变速变桨控制基本原理介绍精要.ppt

变速变桨控制原理介绍 应 有 风力发电系统国家重点实验室 副主任 联系电话：0571邮箱：yingy@ 一、变速变桨型与定速失速型机组区别 二、变速变桨运行控制原理介绍 三、变速变桨控制技术介绍 主要内容 一、变速变桨型与定速失速型机组区别 变桨变速： 低风速运行变转速，追求最佳Cp，风能利用率较高；高风速时桨距角变化，限制功率。 定桨失速： 运行中，转速基本恒定，桨距角不可变 。 低风速时，风能利用率较低。 变速机组低风速时风能利用率较高的原因： 追求Cp=Cp(max). 风力机从风中捕获的能量： 风力机实际 获得的轴功率 上游风速 风能利用系数 风轮扫风面积 空气密度 叶尖速比： 叶尖速比 风轮角速度 风轮半径 上游风速 Cp=Cp(max) 失速型风机的Cp变化曲线 高风速区 低风速区 变速型风机的Cp变化曲线 (假设低风速时能全范围变转速) 一、变速变桨型与定速失速型机组区别 功率曲线的比较: 定桨失速型风机功率曲线 变桨变速型风机功率曲线 Cp=Cp(max) 范围较窄 Cp=Cp(max) 范围较宽 开始失速 一、变速变桨型与定速失速型机组区别 问题：从切入风速到额定风速(3m/s-11.2m/s)的整个范围内全是变速控制吗？都能追求到最佳Cp吗？ 全范围变速控制？ 恒功率，变桨控制 二、变速变桨运行控制原理介绍 变速变桨控制的运行功率曲线 分析： 要想追求最佳Cp，则 二、变速变桨运行控制原理介绍 受共振条件、变流器、叶尖速度等条件限制变速范围 则风轮转速与风速之间的关系为： 结论：假如发电机转速范围：658rpm—2457rpm 全范围追踪最佳Cp U=3m/s 658rpm U=11.2m/s 2457rpm 可实现 二、变速变桨运行控制原理介绍 Windey1.5MW机组(为例子)的转速范围: 求：Cp=Cp(max)所对应的风速范围？ 1030rpm—1800rpm (风轮转速9.9rpm—17.2rpm) 所以： windey1.5MW机组 3m/s-11.2m/s Cp=Cp(max) 不可实现！ 二、变速变桨运行控制原理介绍 分析： Cp=Cp(max) 问题：此曲线应该如何改动？ 二、变速变桨运行控制原理介绍 转速 恒定 阶段 变转速 运行区域 (Cp恒定区) 恒转速 运行区域 恒功率运行阶段，变桨控制 B C D E F C D E F 二、变速变桨运行控制原理介绍 结论： 变速机组的运行范围可划分四个阶段： 1).转速恒定阶段（BC） 2).变转速运行阶段(Cp恒定区)(CD) 3).恒转速运行阶段(DE) 4).恒功率运行阶段（EF） 二、变速变桨运行控制原理介绍 转速 恒定 阶段 变转速 运行区域 (Cp=Cp(max)) 恒转速 运行区域 恒功率运行阶段，变桨控制 B C D E F 1). 低风速下的变转速控制 PI控制 PI控制 ？ 常数 = 线性 关系 风速测量不可靠 怎么办？ 实现Cp=Cp(max) 三、变速变桨控制技术介绍 分析： U = = = 常数 常数 实现Cp=Cp(max) 三、变速变桨控制技术介绍 追求最佳Cp的两种方法： 1). 利用转速与风速之间的关系 2). 利用转矩与转速之间的关系 转速范围： 1030rpm—1800rpm Cp=Cp(max) 1030rpm 1800rpm 测量不可靠 不可控 Cp=Cp(max) 很难实现！ 1030rpm 1800rpm Cp=Cp(max) 恒功率 可测 可控 Cp=Cp(max) 可实现！ 三、变速变桨控制技术介绍 通过分析： 低风速下的转速控制 转矩控制 转速范围： 1030rpm—1800rpm 1030rpm 1800rpm 额定转矩 额定功率 PI控制 PI控制 变转速 三、变速变桨控制技术介绍 三、变速变桨控制技术介绍 转矩控制环的控制框图 高风速下的变桨控制 限制功率 三、变速变桨控制技术介绍 1.5MW 77m桨叶不同桨距角时的功率曲线 0 deg 5 deg 8 deg 15 deg 20 deg 25 deg 三、变速变桨控制技术介绍 问题：风速从3m/s变化到25m/s的过程中,windey1.5MW 变速机组的Cp如何变化？ 8m/s 4.5m/s 3m/s 11.2m/s 额定风速以上 为什么？ 因为桨距角变化 三、变速变桨控制技术介绍 分析： 额定风速以上Cp随桨距角的变化关系如下图： E 额定风速以上的Cp曲线 恒功率 恒功率1.5MW 额定风速以上功率恒定1.5MW 额定风速以上转速恒定 对应发电机转速1