专利名称：多风轮风电机组装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，是集成了多个风轮的小型风电机组的风电装置的控制方法，可充分利用清洁、无污染、可再生的风能，为人类生产、生活提供高效、可靠的电力能源。
背景技术：
目前，风力发电的应用主要分为两种形式一是在风资源丰富的地区将多台并网型风力发电机按照地形和主风向安装排列、组成机组向电网供电的风电场模式；二是在农牧民区主要用于牧民生活用电的独立、单一的小型离网型风力发电机的形式。
已经知道，风力资源丰富的地区通常都位于边远地区或海岛甚至海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够在无人值守的情况下运行和进行远程监控，对风力发电机组控制系统和网络系统的功能、稳定性和可靠性的要求较高。而且，由于风速和风向的变化，常常使叶轮转速发生改变而使输出功率变化，易造成并网冲击，降低电网的稳定性，而大型风电场往往远离城市，向用电密集区域远距离输电过程会造成功率损耗，增加了建设和输送费用，降低了效率，增加了能耗。另一方面，为分散居住的牧民提供生活用电的小型风力发电机，功率仅在几十或几百千瓦，只能满足照明、小型家用电器的使用，不能满足生产建设用动力能源的需要等，具有缺陷。
发明内容
本发明的目的在于避免分散布置的风力发电机组运行过程的随时在场监测，和因风速变化影响功率转化而造成的恒频变速控制和并网冲击等，为实现风电机组无人值守的情况下的运行和远程监控，及提高离散型小型风力发电机系统的功率，提供一种多风轮风电机组的控制方法。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种多风轮风电机组的控制方法，包括步骤a、现场的风向器、速度计、电压计将检测气流、转速、电压参数，将气流、转速和电压信息输入存储器，再由微小控制单元经因特网传送到远程计算机；b、远程计算机自动提取负载信息，根据气流、转速、电压和负载信息，按照设计的控制律，计算出多风轮风电机组的迎风角和最优的叶片桨距，得出最好的运行模式；c、然后，将b步得出的运行模式控制参数，经因特网传送到多风轮风电机组的本地计算机控制单元；d、本地计算机控制单元再作动相应的执行机构，控制调节叶片桨距角、机舱角和并网蓄能比，使每台风力发电机参数最佳，从而使多风轮风电机组达到最佳发电状态。
一种多风轮风电机组装置，所述多风轮风电机组，有多个风轮，由多个风电单元组成，其每一风电单元，均含有风轮、传动系统、发电机及相应的控制系统，传动系统、发电机及相应的控制系统，都按常规电连接并设置在相应位置，所有发电机都并联设置；多个风轮固置在支撑臂上，按照一定的阵列布置方式集合起来，集中安装在同一基础塔架上；控制系统，包括传感系统、执行机构、因特网、当地计算机和远程计算机；传感系统通过因特网与远程计算机相连，远程计算机同时通过因特网与当地计算机相连，当地计算机电连接执行机构，执行机构与调节叶片桨距角机构、机舱角机构和发电机电连接。
所述的装置，其所述支撑臂为水平设置或与地面有一角度，其一定的阵列布置方式，是矩形阵列或圆形阵列。
所述的装置，其所述传感系统，由现场的风向器、速度计、电压计组成。
本发明对多风轮风电机组提高效率，降低损耗，增加并网过程的平稳性等方面，具有显著的优势。多风轮风电机组装置是多个风轮按照一定的阵列布置方式集合起来，集中安装在同一基础塔架上的风电机组系统。其风轮位置集中，受力均匀，调整简便，在实施远程监控方面具有明显的优势。
与传统的风力发电监控形式相比，多风轮风电机组控制和方法的优点是1网络控制基于互联网的分布式控制系统，将风力发电的传感、决策、控制等上层机构与各种现场设备或装置联结在一起，能以较小的信息传输代价实现遥操作和遥控制，减少了中间环节的信息处理设备，实现了全系统的整体自动化和性能最优化。
