風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制原理

1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制原理摘要：本文綜述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣控制。在介紹風(fēng)力渦輪機(jī)特性的基礎(chǔ)上介紹了雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)和永磁同步全饋發(fā)電系統(tǒng)，具體介紹了雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過程，最后簡單介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一些輔助控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：風(fēng)力渦輪機(jī)；雙饋異步；永磁同步發(fā)電系統(tǒng)概述：經(jīng)過20年的發(fā)展風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)從基本單一的定槳距失速控制發(fā)展到全槳葉變距和變速恒頻控制，目前主要的兩種控制方式是：雙饋異步變槳變速恒頻控制方式和低速永磁同步變槳變速恒

2、頻控制方式。在講述風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)之前，我們需要了解風(fēng)力渦輪機(jī)輸出功率與風(fēng)速和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。風(fēng)力渦輪機(jī)特性：1，風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)力渦輪從自然風(fēng)能中吸取能量的大小程度用風(fēng)能利用系數(shù)Cp表示：P風(fēng)力渦輪實(shí)際獲得的軸功率????空氣密度S風(fēng)輪的掃風(fēng)面積V上游風(fēng)速根據(jù)貝茲（Betz）理論可以推得風(fēng)力渦輪機(jī)的理論最大效率為：Cpmax=0.593。2，葉尖速比?為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來衡量，稱為葉尖速比?。

3、n風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速????風(fēng)輪叫角頻率R風(fēng)輪半徑V上游風(fēng)速在槳葉傾角?固定為最小值條件下，輸出功率PPn與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速NNn的關(guān)系如圖1所示。從圖1中看，對(duì)應(yīng)于每個(gè)風(fēng)速的曲線，都有一個(gè)最大輸出功率點(diǎn)，風(fēng)速越高，最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)得轉(zhuǎn)速越高。如故能隨風(fēng)速變化改變轉(zhuǎn)速，使得在所有風(fēng)速下都工作于最大工作點(diǎn)，則發(fā)出電能最多，否則發(fā)電效能將降低。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率還與槳葉傾角?有關(guān)，關(guān)系曲線見圖2。圖中橫坐標(biāo)為槳葉尖速度比，縱坐標(biāo)為輸出功率系統(tǒng)Cp。在圖2中

4、，每個(gè)傾角對(duì)應(yīng)于一條Cp=f(?)曲線，傾角越大，曲線越靠左下方。每條曲線都有一個(gè)上升段和下降段，其中下降段是穩(wěn)定工作段（若風(fēng)速和傾角不變，受擾動(dòng)后轉(zhuǎn)速增加，?加大，Cp減小，渦輪機(jī)輸出機(jī)械功率和轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)子減速，返回穩(wěn)定點(diǎn)。）它是工作區(qū)段。在工作區(qū)段中，傾角越大，?和Cp越小。3，變速發(fā)電的控制變速發(fā)電不是根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制功率和轉(zhuǎn)速，而是根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)控制，因?yàn)轱L(fēng)速信號(hào)擾動(dòng)大，而轉(zhuǎn)速信號(hào)較平穩(wěn)和準(zhǔn)確（機(jī)組慣量大）。三段控制要求：低風(fēng)速

5、段Ｎ＜Ｎｎ，按輸出功率最大功率要求進(jìn)行變速控制。聯(lián)接不同風(fēng)速下渦輪機(jī)功岸的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中。永磁同步全饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行和雙饋系統(tǒng)基本類似，也通過同步切入過程，和正常運(yùn)行階段，控制方式也采用上述的三段式控制。永磁同步全饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的全部電功率都通過變頻器，變頻器容量需按１００％功率選取，比雙饋系統(tǒng)容量大，投資和損耗大，使用永磁同步發(fā)電機(jī)，電機(jī)輕，取消變速齒輪結(jié)構(gòu)減輕了整機(jī)重量，變換器增加的投資可以從機(jī)械結(jié)構(gòu)的節(jié)約中得到

6、補(bǔ)償。７，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的輔助控制系統(tǒng)這些輔助控制系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主控制器控制，主要包括：槳葉傾角控制系統(tǒng)：槳葉傾角控制通過液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速增加升至額定轉(zhuǎn)速后，通過加大傾角來維持轉(zhuǎn)速不變，目前工程上使用線性ＰＩＤ控制器來進(jìn)行控制。偏航控制系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)有兩個(gè)主要目的：一是使風(fēng)輪跟蹤變化穩(wěn)定的風(fēng)向，二是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于偏航作用，機(jī)艙內(nèi)引出的電纜發(fā)生纏繞時(shí)，自動(dòng)解除纏繞。偏航系統(tǒng)一般通過控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)：風(fēng)葉

7、的制動(dòng)系統(tǒng)采用液壓的盤式剎車系統(tǒng)，一般安排在高速軸上。具有三種剎車方式：正常停機(jī)方式；安全停車方式；緊急停車方式。其他安全保護(hù)系統(tǒng)：其他安全保護(hù)系統(tǒng)主要有：超速保護(hù)、電網(wǎng)失電保護(hù)、電氣保護(hù)（過壓，過流）、雷擊保護(hù)、機(jī)艙機(jī)械保護(hù)、槳葉保護(hù)、緊急安全鏈保護(hù)等等。結(jié)束語：目前風(fēng)力發(fā)電的主要方向：陸地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用１５／２Ｍ雙饋異步發(fā)電機(jī)組。離岸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用４／５Ｍ永磁同步全饋發(fā)電機(jī)組。建設(shè)大型或者超大型的風(fēng)力電場(chǎng)（有上百臺(tái)風(fēng)力機(jī)組組成）