风力发电厂成本控制

风力发电厂成本控制（精选12篇）

风力发电厂成本控制 第1篇

1 风机基础混凝土浇筑施工的要点

1.1 科学合理的混凝土配制

水化热较低的水泥是风机基础大体积混凝土浇筑的重要材料, 需要严格控制水泥的用量。混凝土试配以及施工配合至少要两家不同厂商的材料进行检验和试配。根据实验室原材料检验数据以及配合比设计, 并与工地实践相结合, 确定原材料厂家以及施工配合比。施工中, 严禁擅自更改配合比, 并严格按照规范准确称量, 不得超出计量偏差。

1.2 如何进行混凝土的浇筑

整体分层浇注, 单个基础浇筑控制不超过14小时, 分层厚度控制在40厘米以下。充分考虑天气状况, 避免雨天施工影响浇筑质量。为减小基础环受到的侧向力, 需要从风机基础环的外侧对称进行混凝土浇筑。在振捣过程中, 分段落实到人, 按顺序进行操作, 有效避免漏振和过振。振捣棒不能紧靠模板振动, 距离控制在200mm以上。在施工过程中, 尽量避让埋管、预埋件和钢筋等, 并在混凝土初凝之前发现问题。浇筑过程中需要专业测工控制基础环法兰水平度, 水平度误差值不超过2mm, 浇筑完之后进行复检。

1.3 如何进行混凝土表面处理和养护

具体做法是混凝土表面振捣抹平, 随后覆盖塑料薄膜、湿麻袋以及湿草帘。为避免混凝土水分蒸发, 在接缝处要搭接盖严, 养护要在混凝土表面的湿润状态下进行, 在混凝土浇筑后的12到14小时之间开始养护, 养护不得少于14天。混凝土拆模之后立即涂刷养护剂。同时, 覆盖保温材料, 及时的做好保湿以及保温工作, 定时的将保温层揭开, 为了覆盖层不能过热, 有利于混凝土的散热。

1.4 沉降观测

沉降观测遵循的标准是《建筑变形测量》JGJ/T8-97。严格按照设计图纸的要求设置沉降观测点, 在风机吊装前后直至到竣工, 最后投入使用这段时间内, 需要定期进行观测, 时间间隔为一星期, 对观测的数据进行整理, 计算出各次数据之间的沉降量、沉降差以及每周的沉降速度以及平均沉降量。

2 如何控制风力发电机组装的质量

2.1 安装塔架的质量控制

2.1.1 基础环与塔架之间的连接

(1) 严格检查基础环上法兰端面以及基础环上法兰端面与塔架下段法兰是否涂密封胶;塔架油漆涂抹后需要检查表面是否清洁, 对出现破损的漆膜进行补漆。

(2) 起吊过程中严格按照风电机组的安装措施进行。按照标记方位使下端塔架工作门严格对正, 慢慢将塔架放下, 使用两个小撬杠, 对正螺孔, 将涂过MoS2油质的螺栓在相对180°的方位插入, 拧紧螺母, 再将余下涂好MoS2油脂的螺栓插入, 拧紧螺母后松绳, 按照对角拧紧法分两次将螺栓拧紧, 达到规定力矩, 第一次拧紧螺栓后才能去掉主吊车吊钩。

(3) 按照双机台吊的方法安装台架的中上段, 对接时需要对正塔内直梯。塔架紧固连接后, 各段间直梯用连接板连接, 固定上下段安全保护钢丝绳。

(4) 如果不能及时吊装控制柜以及机舱, 需要将工作门锁住。

(5) 在结构上面不设置下平台, 在塔内混凝土基础上直接放置控制柜, 控制柜需要在吊装下段塔吊前到位。

2.1.2 连接基础和地脚螺栓连接塔架

(1) 基础表面清理干净, 去掉地脚螺栓防锈包装, 下调地脚螺栓上螺母的上端面, 直至达到同一水准面。

(2) 清理塔架下段, 按照上述双机台吊法实现塔架纵轴线的铅垂, 采用小撬杠, 使塔架下的法兰螺栓孔和螺栓对正, 有效保证安装质量和精度。

(3) 下调螺母与下法兰下端接触后, 将地脚螺栓三分之一的上调螺母拧入, 将吊绳放松, 采取对角线方法慢慢拧至规定力矩的百分之七十。

(4) 为实现塔架上法兰上水平面的平行度以及水平面与纵轴线的垂直度, 采用经纬仪法或者U型联通管法调节调节螺母, 直至达到安装要求, 将螺母拧紧, 同法上紧其余螺母, 去掉吊钩。