2远程监控风电机组工作环境多变，腐蚀、磨损严重，检修任务繁重，利用传感网络系统，实施风机设备及其附件的高速在线监测、决策和控制，实时获取机组运行的动态参数，分析机组运行趋势，判断故障部位和形成原因。
3控制简单对于多风轮风电机组装置，采用一套控制系统即可实现多个风电机的控制目标，减少了控制环节，使控制律更为简单，有利于实现恒频功率输出，提高了系统的稳定性。
4增加功率在基本运行费用保持不变的前提下，多风轮风电机组输出功率成倍、成十倍地增加，提高了发电效率，增大了功率。
5降低费用基于网络的控制可不同程度地减少中间环节的微机和其它信息处理设备，降低了监控成本，与每一风电机单元都需一个独立测试和控制环节不同，在同样输出功率的要求下，多风轮风电机组造价低、费用省，能耗较低。
图1本发明多风轮风电机组的控制方法结构框图；图2本发明风力发电机组控制系统框图；图3本发明多风轮风电机组装置示意图；图3a为风轮。
具体实施例方式
一般来说，由于能量输出的不稳定和不确定因素，风电机组在并网的过程中都存在着冲击，而机组单机容量的增大使冲击的影响更加明显。过大的冲击电流不仅会降低风机系统的可靠性和寿命，而且会严重影响电网的供电质量和稳定性，控制调整能量输出的稳定性和实现平稳并网是现代风能利用技术的核心技术之一。多风轮风电机组的控制方法，通过传感网络与远程控制，利用并网前的速度控制和并网后的功率控制，提高风电机组并网的可靠性和运行效率，减小对电网和发电机的冲击，使并网冲击电流不大于1.5倍额定电流，实现风电机组最佳运行和稳定并网。通过变距系统对机组进行转速和功率的控制，以保证机组运行安全和可靠，同时提高机组的运行效率，增加年发电量，改善输出电能质量。本多风轮风电机组的控制方法为利用网络技术进行远程监控，对风力发电机组的传感系统和控制系统进行基于网络的远程操作。
多风轮风电机组控制方法，其每一风电单元，其组成均为风轮、传动系统、发电机及相应的传感系统和控制系统，如图1所示为本发明多风轮风力发电机控制方法结构框图。当风速v达到一定数值时，叶轮开始运转，从起动到额定转速，产生的机械能通过传动系统到发电机，转化为电能P，传感器构成的传感网络系统将对应设备及环境的参数通过因特网(Internet)通讯传送到远程计算机，构成远程监测网络系统。
在运行过程中，首先，风向器、速度计、电压计将检测气流、转速、电压等参数，将气流、转速和电压等信息输入存储器，再由微小控制单元经Internet传送到远程计算机。其次，远程计算机自动提取负载信息，根据气流、转速、电压和负载信息等，按照设计的控制律，计算出多风轮风电机组的迎风角和最优的叶片桨距，得出最好的运行模式。然后，此控制参数将经Internet传送到多风轮风电机组当地计算机控制单元，再作动相应的执行机构控制调节叶片桨距角、机舱角和并网蓄能比等风力发电机参数，构成远程自动控制网络系统。
由远程监测和自动控制的网络系统形成的网络传感和远程监测的监控系统，能够达到“当地简单，远程复杂”的控制目的，最终实现多风轮风电机组的恒频变速、安全运行、远程监控、平稳并网的最优运行模式。图2为本发明风力发电机组控制系统框图。图中，虚线框内为本控制系统的控制对象。控制系统包括传感系统、执行机构、因特网、当地计算机和远程计算机，所有部件按常规连接。传感系统由现场的风向器、速度计、电压计等组成，将各种参数通过因特网传给远程计算机，远程计算机根据设定的参数通过因特网指令当地计算机，当地计算机按指令操控执行机构动作，调节叶片桨距角、机舱角和并网蓄能比等风力发电机参数，使多风轮风电机组装置运行在最佳状况。
