本发明涉及一种控制方法， 尤其涉及一种风力发电机组的功率控制方法。 背景技术

随着国内外风力发电机组装机容量的增加， 风电所占电网容量的不断增大， 风 电的电能质量问题就逐渐被市场和运营商所重 视。 风力发电机组的电能质量问题突 出表现在闪变， 谐波， 电压暂降等几个方面， 而尤为突出是风力发电机的闪变问题， 直接影响到风力发电机并网点的电压稳定性和 电力系统的安全性。 发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组的功 率控制方法， 能够在不改变现有 所用硬件的基础上， 对风力发电机组的功率控制系统进行改进， 同时提高了风力发 电机的发电效率， 减少了风力发电机的闪变， 同时也降低了转矩波动对风力发电机 硬件设备的损伤。 为实现上述目的， 本发明提供了一种风力发电机组的功率控制方 法， 其包括双 PID转矩计算控制步骤和转矩限值步骤，并在双 PID转矩计算控制步骤之间转换时， 力口入滞环。

实施时， 在双 PID转矩计算控制步骤中， 采用双 PID控制， 并成比例地调节两 PID参数。

实施时， 在双 PID转矩计算控制步骤中， 风力发电机组的当前转子转矩在一预 定范围内时， 转换为单 PID控制。 与现有技术相比， 本发明所述的风力发电机组的功率控制方法在 现有风力发电 机硬件的 出上， 通过结合风力发电机组的运行参数信息， 如转速、 功率、 转矩、 风速、 变桨角度等， 在一套新的控制算法的处理下， 将原来的功率波动较大， 修改 为风力发电机在运行风速范围内， 转矩和功率变化相对较緩， 减小风力发电机的闪 变大小， 可实现更佳的控制效果。 附图说明

图 1是采用现有的 PID转矩计算控制方法的风力发电机组的 T-n曲线图； 图 2是采用现有的转矩给定控制方法的风力发电� �组的 T-n曲线图；

图 3是采用本发明所述的风力发电机组的功率控� �方法的风力发电机组的 T-n 曲线图。 具体实施方式

本发明提供了一种风力发电机组的功率控制方 法， 对 MW级（双馈机组和全功 率变频机组）风力发电机组的功率控制系统进 行优化， 从而达到减小风力发电机闪 变的目的。 风力发电机组的功率控制系统包括以下两个部 分：

1、 风力发电机的主控系统， 主要作用是根据风力发电机的实际运行情况， 计 算出风力发电机的最优转矩；

2、 变频控制系统， 主要作用是将主控系统计算的最优转矩施加给 发电机。 目前， 行业内主要有两种技术方案来实现风力发电机 功率控制：

PID转矩计算控制方法：如图 1所示，在 AB段，转速维持在 nl,根据转速差（该 转速差为实际转速减去设定转速 nl )来做控制风力发电机的转矩； 在 BC段， 转速 在 nl到 n2变化， 根据转速差来控制转矩， 为了可以在 BC段保持风力发电机的较 高 CP值， 所以要通过限值的方式达到转矩控制的目的； 在 CD段， 转速维持在 n2, 根据转速差 （该转速差为实际转速减去设定转速 n2 )来做控制风力发电机的转矩； 在 DE段， 保持转矩不变， 通过变桨控制转速， 从而达到控制功率的目的。

转矩给定控制方法： 如图 2所示， 在 AB段， 转速维持在 ηθ到 nl之间变化, 根据转速差来做控制风力发电机的转矩； 在 BC段， 转速在 nl到 n2变化， 根据风 力发电机的参数通过仿真， 确定这个区间最优的转矩范围， 根据不同的转速， 来调 节转矩； 在 CD段， 转速在 n2到 n3之间变化，根据转速差来做控制风力发电机� ��转 矩； 在 DE段， 保持功率不变， 通过变桨控制输入功率， 从而达到控制转矩和转速 的目的。 针对风力发电机组功率控制问题导致闪变过大 的运行特点， 需要对以上所提的 两种方案进行修改和完善， 从而达到控制风力发电机输出闪变的目的。

