风力发电机组的控制技术(论文)

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1、风力发电机组的控制技术风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成；风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。10风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是海岛或边远地区甚至海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电

2、机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求。与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。20世纪80年代中期开始进入风力发电市场的定桨距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术，这些都是并网运行的风力发电机组需要解决的最基本的问题。由于功率输出是由桨叶自身的性能来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；而发电机转速

3、由电网频率限制。因此，只要在允许的风速范围内，定桨距风力发电机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的变化是不作任何控制的。这就大大简化了控制技术和相应的伺服传动技术，使得定桨距风力发电机组能够在较短时间内实现商业化运行。20世纪90年代后，风力发电机组的可靠性已经不是问题，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。采用全桨变距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改善。风力发电机组的液压系统不再是简单的执行机构，作为变距系统，它自身组成闭环控制系统，采用了电液比例阀或电液伺服阀，使控制系统的水平提高到一个新的

4、阶段。由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到20世纪90年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场。变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风力发电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定，特别是解决了高次谐波与功率因素等问题后，达到了高效率、高质量地向电网提供电力的目的。10可以说，风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到基

5、于变距技术的变速运行，已经基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。风力发电机组控制系统的结构：主控制器，用户界面，软切入控制，无功补偿控制，变距系统，液压系统，控制系统，调向系统目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用基于DCS技术的主用控制器，主控制器通过各类安装在现场的模块，对电网风况及风力发电机组运行参数进行监控并与其他功能模块保持通信，对各方面的情况作出总和，分析后发出各种控制指令。风力发电机组控制系统的基本功能：并网运行的风力发电机组的控制系统必须具备以下功能;1根据风速信号自动进入启动状态或电网切出2根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制

6、3根据风向信号自动对风4根据功率因素自动投入（或切出）相应的补偿电容5当发电机脱网时，能确保机组安全停机6在机组运行过程中能对电网风况和机组的运行状况进行监测和记录时出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施;并能够根据记录的数据生成各种图表以反映风力发电机组的各项性能指标。7对在风电场中运行的风力发电机组还应具备运程通信功能运行过程中的主要参数监测：（一）电力参数监测101、电压测量：电网冲击相电压超过450V0.2S过电压相电压超过433V50S低电压相电压低于329V50S电网电压跌落相电压低于260V0.1S相序故障2、电流测量：电流跌落两相不对称晶闸管故障3、频率4、功率因

7、数5、功率（二）风力参数监测1、风速2、风向（三）机组状态参数检测1、转速2、温度3、机舱震动4、电缆扭转5、机械刹车状况6、油位（四）各种反馈信号的检测控制器在以下指令发出后的设定时间内应收到动作已执行的反馈信号：1回收叶尖扰流器2松开机械刹车3松开偏航制动器4发电机脱网及脱网后的转速降落信号（五）增速器油温的控制（六）发电机温升控制（七）功率过高或过低的处理风力发电机组的基本控制策略：（一）风力发电机组的工作状态风力发电机组总是