图3为实现本发明方法的多风轮风电机组装置示意图，如图所示，多风轮风电机组装置是由多个风电单元组成，其每一风电单元，均含有风轮1、传动系统、发电机及相应的控制系统。其中，多个风轮1固置在支撑臂2上，按照一定的阵列布置方式集合起来，集中安装在同一基础塔架3上。该支撑臂2可以为水平设置，也可以与地面有一角度，其阵列方式，可以是矩形或圆形阵列。而传动系统、发电机及相应的传感系统和控制系统，都按常规电连接并设置在相应位置。所有发电机都并联设置。这样组合设置的多风轮风电机组装置，风轮1位置集中，受力均匀，调整简便，能提高效率，降低损耗，增加并网过程的平稳性，在实施远程监控方面具有明显的优势。
多风轮风力发电机组控制方法的主要特点是1传感系统利用传感网络系统，实现了无人值守风电场，尤其是风力资源强盛的海岛或无人居住地区的风电系统，风电机组参数的信息化；2远程监控以较小的信息传输代价完成了遥操作和遥控制，实现了风电机组监测控制的网络化；3闭环控制多风轮风电机组的控制和方法能够实现多风轮风电机组的闭环控制，使集中安装的阵列式风电机组，能够获得最佳风向角，使功率输出更加平稳，减小并网冲击；4降低了费用阵列式风电场风能密度大体一致，单一发电单元的个别控制增加了控制复杂程度，和日常的维护检修费用，而传感网络和远程监控，能够在运行过程中降低费用，或在资金一定的情况下增加容量，提高产量。
权利要求
1.一种多风轮风电机组的控制方法，其特征在于，包括步骤a、现场的风向器、速度计、电压计将检测气流、转速、电压参数，将气流、转速和电压信息输入存储器，再由微小控制单元经因特网传送到远程计算机；b、远程计算机自动提取负载信息，根据气流、转速、电压和负载信息，按照设计的控制律，计算出多风轮风电机组的迎风角和最优的叶片桨距，得出最好的运行模式；c、然后，将b步得出的运行模式控制参数，经因特网传送到多风轮风电机组的本地计算机控制单元；d、本地计算机控制单元再作动相应的执行机构，控制调节叶片桨距角、机舱角和并网蓄能比，使每台风力发电机参数最佳，从而使多风轮风电机组达到最佳发电状态。
2.一种多风轮风电机组装置，有多个风轮，包括多个风电单元，其每一风电单元，均含有风轮、传动系统、发电机及相应的执行机构，传动系统、发电机及相应的执行机构，都按常规电连接并设置在相应位置，所有发电机都并联设置；其特征在于，多个风轮固置在支撑臂上，按照阵列布置方式集合起来，集中安装在同一基础塔架上；控制系统，包括传感系统、执行机构、因特网、当地计算机和远程计算机；传感系统通过因特网与远程计算机相连，远程计算机同时通过因特网与当地计算机相连，当地计算机电连接执行机构，执行机构与调节叶片桨距角机构、机舱角机构和发电机电连接。
3.如权利要求2所述的多风轮风电机组装置，其特征在于，所述支撑臂为水平设置或与地面有一角度，其阵列方式，是矩形或圆形阵列或稳定的几何阵列形式。
4.如权利要求2所述的多风轮风电机组装置，其特征在于，所述传感系统，由现场的风向器、速度计、电压计组成。
全文摘要
本发明多风轮风电机组装置及其控制方法，其装置为多个风轮固置在支撑臂上，按照阵列布置方式集合起来，集中安装在同一基础塔架上；其方法包括步骤a.现场采集气流、转速、电压参数，将气流、转速和电压信息输入存储器，再由微小控制单元经因特网传送到远程计算机；b.远程计算机根据气流、转速、电压和负载信息，计算出多风轮风电机组的迎风角和最优的叶片桨距，得出最好的运行模式；c.将b步得出的运行模式控制参数，经因特网传送到多风轮风电机组的本地计算机控制单元；d.本地计算机控制单元指令相应的执行机构，调节叶片桨距角、机舱角和并网蓄能比，从而使多风轮风电机组达到最佳发电状态。
文档编号F03D7/00GK101022260SQ200610003580
公开日2007年8月22日 申请日期2006年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者王飞跃, 郭大蕾 申请人:中国科学院自动化研究所