专利名称：一种风力发电场控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种发电场内部输电网络的控制方法及实现此方法的系统方案，特别涉及ー种通过调整风力发电机(即风机)之间串并联关系来控制所述风カ发电场的实际输出电压的方法及系统。
背景技术：
随着环境污染的加剧和异常气候的频繁发生，世界各国对绿色能源的关注程度进 ー步提高。风电作为ー种无废弃物排放、持续可再生的緑色能源，已经得到了广泛的关注。 以我国为例，中国风电总装机容量自2007年起已经连续五年翻倍增长，全球风能理事会 2012年2月7日发布报告称，中国2011年风电装机容量新增18吉瓦，占全球总增量的2/5， 风电累计装机容量达到62. 7吉瓦，处于全球风电利用领袖的地位。风能具有蕴藏量大、可再生、分布广泛、无废弃物排放等优点，但其能量密度低、风力不稳定、风能分布地区差异大。鉴于风能较低的能量密度，通常采用建设大规模风カ发电场的形式来进行风カ发电，将多台风カ发电机的电能合并输出，以获取足够的能量供给用户。由于风能的不稳定性，一方面需要通过风场总控系统进行风场出力进行预测和调控，确保风カ发电场功率输出的稳定，另一方面需要通过风カ发电机复杂的机械和电气装置来获得稳定的电压输出。以目前较为常用的双馈变速恒频型风カ发电机组为例，此种风カ发电机组通过变桨系统、齿轮箱、双馈异步发电机、双向变流器等多套系统来确保在风カ变动时输出电压稳定在690V左右。由于现有的风场控制模式中主要依靠风机自身来确保电压的稳定，这种控制模式导致风机的结构变得复杂、技术难度增加、可靠性降低、成本也难以控制，使得风カ发电在成本上与传统发电方法相比失去竞争优势，限制了风カ发电这种緑色能源的推广。现有风场控制模式忽略了风机之间的协调能力，本质上只是多台风カ发电机的简单叠加，并未真正发挥多台风机之间相互组合的集群优势。为克服双馈异步发电机需配备齿轮箱，控制系统复杂等缺点，有学者提出了采用励磁电流可调节的直流发电机组方案，其系统结构如图I所示。当电机转速在一定的变化范围内时，通过调节励磁电流可以使输出电压稳定，较双馈异步发电机组更适于转速频繁波动的风カ发电系统。虽然此系统做出了一些改进，但仍需设置励磁电流调节装置，而且当风速偏离额定值时，励磁电流需要调整的幅度急剧增加，当风机转速较小时，甚至难以通过调节励磁电流实现稳定电压的目的。本发明针对现有风机及风场控制模式的不足，g在提出一种简单有效的风场总输出电压控制技木，克服传统控制模式对风机系统的依赖，降低对风机性能的要求并为风机系统的简化奠定技术基础，为降低风カ发电成本提供一种可行途径。
发明内容
本发明要解决的问题是通过调整风机之间串并联关系来控制风力发电场的实际输出电压的方法及系统。为解决上述技术问题，本发明提供了ー种风カ发电场输出电压控制系统，包括输电线路、电參数传感器、总控制器和执行器，其中输电线路用于将风力发电机产生的电能传输出去，输电线路及执行器组成风力发电场内的输电网络，电參数传感器检测风力发电机的实时參数，并通过总线向总控制器传输数据，其特征在干执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切换操作。当执行器位于第一位置时，发电机组之间为并联关系；当执行器位于第二位置吋， 发电机组之间为串联关系；当执行器位于第三位置时，可将发电机组从输电网络中切除。总控制器根据接收到的实时数据进行分析，按照内部预置的风カ发电场的控制算法推导出输电网络调整方案。另外本发明提供了一种风カ发电场输出电压控制方法，采用的是被动调节模式， 设风カ发电机总数为m，风カ发电场的目标输出电压为Vaim，其特征在于，该方法包括以下步骤I)电參数传感器在不同的转速下获取各台风カ发电机输出电压Vi, i G [l，m]；2)总控制器根据Vi以及串联风カ发电机台数k，计算出分组数，得到风カ发电机分组的串并联方案，使得分组后的风カ发电场的预测电压V与目标电压Vaim之间偏差值最3)按照偏差值最小的风カ发电机分组的串并联方案，执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切換操作，实现风カ发电机组间串并联关系调整。本发明还提供一种风カ发电场输出电压控制方法，采用主动调节模式，设风カ发电机总数为m，风カ发电场的目标输出电压为Vaim，其特征在于，该方法包括以下步骤I)利用测风传感器测量各台风机的风カ參数Xi, i G [l，m]；2)根据风机的风速-发电机端电压特性曲线预估下一时刻各台风机的输出电压 Vi, i G [I, m]；3)总控制器根据Vi以及串联风カ发电机台数k，计算出分组数，得到风カ发电机分组的串并联方案，使得分组后的风カ发电场的预测电压V与目标电压Vaim之间偏差值最4)按照偏差值最小的风カ发电机分组的串并联方案，执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切換操作，实现风カ发电机组间串并联关系调整。
图I是现有的他励磁式直驱直流发电机系统图；图2示出风机转速对发电机端电压的影响；图3是本发明中采用的主从结构控制系统示意图；图4是本发明中采用的对等结构控制系统示意图。