(5) 双机台吊法按顺序将塔架的中上段安装, 采取对角法分两次将螺栓紧固连接。

(6) 重复上述步骤, 对垂直度和平整度连续检验, 如未达要求, 不断调节地脚螺母, 直至达到要求。

(7) 为固定基础面与塔架下段法兰下端面, 需要进行二次浇注混凝土, 采用添加早凝剂的膨胀水泥, 手工捣固浇筑。

2.2 组装风轮的质量控制

(1) 风轮的组装要在风电机组安装现场进行, 组装前将零部件整理干净, 安装设备现场准备齐全, 风轮零部件擦拭干净。

(2) 采用履带吊或汽车吊, 使得三只叶片与轮毂就位。

(3) 在进行轮毂与三叶片连接时, 按照叶片安装角对准标记, 安装角误差控制在半度之内。

(4) 在安装风轮的过程中需要在表面涂抹MoS2油脂或者涂密封胶。

3 总结

严格控制风力发电施工质量是保证风力发电的有效保证, 在施工过程中严格按照规章制度进行, 注意施工细节, 采取科学合理的工艺手段进行施工质量控制, 是保证风力发电的有效措施。

参考文献

[1]刘洋.关于风力发电中风机基础设计及施工中的经验浅析[J].林业科技情报, 2011 (01) .

[2]郑主平, 吴启仁.响水风电场风机基础不均匀沉降原因及处理方法[J].水利水电技术, 2009 (09) .

风力发电机组检测与控制 第2篇

课程编号:

课程名称：«风力发电机组检测与控制»英文名称：《monitoring and control of wind turbine generator system 》总 学 时：48

总 学 分：

3适用对象: 风能与动力工程专业本科学生

先修课程：«自动控制原理、风力发电原理»

一、课程性质、目的和任务

该课程为风能与动力工程本科专业学生必修课，目的使学生了解风力发电机组检测与控制系统的组成与结构原理；掌握与风力发电机组相关信号、过程参数的检测方法；控制系统构成与控制方法分析。为今后从事风力发电机组设计、运行与维护工作打下基础。

二、教学要求和内容

«基本要求»：学习并掌握不同风力发电机组对检测与控制系统的要求，学习掌握机组主要测量参数的测量原理，控制对象与控制系统结构与工作原理。

«基本内容»：风力发电机组检测与控制系统的组成，机组运行过程电气、风力、机组状态参数检测，机组启动、运行、故障等过程控制。

三、教学安排及方式

采取以课堂讲授为主，课堂讨论和实验为辅的教学手段，结合控制系统实验台使学生有直观形象的知识掌握。

五、推荐教材和教学参考书

教材：自编

参考书：《风力发电机组的控制技术》叶杭冶编著 机械工业出版社

六、补充说明

浅谈风力发电机组控制技术 第3篇

关键词：风力发电 机械控制 电路控制

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-171-02

风能资源的开发利用这项技术，从最早的单机组运行到现在的全国连网并列运行，相应的发电机组的容量也从开始的数十千瓦级发展到海上风电场的兆瓦级；对机组的机械控制方式从定桨距失速控制到变桨距运行，电力电子控制从恒速恒频发展到现在双馈异步等形式的变速恒频。风力发电技术在能源开发利用方面要想有更好的发展前景，和火力水利等传统发电技术相抗衡，关键还是要解决控制问题。而控制问题区别于其它形式发电技术的关键还是风力发电输入风能不稳定，而要求输出电能频率要求稳定的问题。解决问题主要可以从以下三个方面考虑：

（1）风力发电由于风速变化大，输入风能不稳定，风力机转速不好控制，风力发电机的输入部分存在技术开发的空间，即从机械方面考虑改进措施，进行机械控制。

风力发电的机型按照并网时速度是否改变主要分为两种，恒速恒频型机组和变速恒频型机组。不论哪种机型，目前风力发电机的叶轮都采用水平轴、三叶片，上风向布置；额定转速约27r/min。风能通过风力机转换成为动能，风力机通过转轴驱动后面联动的风力发电机。从而实现风能-机械能-电能的转换。

风力机的风轮一般采用三桨叶与轮毂刚性相连的结构，即定桨距风轮。主要是因为三叶片具有平衡和美观等优良性能。为了实现对其很好的控制，一般在桨叶尖部1.5～2.5m处，设计成可调控的叶尖扰流器，叶尖扰流器起气动刹车的作用。当风速过大时，叶尖扰流器释放并旋转形成阻尼板，影响风能在叶片上的受力分布，改变风力机转轴的转速。特别当风力发电机组需要脱网停机时，它可以用作机械制动，效果特别明显。

风力发电机组从定桨距发展到变桨距经历了很长一段时间。早期的定桨距具有以下性能优点：采用软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术，使风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性大大提高。但是，由于叶片的安装角在装配时已经固定，其功率输出是由桨叶自身的性能来调节的，因此，在允许的风速范围内，定桨距风力发电机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的变化是无能为力的。这就大大降低了风能利用效率，使得定桨距风力发电机组的推广得到限制。

