发电机转速控制方法及装置
阅读：1016发布：2020-07-04
专利汇可以提供发电机转速控制方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种发 电机 转速控制方法和装置，其中方法包括：发电机以第一恒定转速启动运行；当发电功率达到第一 阈值 时，发电机根据获得的最佳 叶尖速比 运行；当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区；该方法能够在没有增加 硬件 成本的 基础 上提高 发电机组 的发电功率，增加了发电机组的发电量。，下面是发电机转速控制方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种发电机转速控制方法，其特征在于，包括：
发电机以第一恒定转速启动运行；
当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；
当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区；
所述发电机按照第一预定转速程序运行包括：
发电机以第二恒定转速运行；
当发电功率达到第二阈值时，发电机按照第二预定转速程序运行。
2.如权利要求1所述的发电机转速控制方法，其特征在于，还包括：
当发电机转速超过第二恒定转速值时，进行报警和/或当发电功率超过额定功率时，进行报警。
3.一种发电机转速控制装置，其特征在于，包括：
启动模块，用于发电机以第一恒定转速启动运行；
最佳叶尖速比模块，用于当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；
预定模块，用于当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
恒功率模块，用于当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区；
其中，所述预定模块包括：
第二检测单元，用于检测发电机转速是否达到第二恒定转速值；
第二运行单元，用于当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
其中，所述第二运行单元包括：
恒速子单元，用于发电机以第二恒定转速运行；
第三检测子单元，用于检测发电功率是否达到第二阈值；
第二运行子单元，用于当发电功率达到第二阈值时，发电机按照第二预定转速程序运行。
4.如权利要求3所述的发电机转速控制装置，其特征在于，所述最佳叶尖速比模块包括：
第一检测单元，用于检测发电功率是否到达第一阈值；
获取单元，用于当发电功率达到第一阈值时，获取最佳叶尖速比的值；
计算单元，用于根据获得的所述最佳叶尖速比的值，得到发电机转速值；
第一运行单元，发电机根据所述发电机转速值运行。
5.如权利要求3所述的发电机转速控制装置，其特征在于，所述恒功率模块包括：
第四检测单元，用于检测发电功率是否达到额定功率；
第三运行单元，用于当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
6.如权利要求3所述的发电机转速控制装置，其特征在于，还包括：
报警模块，用于当发电机转速超过第二恒定转速值时，进行报警和/或当发电功率超过额定功率时，进行报警。
7.如权利要求6所述的发电机转速控制装置，其特征在于，所述报警模块包括：
第五检测单元，用于检测发电机转速是否超过第二恒定转速值和/或发电功率是否超过额定功率；
报警单元，用于通过声音和/或指示灯报警。
发电机转速控制方法及装置
技术领域
背景技术
[0002] 风力发电机是将风能转化为电能的一种装置，风能转换效率同机组风轮转速控制曲线相关，但是由于受到发电机、变频器的机械、电气硬件条件等的约束，发电机的转速以及功率被限制在一定范围内，其中，例如变速变桨型风力发电机组的发电机转速控制曲线分为四段，分别为：
[0003] A段：第一转速恒定区(以恒转速运行)；
[0005] C段：第二转速恒定区(以恒转速运行)；
[0006] D段：恒功率运行区(以恒转速、恒功率运行)。
[0007] 这四段运行状态分别在发电机转速-功率曲线中的位置如下图1示，图1为现有技术中四段运行状态分别在发电机转速-功率曲线中的位置示意图。又由于发电机、变频器的机械、电气硬件条件等的改进需要花费大量的人力物力，花费比较大，如何在现有硬件的基础上，在机械安全运行的条件下，提高发电机组的输出功率，增加发电机组发电量是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种发电机转速控制方法，该方法能够在没有增加硬件成本的基础上提高发电机组的发电功率，增加了发电机组的发电量。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提供一种发电机转速控制方法包括：
[0010] 发电机以第一恒定转速启动运行；
