风力发电技术中的的控制问题幻灯片.ppt

叶尖扰流器的结构 (3)叶尖扰流器 (4)双速发电机 为了解决低风速运行时的效率问题，普遍采用双速发电机，分别设计成4级（对应额定转速为1500rpm）和6级（对应额定转速为1000rpm）。一般6级发电机的额定功率设计成4级的1/4到1/5。例如600kW的定桨距发电机组一般设计为6级150kW和4级600kW。 (5)功率输出 根据风能转换的原理，风力发电机组的功率输出主要取决于风速，但除此以外，气压、气温和气流扰动等因素也显著的影响其功率输出。对于定桨距风力发电机组，最大功率输出可能会出现30～50kW的偏差。因此在冬季与夏季，应对桨叶的安装角各作一次调整。 为了解决这一问题，制造商又研制了主动失速型定桨距发电机组，当风力发电机组超过额定功率后，桨叶节距主动向失速方向调节，将功率调整在额定值。 (6)节距角与额定转速的设定对功率输出的影响 对同样直径的风轮驱动的风力发电机组，其发电机额定转速可以有很大变化，而额定转速较低的发电机在低风速时具有较高的功率系数；额定转速较高的发电机在高风速时具有较高的功率系数。 4.3 定桨距风力发电机组的基本运行过程 待机状态 当风速大于3m/s，但不足以将发电机组拖动到切入的转速，或者从小功率状态切出，没有重新并入电网，此时风力机处于自由转动状态，称为待机状态。 风力发电机组的自起动 风轮在自然风速的作用下，不依靠其他外力的作用，将发电机拖动到额定转速。 风轮对风 制动解除 风力发电机组的并网与脱网 当平均风速高于3m/s时，风轮开始逐渐起动；风速继续升高，当v4m/s，机组可自起动到某一设定转速，此时发电机将按控制程序自动联入电网。一般总是小发电机先并网；当风速继续升高到7～8m/s，发电机将被切换到大发电机运行。 5 变桨距风力发电机组中的控制问题 20世纪90年代，风力发电机组的可靠性已经不是问题。 变距系统采用电液比例阀或电液伺服阀，构成闭环控制系统。 特点：功率输出稳定，低风速时风能利用系数高，改善了起动和制动性能。 5.1 变桨距风力发电机组的闭环控制结构 5.2 变桨距风力发电机组的特点 输出功率特性 功率在额定功率以下时，叶片节距角置于0度附近，可认为等同于定桨距系统；当功率超过额定功率时，通过变桨距和转子电流控制来稳定功率输出。 在额定点具有较高的风能利用系数 确保高风速段的额定功率 起动性能与制动性能 发电机使用小发电机和大发电机＋最佳转差率控制 5.3 变桨距风力发电机组的运行状态 根据变距系统所起作用可分为三种运行状态 起动状态（转速控制） 桨叶从90度到0度，通过转速控制器逐渐增加转速，到达同步转速附近寻找最佳时机并网。 欠功率状态（不控制） 不控制桨叶节距角，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比上。 额定功率状态（功率控制） 风速到达或超过额定风速后，通过变桨距系统根据发电机的功率反馈信号进行控制，当功率过大时，桨叶节距角就向迎风面积减小的方向转动，反之则向迎风面积增大的方向转动。 5.4 功率控制 功率控制系统 双闭环控制，外环转速环，使输出交流电频率控制在50Hz，内环功率环，控制功率输出的平稳和使风轮获得最大功率。 转子电流控制器原理 功率控制环实际上是通过控制转子电流来实现的，及根据给定的电流值，通过改变转子电路的电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差率能从1％～10％（1515～1650rpm），相应的转子平均电阻从0～100％变化。 转子电流控制器的结构 6 变速恒频风力发电机组中的控制问题 20世纪90年代中期至今。 把风速信号作为控制系统的输入变量进行转速和功率控制。 特点：低于额定风速时，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，增加了传动系统的柔性，解决了高次谐波和功率因素的问题，高效率、高质量的向电网提供电力。 相对于恒转速运行，变转速运行有以下优点： 具有较好的效率 能吸收阵风能量 系统效率高 改善功率品质 减小运行噪声 变速恒频是指在风力发电的过程中，发电机的转速可以跟踪风速的变化，由于 转 速 发 生 变 化 必 然 导 致 发 电 机 频 率 的 变 化 ， 必 须 采 用 适 当 的 控 制 手 段(AC—DC—AC 或 AC—AC 变频器)来保证与电网同频率后并入电网。 变速恒频风力发电机组机组在叶片设计上采用了变桨距结构。其调节方法是：在起动阶段，通过调节变桨距系统控制发电机转速，将发电机转速保持在同步转速附近，寻找最佳并网时机然后平稳并网； 6.1 变速恒频发电机组的基本结构 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