具体实施例方式本发明中的风カ发电机组可采用他励式直驱直流发电机组，额定功率为2. 2kW，额定转速1450rpm，其输出电压随风机转速的变化关系如图2所示。在励磁电流为0. 5A条件下，当风机转速从300rpm提高到1200rpm时，发电机的端电压从62V升高到250V。由图2可知，励磁电流为0. 5A时的发电机端电压与风机转速可用下式表示y = 0. 208889x,式中y为发电机端电压,单位为V ；x为风机转速,单位为rpm。设风カ发电场中风カ发电机总数m为1000台，风カ发电场的目标输出电压Vaim为 IOOOVo为达到1000的总输出电压，需要串联的风机台数k采用下式进行估算k = round (Vaim/y) = round (1000/0. 208889x)分组数n采用下式进行估算n = round (m/k) = round (1000/k)下表显示了不同转速吋，串并联方案的初歩预估值及与目标电压的偏差
权利要求
1.ー种风カ发电场输出电压控制系统，包括输电线路、电參数传感器、总控制器和执行器，其中输电线路用于将风カ发电机产生的电能传输出去，输电线路及执行器组成风カ发电场内的输电网络，电參数传感器检测风力发电机的实时參数，并通过总线向总控制器传输数据，其特征在干执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切換操作。
2.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于当执行器位于第一位置时，发电机组之间为并联关系；当执行器位于第二位置时，发电机组之间为串联关系；当执行器位于第三位置时，可将发电机组从输电网络中切除。
3.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于所述的总控制器根据接收到的实时数据进行分析，按照内部预置的风カ发电场的控制算法推导出输电网络调整方案。
4.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于所述总控制器可以由在发电单元中设置地位相等的分控制器替代，分控制器之间通过Modbus进行通讯，协调模块间的线路配合。
5.根据权利要求I或2所述的控制系统，其特征在于所述执行器采用具有辅助模块的接触器，该辅助模块可将接触器的动作情况反馈给总控制器。
6.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于所述发电机组为直流发电机组或者交流发电机组+AC/DC转换器。
7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于所述的控制算法为设风カ发电机总数为m，风カ发电场的目标输出电压为Vaim，并采用以下步骤1)电參数传感器在不同的转速下获取各台风カ发电机输出电压Vi,i G [l，m]；2)总控制器根据Vi以及串联风カ发电机台数k，计算出分组数，得到风カ发电机分组的串并联方案，使得分组后的风カ发电场的预测电压V与目标电压Vaim之间偏差值最小；3)按照偏差值最小的风カ发电机分组的串并联方案，执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切換操作，实现风カ发电机组间串并联关系调整。
8.一种风カ发电场输出电压控制方法，采用的是被动调节模式，设风カ发电机总数为 m，风カ发电场的目标输出电压为Vaim，其特征在于，该方法包括以下步骤1)电參数传感器在不同的转速下获取各台风カ发电机输出电压Vi,i G [l，m]；2)总控制器根据Vi以及串联风カ发电机台数k，计算出分组数，得到风カ发电机分组的串并联方案，使得分组后的风カ发电场的预测电压V与目标电压Vaim之间偏差值最小；3)按照偏差值最小的风カ发电机分组的串并联方案，执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切換操作，实现风カ发电机组间串并联关系调整。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在干在步骤3)中当执行器位于第一位置时，发电机组之间为并联关系；当执行器位于第二位置时，发电机组之间为串联关系；当执行器位于第三位置时，可将发电机组从输电网络中切除。
10.一种风カ发电场输出电压控制方法，采用主动调节模式，设风カ发电机总数为m， 风カ发电场的目标输出电压为Vaim，其特征在于，该方法包括以下步骤1)利用测风传感器测量各台风机的风カ參数Xi,i G [I, m]；2)根据风机的风速-发电机端电压特性曲线预估下一时刻各台风机的输出电压Vi, i G [I, m]；3)总控制器根据Vi以及串联风カ发电机台数k，计算出分组数，得到风カ发电机分组的串并联方案，使得分组后的风カ发电场的预测电压V与目标电压Vaim之间偏差值最小；4)按照偏差值最小的风カ发电机分组的串并联方案，执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切換操作，实现风カ发电机组间串并联关系调整。
全文摘要
本发明公开了一种风力发电场输出电压控制系统，包括输电线路、电参数传感器、总控制器和执行器，其中输电线路用于将风力发电机产生的电能传输出去，输电线路及执行器组成风力发电场内的输电网络，电参数传感器检测风力发电机的实时参数，并通过总线向总控制器传输数据，其特征在于执行器通过接收总控制器的指令并执行线路切换操作。通过调整风机之间串并联关系来控制风力发电场的实际输出电压的方法及系统，降低对风机性能的要求并为风机系统的简化奠定技术基础，为降低风力发电成本提供一种可行途径。
文档编号H02J3/38GK102611139SQ20121007596
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者南寅, 王立昌 申请人:首瑞(北京)投资管理集团有限公司