1.PID转矩计算控制方法有以下缺点：

如图 1所示， 风力发电机在在 BC段运行时， 转速在 nl到 n2变化， 由于转矩 是通过转速差计算出来的， 所以并不一定是最优的转矩， 所以在 BC段 CP值可能 会降低， 另外还会造成闪变过大； 在 CD段， 转速维持在 n2,根据转速差（该转速差 为实际转速减去设定转速 n2 )来做控制风力发电机的转矩。 为了维持转速不变， 转 矩变化较大， 从而会导致风力发电机的闪变过大； 在 DE段， 保持转矩不变， 通过 变桨控制转速， 如果变桨速度较慢， 无法根据风速对叶片角度进行调整， 那么也会 导致风力发电机的闪变过大。

2. 转矩给定控制方法有以下缺点：

如图 2所示， 在 B和 C点附近时， 风力发电机转矩控制策略要发生变化， 即设 定转矩和 PID计算转矩的之间的变化，这样就会导致功率 波动过大，引起闪变超标。 本发明所述的控制方法如下所述：

1、 在 AB段, 通过调节风力发电机 PID (包括双 PID )参数， 调节转矩的变化 率， 可以达到减小闪变的目的；

2、 在 B点控制策略发生改变时， 通过加入滞环的方式来平滑控制策略发生改 变时转矩的波动， 从而减小闪变；

3、 在 BC段， 使用 PID (包括双 PID )控制加限值的方式， 不仅保证了转矩的 及时响应， 也减小了转矩的过大波动， 可以有效地降低风力发电机的闪变；

4、 在 C点控制策略发生改变时， 通过加入滞环的方式来平滑控制策略发生改 变时转矩的波动， 从而减小风力发电机的闪变； 。

5、 在 CD段， 通过调节风力发电机 PID (包括双 PID )参数， 调节转矩的变化 率， 可以达到减小闪变的目的；

6、 在 DE段， 通过调节风力发电机 PID (包括双 PID )参数来计算风力发电机 的额定转矩， 并通过加快变桨的响应速度来减小功率的波动 ， 从而降低风力发电机 的闪变大小。

( 1 ) BC段一般被称为可 "最优 CP曲线跟踪曲线" ；

( 2 )在 AB段， 根据实际转矩的大小， 进行成比例地调节 PID (双 PID )参数， 即调节 PID参数时， 保证两 PID参数的比值一直保持一预定比例， 如果实际转矩与 设定转矩相差很小时， 让其中的一个 PID停止工作； CD段同理；

( 3 )从 AB段到 BC段， 是从双 PID控制变换成双 PID加限值控制； 滞环的方 法目的是防止在 B点两种控制策略反复变换； 滞环的控制方法是转速超过（ nl+40 ) rpm以后， 才使用 BC段的控制策略； 转速小于 （ nl-20 ) rpm以后， 才使用 AB段 的控制策略。

( 4 ) BC段： 减小闪变的方法就减小功率波动； 单使用 PID控制， 会造成功率 的大幅波动； 单使用转矩给定会造成无法快速的跟踪最优转 矩， 转矩限值加双 PID 可以吸收两种控制方法的优点， 减小功率的波动。

图 3中的 B1C1、 B2C2是采用的限值方法的上限曲线和下限曲线� �

( 5 )在 DE段， 其他的控制策略是保持转矩恒定； 本专利的控制策略是通过双

PID控制， 小幅度的调整额定转矩， 并与加快变桨控制策略相结合， 达到稳定功率 的目的， 从而减小闪变。 本发明改变传统的风力发电机功率控制策略， 在两种控制策略转换过程中加入 滞环；

在最优 CP曲线跟踪过程中， 加入了双 PID控制和限幅控制；

在使用 PID转矩控制中， 加入了双 PID的控制策略。

在双 PID进行转矩控制时， 第一个控制环主要作用是减小动态误差， 第二个控 制环主要控制作用是减小稳态误差。 以上说明对发明而言只是说明性的， 而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的 情况下， 可做出许多修改、 变化或等 效， 但都将落入本发明的保护范围内。