风力发电控制策略讲述.pptx

风电控制 风力发电系统控制的目标主要有四个： 保证系统的可靠运行、能量利用率最大、电能质量高、机组寿命延长。 风力发电系统常规的控制功能有七个： ①在运行的风速范围内，确保系统的稳定运行； ②低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大风能； ③高风速时，限制风能的捕获，保持风力发电机组的输出功率为额定值； ④减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械应力和输出功率的波动，避免共振； ⑤减小功率传动链的暂态响应； ⑥控制器简单，控制代价小，对一些输入信号进行限幅； ⑦调节机组的功率，确保机组输出电压和频率的稳定。 为实现上述所要求的控制功能，风力发电机组的控制技术经历了三个主要发展阶段：从最初的定桨距失速恒频控制到后来的变桨距恒速恒频控制，目前主要发展变桨距变速恒频控制。 1 变桨控制 2 转矩（功率）控制 3 偏航控制 4 安全保护控制 1 变桨控制 2 转速控制（功率控制） 3 偏航控制 4 安全保护控制 变桨定义：叶片绕其安装轴旋转，改变叶片桨距角从而改 变风力机的气动特性。 目的：1.与定桨距风机相比，变桨距风力机风速范围宽 2.叶片桨距角的改变，可以很好的改善风轮机的启 动性能。 3.当风速超过额定风速时，通过变桨实现功率的稳 定输出。（重点） 4.风机停机后，改变桨距角使其顺桨（β=90º）， 进而使风机旋转力矩为零，起到保护风机的作用。 变桨控制 ： 风轮转矩 ：转矩系数 ：风速 可以看出：改变桨距角β后可以改变叶片的受力情况，进而改变风轮机的气动特性。 翼型的受力分析 功率稳定通过变桨的实现 从上面的公式可以看出：风机的输出功率由风速 和风能利用系数 决定。为了在高风速下得到稳定功率，只能调节 从式子可以看出β影响着功率的输出，所以要调节桨距角 从图上可以得到下面的结论： 1.对于固定的桨距角，存在唯一的风能利用系数最大值 对 应一个最佳叶尖速比 2.对于任意的也尖速比 桨距角为零下的风能利用系数 响应最 大 桨距角增大 风能利用系数 明显减小 以上两点即为变速恒频变桨距控制的理论依据：在风速低于额定风速的情况时，桨角为零 风速变化大时，通过变速恒频装置该笔按发电机转子转速，时风能利用系数在恒定在来捕获风能 在风速高于额定转速时调节桨距角从而减小发电机输出功率稳定在额定功率。 变桨风机与定桨风机的比较 从功率上看：变桨风机的功率输出更加稳定 定桨距失速控制的优点是失速调节简单可靠，由风速变化引起的输出功率的控制只通过桨叶的被动失速调节实现，没有功率反馈系统和变桨距机构，使控制系统大为简化，整机结构简单、部件小、造价低。其缺点是叶片重量大、成形工艺复杂，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低。 变桨距风力发电机组的调节与控制 变桨距风力机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角在一定范围（0～90º）变化，变桨距调节是指通过变桨距机构改变安装在轮毂上的叶片桨距角的大小，使风轮叶片的桨距角随风速的变化而变化，一般用于变速运行的风力发电机，主要目的是改善机组的起动性能和功率特性。 （1）根据其作用可分为三个控制过程：起动时的转速控制，额定转速以下（欠功率状态）的不控制和额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制。 a. 起动时的转速控制　 变距风轮的桨叶在静止时，桨距角β为90º，当风速达起动风速时，桨叶向0º方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风力机获得最大的起动转矩，实现风力发电机的起动 b. 额定转速以下（欠功率状态）的控制 为了改善低风速时的桨叶性能，近几年来，在并网运行的异步发电机上，利用新技术，根据风速的大小调整发电机的转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比上，以优化功率输出。 11 c. 额定转速以上（额定功率状态）的恒功率控制 当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，使桨距角β 向迎风面积减小的方向转动一个角度，β增大，功角α 减小，如图所示。从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持在额定值附近，这时风力机在额定点的附近具有较高的风能利用因数。 双馈异步发电机的转子通过双向变频器与电网连接，可实现功率的双向流动，功率变换器的容量小，成本低；既可以亚同步