变速恒频风力发电机控制系统2..doc

摘 要 当今对可再生能源的开发利用中，风能由于其突出的优点而成为研究的热点，风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实选择。目前各种风力发电技术的发展方兴未艾，其中变速恒频风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视。本文在传统风力发电技术的基础上，主要致力于研究变速恒频双馈风力发电技术，从改善运行性能及增强实用性的角度出发，对变速恒频双馈风力发电技术展开了比较全面的理论性研究。 通过查阅资料，首先分析了变速恒频风力发电的原理，并对风力发电机组的主要机型和控制技术做了简要概述。接着对变速恒频双馈风力发电系统的控制进行了研究，最后详细分析了该风力发电系统的结构以及基本原理，并提出了控制策略对其进行控制。在风力发电系统中，采用最大功率跟踪控制算法，能够有效地从风中获得最大能量。 关键词：变速恒频；尖速比；IGBT变流器；变桨距控制  目 录 摘 要 I 绪 论 3 1 风力发电机的基本结构和分类 4 1.1 风力机的结构 4 1.2 风力发电机组的分类 4 2 变速恒频风力发电技术 6 2.1变速恒频风力发电系统结构 6 2.2 变速恒频风力发电机组的运行原理 7 2.3双馈风力发电机基本原理 9 2.3.1 双馈发电机的运行状态 10 3 变速恒频风力发电控制系统的设计 11 3.1 变速恒频风力发电机组的运行状态分析 11 3.2 变速恒频风力发电机组电气控制系统的基本结构和功能 14 3.2.1 电气控制系统基本框图 14 3.2.2 系统功能 15 3.3 电气控制系统的实现方法 16 3.3.1 控制系统相关参数 16 3.3.2 硬件接口设计 18 3.3.3控制系统抗干扰设计 21 3.4 控制程序编制思路及流程图 22 参考文献 26 附录1变速恒频风力发电控制系统主控图 27  1 风力发电机的基本结构和分类 1.1 风力机的结构 风力发电是将风的动能转换为机械能，再带动发电机发电，转换成电能。风力发电机的样式虽然多，但其原理和结构还是大同小异。目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，由气动性能优异的叶片(一般为2-3个叶片)装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的塔架举起，由于变速恒频风力发电技术研究风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。如图1-1所示，其工作原理为当风流过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，时轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。目前也有无齿轮箱式机组可降低震动、噪音，提高发电效率，但成本相对较高。 1：轮毂(装叶片) 2：传动系统 3：增速齿轮箱4：刹车系统5：发电机6：塔架7：风速风向仪 图1-1 并网型风力发电系统 1.2 风力发电机组的分类 按照不同的分类方式，风力发电机组可分为以下几种类型： 1. 按照风轮桨叶分类 变桨型。高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。 2. 按风轮转速分类 定速型。风轮保持一定转速运行，风能转换效率低，与恒速发电机对应。 变速型 1）双速型。可在两个设定转速运行、风能转换率低，与双速发电机对应。 2）连续变速型。在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。 3. 按照传动机构分类 齿轮箱升速型。用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）。 直驱型。直接连接低速风力机和低速发电机（避免齿轮箱故障）。 4. 按发电机分类 异步型 笼型单速异步发电机。 2）笼型双速变极异步发电机。 3）绕线式双馈异步发电机。 同步型 电励磁同步发电机； 2）永磁同步发电机。 5. 按并网方式分类 并网型。并入电网，可省却储能环节。 离网型。一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载与柴油发电机、光伏电池并联运行。 2 变速恒频风力发电技术 2.1变速恒频风力发电系统结构 在变速恒频风力发电系统中，需要一种功率转换装置将发电机发出的电能控制为恒频。变速恒频风力发电系统图如图2-1所示，其主要组成环节及作用如下： (1) 风力机把风能转化为动能。 (2) 变速齿轮箱进行转速转换，将风机的低转速转化为发电机运行所需要的高转速。 (3) 风力发电发电机把风力机输出的机械能转变为电能。 (4) 发电机侧变流器由自关断器件(如GIR、IGBT、GTO等)构成AC/DC变