风力发电机组的启动控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力领域，特别涉及一种风力发电机组的启动控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着风电装机容量的不断增加，优质风资源越来越少，提高风力发电机组的发电效率，尤其是低风速条件下的发电效率显得尤为重要。目前，为提高风力发电机组低风速条件下的发电效率，充分利用风能，行之有效的方法之一是降低风力发电机组的启动风速。
[0003]降低风力发电机组的启动风速的方法大致有四种，一是为发电机配备蓄电池等供电模块，当风速较低、发电机组无法启动时，将供电模块的电能反输入至发电机中，使发电机成为电动机，拖动风轮转动，该方法需要配备独立的供电模块，不仅增加了制造成本，而且需要外部能量，降低了发电机组的经济性；二是利用永磁轴承减小传动链的摩擦阻力以降低启动风速，该方法同样需要增加额外设备，增加了制造成本；三是修改叶片的气动外形，以改善低风速时发电机组的性能，但是修改叶片的气动外形，变化不大，该方法效果十分有限；四是在风力发电机组的发电机上同轴固定一个电动机，当风速较低时，由电动机带动风轮转动以达到并网转速，如图1所示，专利CN201020044819中公开了一种适用于低风速气动的持续运转风力发电机，包括与风力发电机转子I和风力发电机定子2同轴固定的一个电动机转子3以及一个电动机定子4，在风力达不到额定速度时，由电动机补充动力达到额定转速，该方法非常有效，但是需要增加额外的电动机，增加了制造成本。所以，目前降低风力发电机组的启动风速的方法，不能兼顾效果与成本，如何在提高风力发电机低风速条件下的发电效率，降低风力发电机组的启动风速的前提下，不增加风力发电机组的制造成本和能源消耗，是目前风力发电课题中亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出一种风力发电机组的启动控制系统和方法，以解决在提高风力发电机组低风速条件下发电效率，降低风力发电机组的启动风速的前提下，不增加制造成本和能源消耗的问题。
[0005]—方面，本发明提供了一种风力发电机组的启动控制系统，包括风速获取装置、转速获取装置、控制装置和调节装置。
[0006]风速获取装置，与控制装置连接，用于获取风力发电机组所处环境的实时风速，并将实时风速发送至控制装置。
[0007]转速获取装置，与控制装置连接，用于获取风力发电机组的发电机轴的实时转速，并将实时转速发送至控制装置。
[0008]控制装置，用于根据实时风速和实时转速，确定风力发电机组的叶片的目标桨距角，并根据目标桨距角发出控制信号。控制装置，还与调节装置连接，用于将控制信号发送至调节装置。
[0009]调节装置，用于根据控制信号，将叶片的桨距角调节至目标桨距角。
[0010]优选的，控制装置包括:
[0011]第一获取模块，用于获取包括实时风速、实时转速和与实时风速、实时转速一一对应的目标桨距角的关系对照表。
[0012]查找模块，与第一获取模块连接，用于根据实时风速和实时转速，查找关系对照表，确定目标桨距角。
[0013]优选的，控制装置包括:
[0014]第二获取模块，用于获取表征实时风速、实时转速和目标桨距角之间关系的数学模型。
[0015]计算模块，与第二获取模块连接，用于根据实时风速和实时转速，通过数学模型，计算目标桨距角。
[0016]更为优选的，目标桨距角，具体为使叶片获得最大启动力矩的桨距角，或使风力发电机组达到并网转速的桨距角。
[0017]更为优选的，风速获取装置，具体为风速传感器。
[0018]更为优选的，转速获取装置，具体为光电式转速传感器、光栅传感器、霍尔式转速传感器、电容式转速传感器、电涡流传感器的任意一种或多种。
[0019]另一方面，本发明还提供一种风力发电机组的启动控制方法，包括步骤:
[0020]获取风力发电机组所处环境的实时风速。
[0021 ] 获取风力发电机组的发电机轴的实时转速。
[0022]根据实时风速和实时转速，确定风力发电机组的叶片的目标桨距角，并根据目标桨距角发出控制信号。
[0023]根据控制信号，将叶片的桨距角调节至目标桨距角。
[0024]优选的，根据实时风速和实时转速，确定风力发电机组的叶片的目标桨距角的步骤，包括:
[0025]获取包括实时风速、实时转速和与实时风速、实时转速一一对应的目标桨距角的关系对照表。
[0026]根据实时风速和实时转速，查找关系对照表，确定目标桨距角。
[0027]优选的，根据实时风速和实时转速，确定风力发电机组的叶片的目标桨距角的步骤，包括:
[0028]获取表征实时风速、实时转速与目标桨距角之间关系的数学模型。
[0029]根据实时风速和实时转速，通过数学模型，计算目标桨距角。