[0011] 当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；
[0012] 当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
[0013] 当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
[0014] 其中，所述发电机按照第一预定转速程序运行包括：
[0015] 发电机以第二恒定转速运行；
[0016] 当发电功率达到第二阈值时，发电机按照第二预定转速程序运行。
[0017] 其中，发电机转速控制方法还包括：
[0018] 当发电机转速超过第二恒定转速值时，进行报警和/或当发电功率超过额定功率时，进行报警。
[0019] 本发明提供一种发电机转速控制装置包括：
[0020] 启动模块，用于发电机以第一恒定转速启动运行；
[0021] 最佳叶尖速比模块，用于当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；
[0022] 预定模块，用于当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
[0023] 恒功率模块，用于当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
[0024] 其中，所述最佳叶尖速比模块包括：
[0025] 第一检测单元，用于检测发电功率是否到达第一阈值；
[0026] 获取单元，用于当发电功率达到第一阈值时，获取最佳叶尖速比的值；
[0027] 计算单元，用于根据获得的所述最佳叶尖速比的值，得到发电机转速值；
[0028] 第一运行单元，发电机根据所述发电机转速值运行。
[0029] 其中，所述预定模块包括：
[0030] 第二检测单元，用于检测发电机转速是否达到第二恒定转速值；
[0031] 第二运行单元，用于当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行。
[0032] 其中，所述第二运行单元包括：
[0033] 恒速子单元，用于发电机以第二恒定转速运行；
[0034] 第三检测子单元，用于检测发电功率是否达到第二阈值；
[0035] 第二运行子单元，用于当发电功率达到第二阈值时，发电机按照第二预定转速程序运行。
[0036] 其中，所述恒功率模块包括：
[0037] 第四检测单元，用于检测发电功率是否达到额定功率；
[0038] 第三运行单元，用于当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
[0039] 其中，还包括：
[0040] 报警模块，用于当发电机转速超过第二恒定转速值时，进行报警和/或当发电功率超过额定功率时，进行报警。
[0041] 其中，所述报警模块包括：
[0042] 第五检测单元，用于检测发电机转速是否超过第二恒定转速值和/或发电功率是否超过额定功率；
[0043] 报警单元，用于通过声音和/指示灯报警。
[0044] 本发明所提供的一种发电机转速控制方法和装置，其中方法包括：发电机以第一恒定转速启动运行；当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区；该方法能够在没有增加硬件成本的基础上提高发电机组的发电功率，增加了发电机组的发电量。附图说明
[0045] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0046] 图1为现有技术中四段运行状态分别在发电机转速-功率曲线中的位置示意图；
[0047] 图2为本发明实施例提供的发电机转速控制方法的流程图；
[0048] 图3为本发明实施例提供的发电机系统安全运行线的示意图；
[0049] 图4为本发明实施例提供的发电机各段运行状态在发电机转速-功率曲线中的位置示意图；
[0050] 图5为本发明实施例提供的发电机改进前后各段运行状态在风速-叶尖速比(λ)曲线中的位置对比的示意图；
[0051] 图6为本发明实施例提供的发电机叶尖速比(λ)-功率系数的关系示意图；
[0052] 图7为本发明实施例提供的改进前后风速-功率的关系的对比示意图；
[0053] 图8为本发明实施例提供的发电机转速控制装置的结构框图；
[0054] 图9为本发明实施例提供的最佳叶尖速比模块的结构框图；
[0055] 图10为本发明实施例提供的预定模块的结构框图；
[0056] 图11为本发明实施例提供的恒功率模块的结构框图。
具体实施方式
[0057] 本发明的核心是提供一种发电机转速控制方法，该方法能够在没有增加硬件成本的基础上提高发电机组的发电功率，增加了发电机组的发电量。
[0058] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059] 请参考图2，图2为本发明实施例提供的发电机转速控制方法的流程图；该方法可以包括：
