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风力发电技术

第四章风力发电控制技术基础

第一节风力发电机组控制系统组成及工作原理

风力发电场简介

控制理论基础

风力发电机组控制系统

风力发电机组的控制方案

风力发电机组电气系统

风力发电机组的自动控制要求、功能和设计

风力发电机组的自动控制技术

矢速型风力发电机组并网运行控制

变速恒频风力发电机组变速控制

风力发电机组的变桨距功率控制

风力发电机组的稳定运行控制

第4章风力发电控制技术基础

4.1风力发电机组控制系统结构原理

4.1.1自动控制系统

1．自动控制的定义

自动控制就是利用控制装置自动地操纵机器设备或生产过程，

功能。使其具有希望的状态或能够实现某种生产过程自动化的所有设备集合即为自动控制系统。

4.1.1.2组成

它主要有控制装置

和广义被控对象(包括被控对象、执行机构、检测变送器等)两大部分组成。简单自动控制系统可以分为被控制对象和自动控制装置(包括测量变送组件、控制器

给定器给定器

给定器

给定器

控制器

执行机构

被控对象

变送器

广义对象

控制装置

被调量

4.1.1.3分类

图1.1通常自动控制系统组成由于各种被控对象的动态特性不尽

图1.1通常自动控制系统组成

相同，因此，设计满足性能指标要求的自动控制

系统的结构形式也随之不同；考虑到所设计系统的性能价格比，在设计过程中设备的选型也会不同。考虑以上种种因素，对自动控制系统就其结构、执行机构的动力源形式、

系统结定位形式以及所选择的控制器形式做以下分类：

a、按系统结构分类

(1)．开环(前馈)控制系统

开环控制系统是指控制器与被控对象之间的信号传递只有顺向作用，而没有反馈联系的控制过程即被调量的变化情况不参与系统的调节作用。开环控制的优点是调节作用直接而快速，它在扰动信号产生作用的同时即参与调节，但是，它的调节作用的针对性极强。

(2)．闭环负反馈控制系统

闭环负反馈控制系统是控制系统最常规的构成形式。被调量信号的变化情况是系统调节作用的依据，即调节作用是根据被调量的测量值与给定值的偏差而形成的。许多工

程实例均属这种结构形式。这种控制方式的优点是无论系统的扰动来自何方，只要被调量的测量值偏离给定值，则系统就会产生调节作用。不足之处则是调节速度较开环控制相比要馒些，因为它的调节作用是在被调量的测量值已经偏离给定值之后才开始的。

(3)．复合控制系统

闭环控制与开环控制的有机结合，可以构成具有较好性能指标的自动控制系统。

(4)．串级控制系统

由于被控对象的控制难度大大，一个控制器不能产生良好的控制效果时，可以选择两个控制器串行连接形成双回路串级反馈控制系统，以提高系统的控制水平。

b、按执行机构动力源分类

(I)电动控制系统。执行机构由电驱动的自动控制系统；

(2)液动控制系统。执行机构由液体压力驱动的自动控制系统：

(3)气动控制系统。执行机构由气体压力驱动的自动控制系统。

c、按给定值形式分类

(1)定值调节系统。给定值是一个确定的常数(如汽包水位控制系统)：

(2)随动调节系统。给定值是九法预知的变数(如单元机组负荷控制系统)：

(3)程序调节系统。给定值是己知变化规律的变数(如全程主汽温调节系统

d、按控制器形式分类

(U常规控制系统。由常规控制器构成的自动调节系统：

(2)计算机控制系统。由专用计算机作为控制器构成的自动调节系统。

e、按数学描述分类

(1)线性系统。可以用线性微分方程描述的系统，具有齐坎性和叠加性：

(2)非线性系统。只能用非线性微分方程描述的系统。

4.1.2、风力发电机组控制系统

4.1.2.1控制组成

风力发电机有许多种类型，大体分为水平轴和立轴两种类型，机组的控制系统大体的结构都相同。它通过系统的硬件和软件结构设计，完成风力发电机组各子系统按照机组发电运行的要求协调有序的工作，控制机组运行在最佳的设计工况，使风力发电机输出符合用户要求的电功率质量。控制系统硬件组成图所示：

图2：控制系统的结构组成框图如：

图3、风力发电机组控制系统组成框图

控制系统主要包括五大部分：机组各子系统传感器、发电运行核心控制器、功率控制器、变速控制器和控制输出执行机构。如失速定数风力发电机组的控制系统组成如图2。双馈式变速恒频风力发电机组控制系统组成如图3所示。

4.1.2.2、控制系统工作原理

控制系统上电以后,系统初始化,检查控制硬件、程序、传感器及相关的执行机构，确定比较所选的操作参数,接着就按机组要求正式启动，控制机组风轮转动，如果是变桨距机型，利用气动调节装置，控制转速从0-18RPM范围内，随着风速增加，转速上升，计算机开始时刻监测各个参数、输入,判断是否可以并网,判断参数有否超过极限、执行偏航、外设状态、机械制动或空气制动。当达到规定的并网转速时，系统并