風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)功能研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由多個(gè)部分組成，而控制系統(tǒng)貫穿到每個(gè)部分，其相當(dāng)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(jī)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(jī)變化的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)和退出電網(wǎng)、輸入功率的限制、風(fēng)輪的主動(dòng)對(duì)封以及運(yùn)行過(guò)程中故障的檢測(cè)和保護(hù)必須能夠自動(dòng)控制。同時(shí)，風(fēng)力資源豐富的地區(qū)通常都是邊遠(yuǎn)地區(qū)或是海上，分散布置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常要求能夠無(wú)人值班運(yùn)行和遠(yuǎn)程控制，這就對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的自動(dòng)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(guò)程不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。他不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行參，對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制。而且還要根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率?？刂葡到y(tǒng)的組成風(fēng)力發(fā)電機(jī)由多個(gè)部分組成，而控制系統(tǒng)貫穿到每個(gè)部分，相當(dāng)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(jī)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(gè)問(wèn)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(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，取得了一定進(jìn)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(biāo)分為三個(gè)層次：這就是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行，獲取最大能量，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(yùn)行主控制器、功率輸出單元、無(wú)功補(bǔ)償單元、并網(wǎng)控制單元、安全保護(hù)單元、通訊接口電路、監(jiān)控單元。具體控制內(nèi)容有：信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉(zhuǎn)速控制、自動(dòng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制、功率因數(shù)控制、偏航控制、自動(dòng)解纜、并網(wǎng)和解列控制、停機(jī)制動(dòng)控制、安全保護(hù)系統(tǒng)、就地監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)然對(duì)于不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制單元會(huì)不相同?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示：用戶界面用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)和故障等情況主控制器運(yùn)行監(jiān)控、系統(tǒng)起、停其它功能模塊控制電網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測(cè)軟切入控制啟動(dòng)與切換控制啟動(dòng)電流控制三相不平衡保護(hù)調(diào)向系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向調(diào)向自動(dòng)解纜變距系統(tǒng)功率控制轉(zhuǎn)速控制無(wú)功補(bǔ)償控制控制投切補(bǔ)償電容制動(dòng)系統(tǒng)剎車機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)剎車機(jī)構(gòu)壓力保持圖2-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖控制系統(tǒng)的類型對(duì)于不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，控制單元會(huì)有所不同，但主要是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)或類型不同而使得控制方法不同案。

永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)是：對(duì)永磁材料的性能穩(wěn)定性要求高，電機(jī)重量增加。另外，IGBT逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120％以上。發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)除了控制發(fā)電機(jī)“獲取最大能量”外，還要使發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供高品質(zhì)的電能。因此要求發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)：①盡可能產(chǎn)生較低的諧波電流；②能夠控制功率因數(shù)；③使發(fā)電機(jī)輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化；④向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的功率。目前國(guó)內(nèi)外兆瓦級(jí)以上技術(shù)較先進(jìn)的、有發(fā)展前景的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。單從控制系統(tǒng)本身來(lái)講，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制回路少，控制簡(jiǎn)單，但要求逆變器容量大。而雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制回路多，控制復(fù)雜些，但控制靈活，尤其是對(duì)有功、無(wú)功的控制，而且逆變器容量小得多。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的目標(biāo)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是利用風(fēng)輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從風(fēng)能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換，再利用發(fā)發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，在空阿里風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)時(shí)，必須結(jié)合他們的運(yùn)行方式和工作特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)就是保證風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)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(jī)組安全可靠運(yùn)行，同時(shí)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控、顯示以及故障處理。（3）利用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的功率優(yōu)化控制。對(duì)定槳距恒速風(fēng)保證沖擊電流小于額定電流。力發(fā)電機(jī)組，主要是進(jìn)行軟切入、軟切出及功率因