風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)方案

1、.風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)功能研究風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)簡介風(fēng)力發(fā)電機組由多個部分組成， 而控制系統(tǒng)貫穿到每個部分， 其相當于風(fēng)電系統(tǒng)的神經(jīng)。因此控制系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機組的工作狀態(tài)、 發(fā)電量的多少以及設(shè)備的安全性。自熱風(fēng)速的大小和方向是隨機變化的，風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)和退出電網(wǎng)、輸入功率的限制、風(fēng)輪的主動對封以及運行過程中故障的檢測和保護必須能夠自動控制。同時，風(fēng)力資源豐富的地區(qū)通常都是邊遠地區(qū)或是海上，分散布置的風(fēng)力發(fā)電機組通常要求能夠無人值班運行和遠程控制，這就對風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)的自動化程度和可靠性提出了很高的要求。與一般的工業(yè)控制過程不同， 風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系

2、統(tǒng)。他不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機組運行參，對機組進行控制。 而且還要根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向的變化，對機組進行優(yōu)化控制， 以提高機組的運行效率?？刂葡到y(tǒng)的組成風(fēng)力發(fā)電機由多個部分組成， 而控制系統(tǒng)貫穿到每個部分， 相當于風(fēng)電系統(tǒng)的神經(jīng)。因此控制系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機的工作狀態(tài)、 發(fā)電量的多少以及設(shè)備的安全。 目前風(fēng)力發(fā)電亟待研究解決的的兩個問題： 發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量都和風(fēng)電控制系統(tǒng)密切相關(guān)。 對此國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究， 取得了一定進展，隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展， 為風(fēng)電控制系統(tǒng)的研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標分為三個層次： 這就是保證風(fēng)力發(fā)電機組安全可靠運行，獲取

3、最大能量，提供良好的電力質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)組成主要包括各種傳感器、 變距系統(tǒng)、運行主控制器、 功率輸出單元、無功補償單元、并網(wǎng)控制單元、安全保護單元、通訊接口電路、監(jiān)控單元。具體控制內(nèi)容有：信號的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉(zhuǎn)速控制、自動最大功率學(xué)習(xí)參考.點跟蹤控制、功率因數(shù)控制、偏航控制、自動解纜、并網(wǎng)和解列控制、停機制動控制、安全保護系統(tǒng)、就地監(jiān)控、遠程監(jiān)控。當然對于不同類型的風(fēng)力發(fā)電機控制單元會不相同?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1 所示：用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)和故障等情況軟切入控制無功補償控制主控制器啟動與切換控制啟控制投切補償電容動電流控制三相不運行監(jiān)控、系統(tǒng)起

4、、停其它功能模塊控制電平衡保護網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測變距系統(tǒng)液壓系統(tǒng)制動系統(tǒng)調(diào)向系統(tǒng)功率控制轉(zhuǎn)速剎車機構(gòu)壓力剎車機構(gòu)根據(jù)風(fēng)向調(diào)向控制保持自動解纜圖 2-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖控制系統(tǒng)的類型對于不同類型的風(fēng)力發(fā)電機， 控制單元會有所不同， 但主要是因為發(fā)電機的結(jié)構(gòu)或類型不同而使得控制方法不同案。學(xué)習(xí)參考.雙饋發(fā)電機雙饋電機的結(jié)構(gòu)類似于繞線式感應(yīng)電機，定子繞組也由具有固定頻率的對稱三根電源激勵， 所不同的是轉(zhuǎn)子繞組具有可調(diào)節(jié)頻率的三相電源激勵，一般采用交一交變頻器或交一直一交變頻器供以低頻電流。圖 2-2雙饋風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)示意圖雙饋電機勵磁可調(diào)量有三個： 一是可以調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值； 二是可以改變勵磁電流的

5、頻率； 三是可以改變勵磁電流的相位 通過改變勵磁頻率， 可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速這樣在負荷突然變化時，迅速改變電機的轉(zhuǎn)速，充分利用轉(zhuǎn)子的動能，釋放和吸收負荷， 對電網(wǎng)的擾動遠比常規(guī)電機小。 另外，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值和相位，來調(diào)節(jié)有功功率和無功功率。雙饋電機控制系統(tǒng)通過變頻器控制器對逆變電路小功率器件的控制， 可以改變雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值。 頻率及相位角， 達到調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速、 有功功率和無功功率的目的。既提高了機組的效率，又對電網(wǎng)起到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的作用。下圖是雙饋電機控制簡要框圖。圖 2-3 雙饋風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)示意圖整個控制系統(tǒng)可分為：轉(zhuǎn)速調(diào)整單元、有功功率調(diào)整單元和電壓調(diào)整單元 （無功功率