[0060] 步骤s100、发电机以第一恒定转速启动运行；
[0062] 步骤s110、当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；
[0063] 其中，当发电功率达到第一阈值时，这时需要根据当前的风速来控制发电机处于最佳转速，这时风轮机可以处于定桨距运行状态，发电机可以根据系统计算得到的最佳叶尖速比的数值，来确定发电机的最佳转速，以便实现最大风能跟踪；因此发电机根据获得的最佳叶尖速比运行。
[0064] 步骤s120、当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
[0065] 其中，由于发电机等硬件受到实际情况的限制，例如发电机的极限转速值等的限制等，当发电机转速达到第二恒定转速值时，便不能根据最佳叶尖速比运行。而是要保证发电机的转速不大于第二恒定转速值，来保证机械部件不会被损坏。
[0066] 其中，这里的第二恒定转速值相对于现有技术中的第二转速恒定区的恒转速值如图1所述C段的转速值是不一样的，本发明中的第二恒定转速值比C段的转速值要大。因为现有技术中是发电机一直以C段的转速值恒转速运行，达到额定功率，若现有技术中C段的转速值大的话在达到额定功率的过程中很可能会出现由于发电机开口电压、网测电流等设计的限制，造成不能够安全工作。
[0067] 其中，请参考图3，图3为本发明实施例提供的发电机系统安全运行线的示意图；其中，发电机转速同功率由于受到发电机、变频器的机械、电气硬件条件及性能要求的约束必须运行在一定的范围内，这就使得在发电机转速-功率坐标系中始终存在一条发电系统的安全运行线，这也就决定了机组的转速、功率运行区间不能超过安全线的范围。如图3所示粗线条：
[0068] A段：变频器、发电机容量设计限制
[0069] B段：发电机开口电压、网侧电流设计限制
[0070] C段：发电机轴承等结构设计限制
[0071] 由于主要受到如上述等因素的影响，这条发电系统安全线在右侧呈现出随着转速增加而功率逐步降低的趋势直至转速达到限定值。
[0072] 同时发电系统安全线是机组启动自我保护策略的临界线，在机组实际运行过程还需要为机组转速、功率留有一定的余量，故机组实际运行的转速-功率控制曲线应不仅小于发电系统安全线，同时还同发电系统安全线之间留有一定的缓冲区域。该缓冲区域的大小可以根据实际情况决定。因此本发明中第二恒定转速也需要在有所述A、B、C段所组成的发电机安全运行线之内即图3中A、B、C段所组成的发电机安全运行线左侧区域内。
[0073] 在确定第二恒定转速之后，当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；这时的第一预定转速程序需要保证在发电机运行时，速度不可以超过第二恒定转速，最后可以使得发电功率达到额定功率即可，具体的发电机运行过程，可以自行设定，优选的，可以先按照第二恒定转速恒转速运行一段时间，当发电功率接近额定功率时，在逐步降低发电机的运行转速知道发电功率达到额定功率。这样的以第二恒定转速恒转速运行一段时间可以减少发电机达到额定功率所需要的时间。其中，在降低转速的过程中也可以有很多方式，这些都只是所需时间多少的差异，当降低发电机转速的程序好时，可以以最小的时间达到额定功率。
[0074] 步骤s130、当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
[0075] 其中，由于发电机受到输出功率等的限制，即便风速更大时，也只能按照额定功率运行。发电机进入恒功率运行区。
[0076] 优选的，所述发电机按照第一预定转速程序运行包括：
[0077] 发电机以第二恒定转速运行；
[0078] 当发电功率达到第二阈值时，发电机按照第二预定转速程序运行。
[0079] 请参考图4，图4为本发明实施例提供的发电机各段运行状态在发电机转速-功率曲线中的位置示意图；本发明中的C段如图中粗线所示。
[0080] 基于上述技术方案，本发明实施例提供的一种发电机转速控制方法，通过在进入如图1所示的C段后发电机并没有以该转速恒转速运行，而是继续以最佳叶尖速比运行直到发电机转速达到第二恒定转速为止如图4中黑色粗线所示，该方法能够在没有增加硬件成本的基础上提高发电机组的发电功率，增加了发电机组的发电量。
[0081] 下面举例说明本发明中发电机转速控制方法的好处，请参考图5，图5为本发明实施例提供的发电机改进前后各段运行状态在风速-叶尖速比(λ)曲线中的位置对比的示意图；其中，粗线为本发明进入现有技术所述C点转速后的风速-叶尖速比λ的曲线图，也即图4中粗黑线所表示的本发明中实施例中C段的风速-叶尖速比λ的曲线图，从图5可显而易见的看到，改进后的最佳λ跟踪运行区延长了，同时本发明中C段的λ的基值得到了提高。