针对上述特点，大型风力发电机组，特别是兆瓦级机组（1000kw以上）的风力发电机组在设计，叶片采用变桨距连接，即叶片与轮毂中间采用可转动的推力轴承或专门为变距机构设计的回转支撑联接，变桨距风力发电机的叶片较薄，结构相对简单，重量小很多，使得变桨距风力发电机风轮转动惯量小，设计容易，易于制造大型风力发电机组。这样风力机可根据风速的变化适时调整叶片连接角度，改善叶片周围的流场分布，即使风速不在额定风速的工况下，机组的输出功率也可以保持在额定功率上。特别是在大风情况下，风力机可以使叶片顺桨，保证整个机组风能利用大大提高。

现在，大型风力发电机组一般都采用变桨距的结构形式。这样可以在起动时对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改善。机组的液压系统作为变距系统执行机构的一部分，在整个闭环控制系统中占有很大作用，大大提高了发电系统的运行自动化程度。

（2）风力机转轴带动风力发电机转轴旋转。风力机在风力的推动下旋转，由于输入风能时刻在改变，不稳定，而且风力机在风能向机械能转换过程中存在转换效率问题，再加上受到设计制造的局限，风力机的转速不能很高，但是传统发电机转速相对要求高，所以连接部分—风力发电机需要进行技术方面的改进。

由于风力发电机组体积庞大，重量达到几吨到几十吨，工作时具有很大的转动惯量；另一方面，受到风力发电机制造技术和叶片材料的约束，风轮的转速不能太高，一般运行在20～30r/min。机组容量越大，转速越低。为了在此基础上发电机得到更多的动能输入，需要设置增速齿轮箱。齿轮布置时采用沿轴线分布的结构特点。但是由于增加了庞大的机械设备，齿轮间存在高速运行易磨损的问题，使风力发电机组发生故障的可能性提高了，现在直驱式风力发电机组（即机组连接部分不用增速齿轮箱）正在慢慢受到设计者的青睐。

风力发电机组中的发电机一般采用异步发电机，异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速附近很小的范围内变化。对于定桨距风力发电机组，一般还采用高滑差异步发电机和变速恒频的双馈异步发电机。这样可以使机组的运行风况范围大大增加即虽然风速远离额定值，但是发电机的效率不会降低，风能利用系数得到提高的同时，发电机组的噪声降低。发出电能的频率也会符合电网要求。

现在，大型风电场一般都采用变速风力发电机组。它的关键技术在于采用了绕线型异步发电机（其转速可以有很大的变化）或同步电机，再在输出电能的电路中增加相应的变频技术。同步发电机的并网一般有两种方式：一种是准同期直接并网，这种方法在大型风力发电中极少采用；另一种是交-直-交并网。控制技术主要任务是对最佳叶尖速比的测量监控，使得机组在允许风速的任何情况下都可以获得理想的功率输出。

（3）如果直接用风力机带动发电机转子旋转，即直驱式风力发电机，输出电能频率与电网频率存在衔接问题，即从电力电子方面考虑改进措施，进行电路控制。

风力发电机组发出的电能频率可以不为50HZ，但是经过变频电路处理，使电能质量达到并网要求，稳定可靠得给电网提供电能。

控制技术和监测技术是风力发电系统的关键技术。因为风能不稳定，风速大小和方向随着季节和气候的改变而改变，风力资源丰富的地区通常都是海岛或边远地区甚至海上，风力发电机组一般安装在无人值守区，占地面积较大。所以对输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和维护必须实行自动化控制。分散布置的风力发电机组通常要求远程监控，自动控制应该实施运行人员设置的控制策略，保证机组安全可靠地运行。

风力发电技术未来的发展趋势将是全实现整个电力系统的自动化，在风电场运行的风力发电机组全部可以实现中央集中控制和远程控制。火力水利等发电系统的控制系统，主要的任务是监视电网、机组运行参数，对机组进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性，而风力发电系统则在此基础上，还要增加一些传感器检测技术，时刻监测风速风向。根据对其变化趋势的分析，做出判断，提高系统的经济性和稳定性。

总之，随着技术的不断改进，基于变桨距技术的各种变速风力发电机组已经在风电市场得到推广。变速风力发电机组的优点在不断显示出来。变速风力发电机组的可以在低于额定风速时，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；在高于额定风速时，增加传动系统的柔性，稳定输出功率，向电网提供安全可靠经济的电能。

参考文献：

[1] 宋海辉.风力发电技术及工程[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

论风力发电监造项目的质量控制 第4篇

据悉, 国家能源局已核准的“十二五”第五批风电项目的总装机容量可达3400万千瓦左右, 预计核准计划近期就会发布。相比之下, “十二五”前四批的核准量均未超过2900万千瓦。另悉, 为了使风电发展再快一些, 能源局等部门还计划将“十三五”期间的最低目标上调25%, 由2亿千瓦调整到2.5亿千瓦。这意味着未来几年的新增风电装机量将节节攀升。在大干快上的同时, 会不会形成“萝卜快了, 不洗泥”, 从而形成一批豆腐渣工程呢?

