一种双电机风力发电机组的并网控制方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及风力发电技术领域，具体地说，涉及一种双电机风力发电机组的并网控制方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，大型风力发电机组多采用永磁电机直驱机组和异步电机双馈机组的结构型式，这两种风力发电机组均配置一台发电机。
[0003]直驱风电机组风轮通过联轴器直接与电机输入轴连接，发电机转速随风速而改变，变流器将频率变化的交流电整流为直流电，再逆变为与电网同频率的交流电。该机组由于需采用多级低速永磁电机，随着机组设计容量的增大，给电机设计、加工制造带来困难，并且需要全功率变流器，设备投资大。
[0004]双馈风电机组风轮通过增速机与电机输入轴相连接，允许发电机在同步转速上下30 %范围内运行，当低负荷运行时，风能利用系数低，机组效率低。
[0005]此外，由于机组在整个运行风速范围内气流对桨叶的攻角是在不断变化，如果风力发电机组的转速不能随风速的变化而调整，就必然使叶轮在低风速时的效率降低(如果将最高效率点设置在低风速区，则会使桨叶过早进入失速状态)。
[0006]为解决低风速时的效率问题，有些定桨距风力发电机组采用双速发电机(双电枢发电机)，低风速时低速绕组发电，高风速时高速绕组发电。
[0007]随着各种结构和连接形式的双电机风力发电机组的出现，如何以低成本实现二个电机之间的协同工作，并解决二个电机之间的功率分配及并网控制问题，提高风能利用系数，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双电机风力发电机组的并网控制方法，可解决现有技术中二个电机协同工作难的缺陷。
[0009]本发明的双电机风力发电机组的并网控制方法，所述风力发电机组包括第一电机、第二电机和分动箱，所述分动箱的二个输出轴分别连接所述第一电机和第二电机，所述第一电机连接变流器，所述并网控制方法包括以下步骤:
[0010]第一电机并网时，所述变流器调整所述第一电机的功率；
[0011]第一电机和第二电机共同并网时，所述变流器调整所述二个输出轴的转速，以调整所述第一电机和第二电机的功率分配；
[0012]第二电机切入或切出时，所述变流器调整所述二个输出轴的转速，使得所述第二电机符合切入或切出条件。
[0013]进一步地，第一电机和第二电机共同并网时，包括以下步骤:
[0014]控制所述变流器使第一电机以低于额定功率进行恒功率工作，第二电机自适应风速；
[0015]在第二电机达到额定功率时，第二电机以额定功率进行恒功率工作，第一电机自适应风速，直至达到机组的额定功率。
[0016]进一步地，所述低于额定功率具体为额定功率的50%。
[0017]进一步地，第一电机和第二电机共同并网时，控制所述变流器使第一电机和第二电机的功率的比值固定，直至达到机组的额定功率。
[0018]进一步地，第一电机和第二电机共同并网时，控制所述变流器使第一电机以额定功率恒功率工作，所述第二电机自适应风速，直至达到机组的额定功率。
[0019]进一步地，还包括步骤:在达到机组的额定功率时，通过变桨系统调整机组桨距角。
[0020]进一步地，还包括步骤:在风速达到机组切出风速时，通过变桨系统调整机组桨距角，并且先控制第二电机切出，再控制第一电机切出。
[0021]进一步地，当第一电机和第二电机均切出后，调整变桨系统的桨距角度为90度，偏航系统调整风轮侧风，机组安全停机。
[0022]进一步地，还包括检测机组是否故障的步骤，若所述第一电机或变流器故障，所述第二电机独立工作；若所述第二电机故障，所述第一电机独立工作。
[0023]进一步地，所述第二电机独立工作时，通过变桨系统调整机组桨距角，使得所述第二电机符合切入或切出条件。
[0024]本发明的双电机风力发电机组的并网控制方法，采用二套发电系统，机组功率等于第一电机功率、第二电机功率之和。在低风速时，第一电机变速工作，可通过变流器调整电磁转矩使风轮工作在风能最大利用系数对应的转速，提高风能利用率及机组效率；在高风速时，可通过变流器调整第一电机和第二电机的功率分配。本发明的并网控制方法能实现机组大功率输出，并且控制简单可靠，易于实施。
[0025]此外，本发明还可以在第一电机和第二电机共同并网时，采用预设功率模式、第一电机额定功率模式及比值分配功率模式等分配方式，以适应于不同区域的风力发电环境，提尚风能利用率及机组效率。
[0026]进一步地，本发明还可包括正常工作模式和故障工作模式，第一电机和第二电机均可独立发电，在其中一个发电系统故障时，不影响机组发电，提高机组发电小时数。
【附图说明】