[0082] λ的基值的提高可以使得发电机的功率系数提高，请参考图6，图6为本发明实施例提供的发电机叶尖速比(λ)-功率系数(Cp)的关系示意图；根据图6所示，可以清楚的看到在现有技术中发电机在进入C段区域后(C段处于该曲线的左半部)，随着λ的降低Cp呈现递减的趋势。又因为从图5中可以得到C段运行区间改进后的λ运行值一致处于高于改进前的λ值，即再根据图6可以得出改进后C段运行区间的Cp值也将高于改进前，从而达到了发电量提升的目的。
[0083] 从功率也可以看到改进后的发电机运行能够提升发电量。请参考图7，图7为本发明实施例提供的改进前后风速-功率的关系的对比示意图；从图中可以看到发电机在运行的A、B和D段是与现有技术中A、B和D段的功率近似重合，但是本发明中在改进的C段即图中黑色粗线所示，明显比现有技术要高。从而可以证明本发明可以提高发电量。
[0084] 因此，可以得到采用此种控制技术提高了机组的发电功率，提高了机组利用效率，由于根据如图3所示的安全运行线的范围内，因此维持了原有机组满发功率时转速运行范围，有效的避免了因满发转速提高机组频繁超速的问题，且保持了之前功率传动系统不变，在没有增加硬件成本投入的基础上提高了机组发电量。
[0085] 可选的，发电机转速控制方法还包括：
[0086] 当发电机转速超过第二恒定转速值时，进行报警和/或当发电功率超过额定功率时，进行报警。
[0087] 这时要根据报警采取快速有效的措施，使系统工作在安全运行线以内，避免损坏设备。
[0088] 本发明实施例提供了发电机转速控制方法，可以通过上述方法能够在没有增加硬件成本的基础上提高发电机组的发电功率，增加了发电机组的发电量。
[0089] 下面对本发明实施例提供的发电机转速控制装置进行介绍，下文描述的发电机转速控制装置与上文描述的发电机转速控制方法可相互对应参照。
[0090] 请参考图8，图8为本发明实施例提供的发电机转速控制装置的结构框图；该装置可以包括：
[0091] 启动模块100，用于发电机以第一恒定转速启动运行；
[0092] 最佳叶尖速比模块200，用于当发电功率达到第一阈值时，发电机根据获得的最佳叶尖速比运行；
[0093] 预定模块300，用于当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行；
[0094] 恒功率模块400，用于当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
[0095] 请参考图9，图9为本发明实施例提供的最佳叶尖速比模块的结构框图；该最佳叶尖速比模块可以包括：
[0096] 第一检测单元210，用于检测发电功率是否到达第一阈值；
[0097] 获取单元220，用于当发电功率达到第一阈值时，获取最佳叶尖速比的值；
[0098] 计算单元230，用于根据获得的所述最佳叶尖速比的值，得到发电机转速值；
[0099] 第一运行单元240，发电机根据所述发电机转速值运行。
[0100] 请参考图10，图10为本发明实施例提供的预定模块的结构框图；该预定模块可以包括：
[0101] 第二检测单元310，用于检测发电机转速是否达到第二恒定转速值；
[0102] 第二运行单元320，用于当发电机转速达到第二恒定转速值时，发电机按照第一预定转速程序运行。
[0103] 可选的，所述第二运行单元可以包括：
[0104] 恒速子单元，用于发电机以第二恒定转速运行；
[0105] 第三检测子单元，用于检测发电功率是否达到第二阈值；
[0106] 第二运行子单元，用于当发电功率达到第二阈值时，发电机按照第二预定转速程序运行。
[0107] 请参考图11，图11为本发明实施例提供的恒功率模块的结构框图；该恒功率模块可以包括：
[0108] 第四检测单元410，用于检测发电功率是否达到额定功率；
[0109] 第三运行单元420，用于当发电功率达到额定功率时，发电机进入恒功率运行区。
[0110] 可选的，发电机转速控制装置还可以包括：
[0111] 报警模块，用于当发电机转速超过第二恒定转速值时，进行报警和/或当发电功率超过额定功率时，进行报警。
[0112] 可选的，所述报警模块可以包括：
[0113] 第五检测单元，用于检测发电机转速是否超过第二恒定转速值和/或发电功率是否超过额定功率；
[0114] 报警单元，用于通过声音和/指示灯报警。
[0115] 说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0116] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0117] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0118] 以上对本发明所提供的发电机转速控制方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
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