本文, 就风电质量控制的最关键环节---监造, 中的一些经验也大家分享。

2 设备监造工作

2.1 监造工作要求

按照设计院原图纸、技术规范、所签合同的要求, 具体有:

(1) 对设备进行分类, 原材料、外购件、外协件的监造依据为技术协议、质量保证协议等;

(2) 设备供应商自制件的监造依据与设备是具有批量生产通用的销售的设备。进行区分。批量生产设备制造、更能很好保证制造质量。自制件在工艺规程、工艺卡、作业指导书等, 组装、调试、产品完工等都有很大缺陷, 要严格按照国家技术规范进行监造。

2.2 监造工作的实施

从监理与监造的定义看, 监理范围较大, 其职责中含有设备监造的工作, 但这要看你与业主签订的合同是如何规定, 现在一般将监理理解为工程施工, 而将监造理解为设备制造。两都在职责上是有一定的差别, 但实施工作又可能有相与交汇之处。如设备安装后的性能试验, 一般有工程监理来负责, 但实施应为设备监理的职责, 因设备采购合同是约定性能试验的主体合同。

监造人员根据监造大纲的内容, 按照设备的不同使用条件, 分别制定出监造内容的主次项目。监造代表认为, 塔筒原材料;塔筒焊接;是塔筒监造设备制造质量的关键项。塔筒检验、塔筒防腐涂装是塔筒监造设备制造质量的重要项。塔筒内附件安装与包装发运是监造工作的次要项。

2.2.1 原材料监造

风塔塔筒是支撑风力发电机和机柜的受力主体, 塔筒钢材质量的好坏是保障设备安全运行和可靠性的关键, 特别是钢材牌号和标准的选用, 必须符合技术协议和材料标准的规定, 监造代表根据《国家电网公司2013年风光储输示范工程二期扩建项目3.0MW风力发电机组 (第一批) 招标采购技术协议》和有关风塔制造标准要求, 首先见证、审查了制造风塔塔筒和基础环的钢材质量保证书和制作风塔用的焊接材料。制作风塔塔筒和基础环使用的钢材为Q390E和Q390E-Z25、法兰为390E-Z25;风塔塔筒和基础环主材焊接材料为埋弧焊H10Mn2CHF102;手工气保焊THY-51A, 符合工艺文件和合同文件要求。其中钢板、焊材, 全部附有产品质量证明书:质量证明书编号、炉批号、材料规格、型号标注齐全。材料遵循各自质量标准, 技术条件。产品经质检部门检验合格。钢材入厂后, 制造厂进行了外检, 并根据技术协议和国标要求, 制造厂按进厂钢材的炉批号进行了机械性能和化学成分的复检。所有复检项目符合标准规定。

监造代表对制造厂采购的塔筒、基础环钢板, 进行了入厂后的超声波复检旁站见证。见证内容有钢板标示是否齐全、标示是否符合国标规定、钢号是否符合设计规定;钢板外观有无外伤、腐蚀、裂纹及异常;钢板复检检测数量是否100%;钢板超声部位是否按照标准规定检测;检测部位是否代表整块钢板;钢板检测工艺是否符合标准要求;钢板超声波检测结果是否合格。

监造代表对制造厂生产的塔筒钢板, 进行了厚度检测旁站见证。制造厂钢板检测数量共1368块, 钢板厚度检测结果:全部为正公差, 符合技术协议要求。

监造代表在钢板下料前见证了制造厂按设备图纸对钢板进行了编号。钢材使用符合技术协议规定要求, 采用标准正确, 全部合格。

以上监造项目在材料采购、使用环节把住了质量关。

2.2.2 焊接监造

塔筒焊接是塔筒成型的最主要制造工艺, 也是塔筒制造质量的关键工序。塔筒焊接质量的好坏将直接影响设备的安全稳定运行与使用寿命。所以焊接过程的监督就成了塔筒制造质量的重中之重。

首先, 是焊接材料的管理, 为了保证焊接质量, 制造厂除了要购买高质量的合格产品外, 还要有严格的焊材保管和领用制度。其次, 是严格按照焊接材料的使用要求使用。该加热干燥的、该保温的, 以及使用存放等都要严格按有关工艺执行。监造代表在这些管理项目上进行了检查和监督。对于制造厂不严格执行焊接材料保管和领用、使用制度的, 监造代表提出了整改意见。督促制造厂执行。