[0030]更为优选的，目标桨距角，具体为使叶片获取最大启动力矩的桨距角或使风力发电机组达到并网转速的桨距角。
[0031]上述风力发电机组的启动控制系统和方法，能实时监测风力发电机组所处环境的实时风速和风力发电机组发电机轴的实时转速，根据监测的外部环境和风力发电机的自身状态与叶片桨距角的关系，确定叶片的目标桨距角，进而发出控制信号，将叶片的桨距角调节至目标桨距角，能增大叶片的启动力矩，带动风轮加速至并网转速，开始并网发电。由于该目标桨距角是根据实时的外部环境和风力发电机组的自身状态实时确定，不断调整，所以能适应环境变化和发电机组自身状态的变化，反应及时迅速。尤其是在风力发电机组所处环境的风速较低，发电机轴的转速可能不能达到并网转速，如100rpm左右时，在该实施例的风力发电机组的启动控制系统和方法下，则可通过将叶片的桨距角调节至目标桨距角，增大叶片的启动力矩，在低风速条件下带动风轮加速至并网转速，降低了风力发电机组的启动风速，进而提高了发电机组低风速条件下的发电效率，且无需额外设备，没有增加机组的制造成本和能源消耗。
【附图说明】
[0032]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:
[0033]图1为相关技术中适用于低风速气动的持续运转风力发电机的结构图；
[0034]图2为本发明风力发电机组的启动控制系统的一个实施例的结构图；
[0035]图3为本发明风力发电机组的启动控制系统的一个实施例的控制装置的优选实施例的子结构图；
[0036]图4为本发明风力发电机组的启动控制系统的一个实施例的控制装置的优选实施例的子结构图；
[0037]图5为本发明风力发电机组的启动控制方法的一个实施例的流程图；
[0038]图6为本发明风力发电机组的启动控制方法的一个实施例的控制步骤的优选实施例的子流程图；
[0039]图7为本发明风力发电机组的启动控制方法的一个实施例的控制步骤的优选实施例的子流程图。
【具体实施方式】
[0040]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。
[0041]如图2所示，显示了本发明第一实施例，一种风力发电机组的启动控制系统，包括风速获取装置10、转速获取装置20、控制装置30和调节装置40。
[0042]风速获取装置10，与控制装置30连接，用于获取风力发电机组所处环境的实时风速，并将实时风速发送至控制装置30。
[0043]具体的，风速获取装置10，为设置在风力发电机组附近的一个或多个能获取风力发电机组所处环境的实时风速的装置，实时监测所处环境的实时风速，并通过有线或无线通信方式发送至控制装置30的A/D转换接口。
[0044]转速获取装置20，与控制装置30连接，用于获取风力发电机组的发电机轴的实时转速，并将实时转速发送至控制装置30。
[0045]具体的，转速获取装置20，为能获取风力发电机组的发电机轴的实时转速的装置，实时监测发电机轴的实时转速，并通过有线或无线通信方式发送至控制装置30。
[0046]控制装置30，用于根据实时风速和实时转速，确定风力发电机组的叶片的目标桨距角，并根据目标桨距角发出控制信号。控制装置30，还与调节装置40连接，用于将控制信号发送至调节装置40。
[0047]具体的，控制装置30，根据实时监测的实时风速和实时转速，通过控制装置30内预先存储的实时风速、实时转速与叶片的目标桨距角之间的关系，确定叶片的目标桨距角，并根据该目标桨距角确定相应的控制信号，通过有线或无线通信方式将该控制信号发送至调节装置40。
[0048]调节装置40，用于根据控制信号，将叶片的桨距角调节至目标桨距角。
[0049]具体的，调节装置40在控制装置30的控制信号的作用下，驱动叶片进行变距运动，到达指定的目标桨距角。优选的，调节装置40，可选但不仅限于主流风机具备的变桨距执行机构，如电动变桨距执行机构、液压变桨距执行机构等。
[0050]在该实施例中，风力发电机组的启动控制系统能实时监测风力发电机组所处环境的实时风速和风力发电机组发电机轴的实时转速，根据监测的外部环境和风力发电机的自身状态与叶片桨距角的关系，确定叶片的目标桨距角，进而发出控制信号，将叶片的桨距角调节至目标桨距角，能增大叶片的启动力矩，带动风轮加速至并网转速，开始并网发电。由于该目标桨距角是根据实时的外部环境和风力发电机组的自身状态实时确定，不断调整，所以能适应环境变化和发电机组自身状态的变化，反应及时迅速。尤其是在风力发电机组所处环境的风速较低，发电机轴的转速可能不能达到并网转速，如100rpm左右时，在该实施例的风力发电机组的启动控制系统下，则可通过将叶片的桨距角调节至目标桨距角，增大叶片的启动力矩，在低风速条件下带动风轮加速至并网转速，降低了风力发电机组的启动风速，进而提高了发电机组低风速条件下的发电效率，且无需额外设备，没有增加机组的制造成本