變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)PPT課件

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的研究,付冬梅,.,研究的主要內(nèi)容,1.風(fēng)力機(jī)組的特點(diǎn)及運(yùn)行過(guò)程,.,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn),1.機(jī)組的特點(diǎn),.,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn),2.運(yùn)行狀態(tài)由于變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到限制，對(duì)快速變化的風(fēng)速，通過(guò)改變節(jié)距來(lái)控制輸出功率的效果并不理想。因此，為了優(yōu)化功率曲線，最新設(shè)計(jì)的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行功率控制的過(guò)程中，其功率反饋信號(hào)不再作為直接控制葉片節(jié)距的變量。,.,研究的主要內(nèi)容,1.風(fēng)力機(jī)組的特點(diǎn)及運(yùn)行過(guò)程,.,變槳距控制系統(tǒng),變槳距系統(tǒng)分為葉尖局部變距和全葉片變距葉尖局部變距：通常只變?nèi)~尖部分(約0.25R0.30R)的節(jié)距角，其余部分翼展是定槳距的。全葉片變距又分為離心式變距和伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)式變距離心式變距：利用葉片本身或附加重錘的質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力作為動(dòng)力，使葉片偏轉(zhuǎn)變距。伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)式變距：大型風(fēng)電機(jī)組的變距，通常要借助電動(dòng)或液壓的伺服系統(tǒng)使葉片旋轉(zhuǎn)變距。,.,變槳距控制系統(tǒng),變槳距控制的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組起動(dòng)性能好，輸出功率穩(wěn)定，停機(jī)安全等；其缺點(diǎn)是增加了變槳距裝置控制復(fù)雜性。,.,變槳距控制系統(tǒng),風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，主要采用功率控制,變槳距系統(tǒng),在額定風(fēng)速以下時(shí)，葉片攻角處于0附近，此時(shí)葉片角度受控制環(huán)節(jié)精度的影響，變化范圍很小等同于定槳距,在額定風(fēng)速以上時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片的節(jié)距角，進(jìn)而改變?nèi)~片攻角，保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許范圍內(nèi),.,變槳距控制系統(tǒng),變槳距調(diào)節(jié)方法可以分為三個(gè)階段開(kāi)機(jī)階段：當(dāng)風(fēng)電機(jī)達(dá)到運(yùn)行條件時(shí)，計(jì)算機(jī)命令調(diào)節(jié)節(jié)距角。第一步將節(jié)距角調(diào)到45，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)，再調(diào)節(jié)到0，直到風(fēng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電。保持階段：當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，節(jié)距角保持在0位置不變。調(diào)節(jié)階段：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)即投入運(yùn)行，當(dāng)輸出功率變化時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)距角的大小，在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，使發(fā)電機(jī)的輸出功率基本保持不變。,.,變槳距控制系統(tǒng),變槳距執(zhí)行系統(tǒng)a、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，即槳距角位置跟隨變槳指令變化。b、校正環(huán)節(jié)是一個(gè)非線性控制器，具有死區(qū)補(bǔ)償和變槳限制功能。死區(qū)用來(lái)補(bǔ)償電動(dòng)變距機(jī)構(gòu)的不靈敏區(qū)，變槳限制防止超調(diào)。c、電動(dòng)變槳系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器，獨(dú)立的控制系統(tǒng)，電源，減速箱，齒盤(pán)，傳感器、主控制器等組成。d、位置傳感器給出實(shí)際變槳角度。,D/A轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器,位移傳感器,變槳距機(jī)構(gòu),電動(dòng)變槳系統(tǒng),活塞位移,槳距角,變槳給定,校正環(huán)節(jié),.,變槳距控制系統(tǒng),1.變槳距控制1、并網(wǎng)前的速度控制速度控制器控制從啟動(dòng)到并網(wǎng)的轉(zhuǎn)速控制，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速10r/min內(nèi)1s并網(wǎng)。進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，前饋通道將槳距角快速提高到45，500r/min減小到5，達(dá)到快速啟動(dòng)目的；非線性環(huán)節(jié)使增益隨節(jié)距角增加而減小，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩變化。,轉(zhuǎn)速控制器,變槳執(zhí)行器,變距機(jī)構(gòu),風(fēng)輪系統(tǒng),發(fā)電機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),槳距角,風(fēng)速,轉(zhuǎn)速給定A,轉(zhuǎn)速,.,變槳距控制系統(tǒng),速度控制器B受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的雙重控制。