焊接过程监督与检查, 是监造代表焊接监督的中心环节。焊接工艺的实施是直接影响焊缝质量的直接原因。焊缝的外观和无损检测是保证焊缝质量的有效手段。但是, 有些焊缝缺陷是无法用无损检测方法和一般理化检测方法检测出的。如风塔厚钢板焊接前预热问题, 如果焊工在焊缝焊接前不预热, 风塔焊缝焊接后是无法检测到的。但由于焊件焊前没预热, 焊缝焊后将产生很大很复杂的残余应力, 这些应力如果叠加在塔筒的主应力和其他附加应力上, 有可能使风塔局部产生过载, 使焊缝产生裂纹, 导至风塔损坏。所以风塔焊缝焊接过程是监造代表旁站和巡检的重要项目。监造代表一定要坚持多检查监督, 对焊接工艺的执行一定要坚守执行, 一丝不苟, 不能简化和省略。监造代表在生产过程中发现的问题要做到及时掌握、及时反映、及时解决。把设备存在的质量问题和缺陷, 消灭在产品制造阶段。

风力发电控制系统发展现状及展望 第5篇

关键词:风机控制系统 发展现状

我国的风电产业在最近几年得到了快速发展，已经成为世界风电大国。在风机主要部件已基本实现国内配套的情况之下，控制系统自主配套能力仍然较弱，仍是风电设备制造业中最薄弱的环节，本文对造成这一现象的原因进行了分析，提出了控制系统下一步还要解决的主要技术问题。

我国风电行业目前的形势

2005年以来，我国风电装机以年均100%的速度快速发展，到2008年底，我国风电总装机容量达到了1215万千瓦，占世界风电总装机容量的10%左右，这是一个相当惊人的增长。目前，从装机容量来看，我国已成为亚洲第一、世界第四、风电装机容量超千万千瓦的风电大国。排在前三位的依次是美国、德国和西班牙，其装机容量分别为2517万、2390万和1675万千瓦。

需求的快速增长也带动了我国风电设备制造业的快速发展。2004年，我国风机整机制造企业仅6家，目前明确进入风机整机制造的企业已超过70家，另外还有一些公司正在开展进入风机整机制造的前期准备工作，呈现出“你未唱罢我登场，百家风企竞风流”这样一个喜忧参半的格局。喜的是经过这些年的发展，内资和合资企业的生产规模不断扩大、技术能力不断增强、市场占有率上升很快。2004年，内（合）资企业和外资企业占当年风电新增装机的比例分别为25%和75%，而到2008年这一比例正好颠倒了过来，内（合）资企业已经在风电市场上占据绝对主导地位。至于这些整机制造厂家带动的零部件生产企业究竟有多少，更是一个无法准确统计的数字。这些风机整机制造企业及零部件企业的发展壮大，有力地促进了我国风电制造业技术水平和生产规模的提高。忧的是这70余家风机企业的技术水平、生产规模、服务能力参差不齐，真正形成规模、比较有竞争能力的还只有寥寥几家，大多数企业对于未来面临的巨大风险都估计不足，这是我国目前风电设备制造业存在的一个突出问题。从未来的发展形势来看，风电产业至少将有十多年的黄金发展期。从世界范围来看，美国、德国等工业发达国家为解决能源短缺和环境污染问题，都将大规模发展风力发电作为主要解决方案。在我国，情况也是如此。2008年底，1215万千瓦的风电装机容量占我国电力总装机容量的比例还仅为1.5%，预计到2020年这一比例将达到10%左右，即到2020年风电装机容量将达到1.4亿千瓦这样的水平，这是十分可观的数字。这表明，从宏观形势来看，风电

行业大发展的高潮确实已经到来。

风机控制系统的发展现状

风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器）几部分组成。各部分的主要功能如下：

监控系统（SCADA）：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启、停操作，它包括大型监控软件及完善的通讯网络。

主控系统：主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要控制、保护功能。它对外的三个主要接口系统就是监控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器），它与监控系统接口完成风机实时数据及统计数据的交换，与变桨控制系统接口完成对叶片的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，与变频系统（变频器）接口实现对有功功率以及无功功率的自动调节。

变桨控制系统：与主控系统配合，通过对叶片节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，提高了风力发电机组的运行灵活性。目前来看，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式中又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。究竟采用何种方式主要取决于制造厂家多年来形成的技术路线及传统。

变频系统（变频）器：与主控制系统接口，和发电机、电网连接，直接承担着保证供电品质、提高功率因素，满足电网兼容性标准等重要作用。

从我国目前的情况来看，风机控制系统的上述各个组成部分的自主配套规模还相当不如人意，到目前为止对国外品牌的依赖仍然较大，仍是风电设备制造业中最薄弱的环节。而风机其它部件，包括叶片、齿轮箱、发电机、轴承等核心部件已基本实现国产化配套（尽管质量水平及运行状况还不能令人满意），之所以如此，原因主要有：