[0027]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0028]图1是本发明一实施例的双电机风力发电机组故障判断的流程图；
[0029]图2是本发明一实施例的双电机风力发电机组在故障模式时的发电运行流程图；
[0030]图3是本发明一实施例的双电机风力发电机组并网的流程图；
[0031]图4是本发明一实施例的双电机风力发电机组脱网的流程图；
[0032]图5是本发明一实施例的双电机风力发电机组的发电运行流程图；
[0033]图6a是本发明预设功率模式的功率图；
[0034]图6b是本发明第一电机额定功率模式的功率图；
[0035]图6c是本发明比值功率分配模式的功率图。
【具体实施方式】
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0037]本发明中，术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。本发明各处的电机是指发电机。
[0038]本发明的并网控制方法用于双电机风力发电机组中，该双电机风力发电机组包括第一电机、第二电机和分动箱，分动箱的二个输出轴分别连接第一电机和第二电机，第一电机连接变流器。在图1-6所示的各实施例中，第一电机对应于永磁电机，第二电机对应于感应电机。
[0039]应当清楚，前述第一电机和第二电机可采用多种类型的电机，如第一电机可为永磁同步电机或双馈异步电机，第二电机可为鼠笼电机；此外，还可将第一电机替换为鼠笼电机，将第二电机替换为永磁同步电机，或者其它可能方式，均包括在本发明的技术方案之内。
[0040]前述分动箱可以起到增速作用。此外，根据需要，该双电机风力发电机组还可包括双电机并网控制系统、旁路接触器、软起装置、并网断路器、无功补偿装置、Crowbar等。双电机并网控制系统根据系统需求，可以集成到风力发电机组主控或变流控制系统中，或者采用其它可能。旁路接触器、软起装置、并网断路器、无功补偿装置根据第二电机按需要配置，Crowbar按系统需要配置。
[0041 ] 本发明的并网控制方法包括以下步骤:
[0042]第一电机并网时，变流器调整第一电机的功率；
[0043]第一电机和第二电机共同并网时，变流器调整二个输出轴的转速，以调整第一电机和第二电机的功率分配；
[0044]第二电机切入或切出时，变流器调整二个输出轴的转速，使得第二电机符合切入或切出条件。
[0045]以上各步骤将在图1-6的描述中具体体现。由于变流器既可调整第一电机，又可调整第二电机，通过较小功率的变流器实现了较大功率的变速运行控制，相对于现有技术有效地降低了系统成本；由于小功率变流器技术成熟，因而制造难度低、可靠性好。
[0046]本发明由于采用二套发电系统，机组功率等于第一电机功率、第二电机功率之和。在低风速时，第一电机变速工作，可通过变流器调整电磁转矩使风轮工作在风能最大利用系数对应的转速，提高风能利用率及机组效率；在高风速时，可通过变流器调整第一电机和第二电机的功率分配。本发明的并网控制方法能实现机组大功率输出，并且控制简单可靠，易于实施。
[0047]图1所示是本发明一实施例的双电机风力发电机组故障判断的流程图，该检测机组是否故障的步骤属于并网控制方法的一部分，若第一电机或变流器故障，第二电机独立工作；若第二电机故障，第一电机独立工作。此外，第二电机独立工作时，通过变桨系统调整机组桨距角，使得第二电机符合切入或切出条件。
[0048]由于该实施例包括正常工作模式和故障工作模式，第一电机和第二电机均可独立发电，在其中一个发电系统故障时，不影响机组发电，提高机组发电小时数。图2是本发明一实施例的双电机风力发电机组在故障模式时的发电运行流程图，具体的工作过程说明如下:
[0049]永磁电机(第一电机)独立发电模式
[0050]a)当风速大于机组切入风速小于机组切出风速时，变桨系统调节桨距角；
[0051]b)通过调整桨距角使永磁电机升速，当永磁电机转速达到发电转速时，永磁电机并网发电；
[0052]c)当永磁电机未达到额定输出功率时，通过变流器调整永磁电机电磁转矩使风轮工作在风能最大利用系数对应的转速；
[0053]d)当永磁电机达到额定输出功率并且未达到机组切出风速时，通过变桨系统调整机组桨距角，永磁电机以额定功率发电；
[0054]e)当风速大于机组切出风速时，通过变桨系统减小机组输入功率，减小永磁电机功率，在接近永磁电机最低转速时，永磁电机脱网；继续调整桨距角度为90度，偏航系统调整风轮侧风，机组安全停机。
[0055]感应电机(第二电机)独立发电模式
[0056]a)风速大于感应电机独立工作模式时的切入风速并且小于机组切出风速，变桨系