6、調(diào)整）。它們分別接受風(fēng)速和轉(zhuǎn)速。有功功率、無功功率指令，并產(chǎn)生一學(xué)習(xí)參考.個綜合信號，送給勵磁控制裝置，改變勵磁電流的幅值。頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機既可調(diào)節(jié)有功功率；又可調(diào)節(jié)無功功率，有風(fēng)時，機組并網(wǎng)發(fā)電；無風(fēng)時，也可作抑制電網(wǎng)頻率和電壓波動的補償裝置。雙饋電機應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中， 可以解決風(fēng)力機轉(zhuǎn)速不可調(diào)。 機組效率低等問題。同時，由于雙饋電機對無功功率。有功功率均可調(diào)，對電網(wǎng)可起到穩(wěn)壓。穩(wěn)頻的作用，提高了發(fā)電質(zhì)量。 與同步機交一直一交系統(tǒng)相比，它還具有變頻裝置容量?。ㄒ话銥榘l(fā)電機額定容量的10 20左右）、重量輕的優(yōu)點。但這種結(jié)構(gòu)也還存在一些問題，如控制電路復(fù)雜一些，不同

7、的控制方法效果有一定差異。另外該結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)更容易受到電網(wǎng)故障的影響。目前國內(nèi)有多家開發(fā)成功雙饋電機控制系統(tǒng)， 如蘭州電機有限責(zé)任公司與清華大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)合作研制的兆瓦級變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制設(shè)備，采用全數(shù)字化矢量控制方法。 中科院電工研究所研制的兆瓦級變速恒頻風(fēng)電機組電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 IGBT 技術(shù)、雙 PWM雙向可逆變流控制。永磁直驅(qū)同步發(fā)電機永磁直驅(qū)同步發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-4 所示。圖 2-4 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)圖由變漿距風(fēng)輪機直接驅(qū)動永磁同步發(fā)電機，省去了增速用齒輪箱。 發(fā)電機輸出先經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)IGBT（絕緣柵雙極晶體管）逆變器將電能送到電網(wǎng)。對

8、風(fēng)力發(fā)電機工作點的控制是通過控制逆變器送到電網(wǎng)的電流實現(xiàn)對直流環(huán)節(jié)電壓的控制，從而控制風(fēng)輪機的轉(zhuǎn)速。發(fā)電機發(fā)出電能的頻率、 電壓、電功率都是隨著風(fēng)速的變化而變化的，這樣有利于最大限度地利用風(fēng)能資源， 而恒頻恒壓并網(wǎng)的任務(wù)則由整流逆變系統(tǒng)系統(tǒng)完成。學(xué)習(xí)參考.永磁直驅(qū)同步發(fā)電機系統(tǒng)存在的缺點是：對永磁材料的性能穩(wěn)定性要求高，電機重量增加。另外，IGBT 逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機額定功率的 120 以上。發(fā)電機控制系統(tǒng)除了控制發(fā)電機 “獲取最大能量 ”外，還要使發(fā)電機向電網(wǎng)提供高品質(zhì)的電能。因此要求發(fā)電機控制系統(tǒng)：盡可能產(chǎn)生較低的諧波電流；能夠控制功率因數(shù)；使發(fā)電機輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化

9、；向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的功率。目前國內(nèi)外兆瓦級以上技術(shù)較先進的、 有發(fā)展前景的風(fēng)力發(fā)電機組主要是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組， 二者各有優(yōu)缺點。 單從控制系統(tǒng)本身來講，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組控制回路少，控制簡單，但要求逆變器容量大。而雙饋型風(fēng)力發(fā)電機組控制回路多，控制復(fù)雜些，但控制靈活，尤其是對有功、無功的控制，而且逆變器容量小得多。風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的目標風(fēng)力發(fā)電機組是利用風(fēng)輪系統(tǒng)實現(xiàn)了從風(fēng)能到機械能的能量轉(zhuǎn)換， 再利用發(fā)發(fā)電機和控制系統(tǒng)實現(xiàn)了從機械能到電能的轉(zhuǎn)換過程， 在空阿里風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)的控制目標時， 必須結(jié)合他們的運行方式和工作特點。 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標就是保證風(fēng)

10、力機發(fā)電機組安全可靠運行， 獲取最大風(fēng)能， 并提供良好的電力保證。（1）控制系統(tǒng)應(yīng)保持風(fēng)力發(fā)電機組安全可靠運行，同時高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓穩(wěn)定的交流電送人電網(wǎng)。（2）控制系統(tǒng)曹勇計算機控制技術(shù)實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機組的運行參數(shù)、工作狀態(tài)進行監(jiān)控、顯示以及故障處理。（3）利用計算機智能控制技術(shù)實現(xiàn)機組的功率優(yōu)化控制。對定槳距恒速風(fēng)保證沖擊電流小于額定電流。 力發(fā)電機組， 主要是進行軟切入、 軟切出及功率因數(shù)補償控制；對變槳距變速風(fēng)力發(fā)電機組， 主要是進行最佳尖速比和額定風(fēng)速以上的恒功率控制學(xué)習(xí)參考.（4）在大于起動風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下，風(fēng)力發(fā)電機組能自動起動、軟切入自動并網(wǎng)，寧可累死在路上，也