（1）我国在这一技术领域的起步较晚，尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究，更是最近几年的事情，这比风机技术先进国家要落后二十年时间。前已述及，我国风电制造产业是从2005年开始的最近四年才得到快速发展的，国内主要风机制造厂家为了快速抢占市场，都致力于扩大生产规模，无力对控制系统这样的技术含量较高的产品进行自主开发，因此多直接从MITA、Windtec等国外公司采购产品或引进技术。

（2）就风机控制系统本身的要求来看，确有它的特殊性和复杂性。从硬件来讲，风机控制系统随风机一起安装在接近自然的环境中，工作有较大振动、大范围的温度变化、强电

磁干扰这样的复杂条件下，因此其硬件要求比一般系统要高得多。从软件来讲，风机要实现完全的自动控制，必须有一套与之相适应的完善的控制软件。主控系统、变桨系统和变频器需要协同工作才能实现在较低风速下的最大风能捕获、在中等风速下的定转速以及在较大风速下的恒频、恒功运行，这需要在这几大部件中有一套先进、复杂的控制算法。国内企业要完全自主掌握确实需要一定时间。

（3）风机控制系统是与风机特性高度结合的系统，包括主控、变桨和变频器在内的控制软件不仅算法复杂，而且其各项参数的设定与风机本身联系紧密，风机控制系统的任务不仅仅是实现对风机的高度自动化监控以及向电网供电，而且还必须通过合适的控制实现风能捕获的最大化和载荷的最小化，一般的自动化企业即使能研制出样机，也很难得到验证，推广就更加困难。而中小规模的风机制造商又无力进行这样的开发。

即便如此，国内企业通过这几年的努力，已经在控制系统主要部件的开发上取得了积极进展，已基本形成了自主的技术开发能力，所欠缺的主要是产品的大规模投运业绩以及技术和经验积累。比如，作为风机控制系统中技术含量最高的主控系统和变频器，国内企业在自主开发上已取得重要进展。东方自控经过几年的努力，已成功开发出DWS5000风机控制系统，并已完成各种测试及风机运行验证，实现了规模化生产，基本形成了自主开发能力。科诺伟业也研制出了兆瓦级机组的控制系统。在变频器方面，东方自控、合肥阳光、清能华福、科诺伟业等一批企业也异军突起，开发出了大功率双馈及直驱机型的变频器，产品已有小批量在风场投运，呈献出可喜的发展势头。

随着国内企业所开发风机容量越来越大，风机控制技术必须不断发展才能满足这一要求，如叶片的驱动和控制技术、如更大容量的变频器开发，都是必须不断解决的新的课题，这里不进行详细阐述。当前，由于风力发电机组在我国电网中所占比例越来越大，风力发电方式的电网兼容性较差的问题也逐渐暴露出来，同时用户对不同风场、不同型号风机之间的联网要求也越来越高，这也对风机控制系统提出了新的任务。

（1）采用统一和开放的协议以实现不同风场、不同厂家和型号的风机之间的方便互联。目前，风机投资用户和电网调度中心对广布于不同地域的风场之间的联网要求越来越迫切，虽然各个风机制造厂家都提供了一定的手段实现风机互连，但是由于采用的方案不同，不同厂家的风机进行互联时还是会有很多问题存在，实施起来难度较大。因此，实现不同风机之间的方便互联是一个亟待解决的重要课题。

（2）需要进一步提高低电压穿越运行能力（LVRT）。风力发电机组，尤其是双馈型风机，抵抗电网电压跌落的能力本身较差。当发生电网电压跌落时，从前的做法是让风机从电

网切出。当风机在电网中所占比例较小时，这种做法对电网的影响还可以忽略不计。但是，随着在网运行风机的数量越来越大，尤其是在风力发电集中的地区，如国家规划建设的六个千万千瓦风电基地，这种做法会对电网造成严重影响，甚至可能进一步扩大事故。欧洲很多国家，如德国、西班牙、丹麦等国家，早就出台了相关标准，要求在这种情况下风机能保持在网运行以支撑电网。风机具有的这种能力称为低电压穿越运行能力（LVRT），有的国家甚至要求当电网电压跌落至零时还能保持在网运行。我国也于今年8月由国家电网公司出台了《风电场接入电网技术规定》，其中规定了我国自己的低电压穿越技术要求，明确要求风电机组在并网点电压跌落至20%额定电压时能够保持并网运行625ms、当跌落发生3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组保持并网运行的低电压穿越运行要求。应该说，这还只是一个初步的、相对较低的运行要求。在今后可能还会出台更为严格的上网限制措施。这些要求的实现，主要靠控制系统中变频器算法及结构的改善，当然和主控和变桨系统也有密切联系。