在達(dá)到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。與速度控制器A的結(jié)構(gòu)相比，速度控制器B增加了速度非線性化環(huán)節(jié)，以便控制節(jié)距角加速趨近于0。,2.變槳距控制,.,變槳距控制系統(tǒng),3.變槳距控制,b、功率控制器A并網(wǎng)后執(zhí)行變槳到最大攻角，低于額定功率（額定風(fēng)速）時(shí)控制器輸出飽和，攻角最大；高于額定風(fēng)速后進(jìn)入恒功率控制；引入風(fēng)速前饋通道，超過(guò)額定風(fēng)速后，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)起到快速補(bǔ)償作用。c、功率控制器B低于額定風(fēng)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率“實(shí)現(xiàn)”最佳葉尖速比調(diào)節(jié)，即風(fēng)速增加轉(zhuǎn)差率增大；高于額定風(fēng)速時(shí)配合功率控制器A維持功率恒定。原理是風(fēng)速出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，由于變槳調(diào)節(jié)的滯后使驅(qū)動(dòng)功率發(fā)生波動(dòng)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)子電流）使機(jī)組轉(zhuǎn)速變化而維持功率恒定，利用風(fēng)輪儲(chǔ)存和釋放能量維持輸入與輸出功率的平衡。,.,研究的主要內(nèi)容,1.風(fēng)力機(jī)組的特點(diǎn)及運(yùn)行過(guò)程,.,控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),本系統(tǒng)采用的是電動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)，電動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)可采用伺服電機(jī)對(duì)每個(gè)槳葉進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。伺服電機(jī)通過(guò)主動(dòng)齒輪與槳葉輪轂內(nèi)齒圈相嚙合，直接對(duì)槳葉的節(jié)距角進(jìn)行控制。位移傳感器采集槳葉節(jié)距角的變化從而構(gòu)成閉環(huán)控制。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或控制電源斷電時(shí)，電機(jī)由蓄電池等儲(chǔ)能裝置供電將槳葉調(diào)為順槳位置。,.,控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),電動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)圖,.,研究的主要內(nèi)容,1.風(fēng)力機(jī)組的特點(diǎn)及運(yùn)行過(guò)程,.,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型,建模仿真是研究節(jié)距角的變化對(duì)風(fēng)力機(jī)輸出功率的影響。1.風(fēng)輪的模型其中:J為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kgm2；為風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，單位為rad/s；T為風(fēng)輪所吸收的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩，單位為N.m；Te為發(fā)電機(jī)的反力矩，單位為N.m；,.,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型,風(fēng)輪獲取風(fēng)能的公式為轉(zhuǎn)矩公式為其中CT為轉(zhuǎn)矩系數(shù)2.槳距角的模型其中：T時(shí)間常數(shù)，單位為秒；參考節(jié)距角，單位為度；,.,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模型,3.系統(tǒng)線性化風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的非線性，通常在用模糊PID控制器時(shí)，需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此在建模過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化。葉尖速比即為槳葉尖部的線速度與風(fēng)速之比，由下式表示:其中：n風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速r/s；風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，rad/s;R風(fēng)輪直徑，m。對(duì)上式進(jìn)行求導(dǎo)，對(duì)轉(zhuǎn)矩公式進(jìn)行線性化得簡(jiǎn)化上式得,.,研究的主要內(nèi)容,1.風(fēng)力機(jī)組的特點(diǎn)及運(yùn)行過(guò)程,.,技術(shù)展望,風(fēng)能作為清潔的可再生的綠色能源，已經(jīng)受到世界各國(guó)的普遍重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也開(kāi)始成為越來(lái)越多國(guó)家的研究重點(diǎn)。風(fēng)力機(jī)變槳距控制技術(shù)及變槳距風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)研究取得了很大進(jìn)步，目前研究人員主要致力于解決通過(guò)控制槳距角使輸出功率平穩(wěn)、減小轉(zhuǎn)矩振蕩、減小機(jī)艙振蕩等問(wèn)題。Vestas公司推出OpiTip(最佳槳距角)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，不但優(yōu)化了輸出功率而且有效的降低的噪音。2006年B