カ發(fā)電場的目標輸出電壓為Vaim，其特征在于，該方法包括以下步驟1)電參數(shù)傳感器在不同的轉(zhuǎn)速下獲取各臺風カ發(fā)電機輸出電壓Vi,i G [l，m]；2)總控制器根據(jù)Vi以及串聯(lián)風カ發(fā)電機臺數(shù)k，計算出分組數(shù)，得到風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，使得分組后的風カ發(fā)電場的預測電壓V與目標電壓Vaim之間偏差值最小；3)按照偏差值最小的風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作，實現(xiàn)風カ發(fā)電機組間串并聯(lián)關(guān)系調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在干在步驟3)中當執(zhí)行器位于第一位置時，發(fā)電機組之間為并聯(lián)關(guān)系；當執(zhí)行器位于第二位置時，發(fā)電機組之間為串聯(lián)關(guān)系；當執(zhí)行器位于第三位置時，可將發(fā)電機組從輸電網(wǎng)絡(luò)中切除。
10.一種風カ發(fā)電場輸出電壓控制方法，采用主動調(diào)節(jié)模式，設(shè)風カ發(fā)電機總數(shù)為m， 風カ發(fā)電場的目標輸出電壓為Vaim，其特征在于，該方法包括以下步驟1)利用測風傳感器測量各臺風機的風カ參數(shù)Xi,i G [I, m]；2)根據(jù)風機的風速-發(fā)電機端電壓特性曲線預估下一時刻各臺風機的輸出電壓Vi, i G [I, m]；3)總控制器根據(jù)Vi以及串聯(lián)風カ發(fā)電機臺數(shù)k，計算出分組數(shù)，得到風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，使得分組后的風カ發(fā)電場的預測電壓V與目標電壓Vaim之間偏差值最小；4)按照偏差值最小的風カ發(fā)電機分組的串并聯(lián)方案，執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作，實現(xiàn)風カ發(fā)電機組間串并聯(lián)關(guān)系調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電場輸出電壓控制系統(tǒng)，包括輸電線路、電參數(shù)傳感器、總控制器和執(zhí)行器，其中輸電線路用于將風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能傳輸出去，輸電線路及執(zhí)行器組成風力發(fā)電場內(nèi)的輸電網(wǎng)絡(luò)，電參數(shù)傳感器檢測風力發(fā)電機的實時參數(shù)，并通過總線向總控制器傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于執(zhí)行器通過接收總控制器的指令并執(zhí)行線路切換操作。通過調(diào)整風機之間串并聯(lián)關(guān)系來控制風力發(fā)電場的實際輸出電壓的方法及系統(tǒng)，降低對風機性能的要求并為風機系統(tǒng)的簡化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，為降低風力發(fā)電成本提供一種可行途徑。
文檔編號H02J3/38GK102611139SQ20121007596
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者南寅, 王立昌 申請人:首瑞(北京)投資管理集團有限公司