（3）实现在功率预估条件下的风电场有功及无功功率自动控制。目前，风电机组都是运行在不调节的方式，也就是说，有多少风、发多少电，这在风电所占比例较小的情况下也没有多大问题。但是，随着风电上网电量的大幅度增加，在用电低谷段往往是风机出力最大的时段，造成电网调峰异常困难，电网频率、电压均易出现较大波动。当前，电网对这一问题已相当重视，要求开展建设风电场功率预测系统和风电出力自动控制系统，实现在功率预测基础上的有功功率和无功功率控制能力。事际上，这个系统的建设不是一件容易的事情，涉及到很多方面的技术问题。但是，无论如何说，序幕已经拉开。

发展展望

风力发电厂成本控制 第6篇

【摘要】伴随着世界经济的不断发展，给能源和生态造成了巨大的压力。近年来，随着人们思想意识的不断提高，人们开始开发新的可替代能源。在一系列新能源的开发过程中，风能以其较大的规模和快速的发展速度引起了人们的瞩目。随着风能的不断开发，出现了多个靠风力来进行发电的系统，而在这些系统当中，最具特点和效率最高的是直驱式永磁同步风力发电系统。采用直驱式永磁同步风力发电系统给人们带来了更高的效率，其自身拥有简单的结构和较大的可靠性，对直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究越来越受到重视。

【关键词】直驱式风力发电；民族文化传承；作用

前言

随着科学技术的不断进步，人们开始意识到能源在促进人类社会不断发展中的重要作用，伴随着飞速发展的社会经济，作为人类发展至今的主要能源的煤和石油等已经面临着枯竭的状态。为了实现人类的可持续发展，人们开始研究新能源和可再生能源的开发和利用。而风能以其自身独特的优势，在近年来新能源的开发过程中得到广泛的关注。对风能的开发和利用过程中产生的直驱式永磁同步风力发电系统给人们的生活带来了极大的便利，同时还减少了污染，因此对于直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究具有重大意义。

一、直驱式永磁同步风力发电系统

（一）原理。作为变速恒频变桨风力发电系统的一个种类的直驱式永磁同步风力发电系统，英文缩写为PMSG，人们在对其进行空过程中所采用的方案基本上与双馈异步风力发电系统相同，但是却较之具有更简单的构造和更高的效率以及更具有可靠性，而且在直驱式永磁同步风力发电系统内部是直接将发电机与风力机进行连接的，而增速齿轮箱这一部分直接进行了删减。在直驱式永磁同步风力发电系统当中，于电网相连的发电机组是经由电力电子功率变换器发生的，由风力发电机送出的电能是非常不稳定的，不能够工人们生产和生活正常使用，因此直驱式永磁同步风力发电系统将这个不稳定的电能经过一系列转换，使其能够产生交流电，而这个交流电与电网拥有相同频率和幅值的，这样一来这个不稳定的电能就能够直接进入电网[1]。

（二）优点。首先，增速齿轮箱的省略，在其他风力发电系统当中都存在这增速齿轮箱，在发电系统运行过程中经常会出现漏油的现象，同时由于增速齿轮箱自身的原因还很容易造成其他仪器发生问题，维护频率针对发电系统而言是非常重要的，而增速齿轮箱的省略使该频率得到了保障，使较高的可靠性在系统运行过程中得以体现；其次，提高了系统效率。在直驱式永磁同步风力发电系统当中是没有励磁装置的，这在一定程度上使发电的效率得到了提升，使风速在切入系统的过程中大大降低，从而也就使系统的运行覆盖面得以增加，对风能的有效利用率得以加强；再次，良好的电网接入功能。在直驱式永磁同步风力发电系统中与电网进行连接的发电机是经由电力电子功率变换器来进行的，这就使电网和发电机之间的干扰降低，在发生故障是能够互不干扰，使穿透能力在低电压中得以提升[2]。

二、直驱式永磁同步风力发电系统控制

（一）永磁同步电机的控制。在对永磁同步发电机进行有效控制的过程中，以两方面的策略为主，第一，id=0控制策略，首先将三相定子电流合并为一个单位，并在q轴上定向，此时假设转子磁链是永恒不变的，没有去磁效应的产生，并且定子电流同电磁转矩为线性的联系。这是一种能够简单化电机转矩控制的方法，然而在id=0的时候，不是永恒不变的机端功率的因数，功率因数的下降会因负载电流的增长而逐渐减少；第二，恒定气隙磁链控制策略，它的重要优势在于能够保证气隙磁场的永久不变状态，使功率因数始终保持较高的值，但是当id≠0时，这一策略将导致去磁效应的产生。

（一）机侧PWM交流器控制策略。永磁同步发电机的转动速度主要是由机侧PWM交流器来进行控制的，它能够促进风機之上的叶尖速比处于最好的状态，使最大功率得以充分观察和控制，将发电机转速进行有效的掌控要经过对发电机定子电流的相位和幅值进行掌控[3]。

（二）网侧PWM逆变器控制策略。网侧PWM逆变器控制的目的是将直流电转换成交流电，具体是为了得到同相位和幅值的电网的交流电要使机侧变流器整流而来的直流电进行转换，而此时，必须要确保稳定的是直流母线电压。对直流母线下达的电压命令要达到一定数值，来保证充足的反向截止电压能够供给给开关。电网电压的矢量顶箱操控是网侧年便器所应用的策略，在d轴上使网侧电压矢量进行定向，单位功率因数形式处于正常的工作状态下，只有有功功率得到了输出；当故障造成电网停止运作时，要使无功电流命令得到转变，逆变器有功和无功的多少进行调整[4]。

（三）变桨距控制基本原理。如果风速超出了规定的数值，要想达到对自然风被风力机所吸取的能力的有效控制的目的，要使安全贯穿到风电系统当中，变桨距控制模式应该在风机中启动。变桨的意思是使桨距角的大小在风力机叶片得到有效控制的情况下进行转变，以此来转变叶片的启动特性，这样做的目的是在风速较高时将风机输出功率保持在规定的功率数额左右。在当前的状况下，三桨叶独立变桨结构是被兆瓦级风电机组普遍运用的，机组输出功率、风速和发电机转速都是控制桨距角的量。

结论

在对直驱式永磁同步风力发电系统进行研究的过程中，能够通过各种有效控制研究方法使其得到较好的应用价值。在当今世界经济飞速发展的状态下，加强对新能源的有效开发和利用具有历史性的价值。同时还能够转变传统的能源给世界环境和生态造成的严重损害现象，实现世界经济的可持续发展。在进行新能源开发的过程中，直驱式永磁同步风力发电系统的开发和使用，以其自身独特的特点得到了广泛的认可和支持，在这种情况下，对直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究意义重大。本文通过对直驱式永磁同步风力发电系统控制的研究，对今后工作中该系统的使用具有重要价值。

参考文献

[1]束成.直驱式永磁同步风力发电系统控制研究[D].南京理工大学，2014.

[2]张义.直驱式永磁同步风力发电系统的控制研究[D].天津大学，2007.

[3]赵仁德，王永军，张加胜.直驱式永磁同步风力发电系统最大功率追踪控制[J].中国电机工程学报，2009，27：106-111.

变速风力发电机组的控制方式 第7篇

变速风力发电机组的控制主要通过两个阶段来实现。

低风速段。实际风速小于额定风速, 按输出功率最大功率要求进行变速控制, 主要是调节发电机转矩使转速跟随风速变化, 以获得最佳叶尖速比, 因此可作为跟踪问题来处理。

高风速段。主要通过变桨距系统改变桨叶节距来限制风力机获取能量, 使风力发电机组保持在额定值下发电, 并使系统失速负荷最小化。

可以将风力发电机组作为一个连续的随机的非线性多变量系统来考虑, 采用带输出反馈的线性二次最佳控制技术, 根据已知系统的有效模型, 设计出满足变速风力发电机组运行要求的控制器。一台变速风力发电机组通常需要两个控制器, 一个通过电力电子装置控制发电机转矩, 另一个通过伺服系统控制桨叶节距。

2 变速发电机及控制方式

为了达到变速控制的要求, 变速风力发电机组通常包含变速发电机、整流器、逆变器和变桨距机构。变速发电机目前主要采用双馈异步发电机, 也有采用低速同步发电机。在低于风速时, 通过整流器及逆变器来控制发电机的电磁转矩, 实现对风力机的转速控制;在高于额定风速时, 一般采用节距调节的方法将多余的能量除去, 这时机组有两个控制环同时工作:内部的发电机转速控制环和外部桨叶节距控制环。

3 双馈异步风力发电控制系统

绕线异步电动机的定子直接连接电网, 转子经四象限IG-BT电压型交—直—交静止变频器接电网。

转子电压和频率比例与电机转差率, 随着转速变化而变化, 变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频 (50Hz) 的转差功率, 送至电网。转速高于同步速时, 转差率S<0, 转差功率流出转子, 经变频器送至电网, 电网收到的功率为定、转子功率之和, 大于定子功率;转速低于同步转速时, S>0, 转差功率从电网, 经变频器流入转子, 电网收到的功率为定、转子输出功率之差, 小于定子功率。

4 双馈异步控制系统的运行过程

双馈异步控制系统的运行分为两个阶段:

1) 同步阶段:在此过程中风机已经开始转动, 当其转速大于启动转速后, 充电回路先闭合, 使变频器直流电容电压升高, 当电压大于80%额定值后, 转子回路主接触器闭合, 并且同时断开充电回路接触器。母线电压不断升高至额定值, 这时变频器逆变器开始工作, 电机转子中有电流, 所以在定子中有电压产生, 变频器检测电网电压和电机定子电压, 通过调节控制转子的电压电流, 使这两个电压同步, 并且闭合定子主接触器, 系统便完成了同步切入。

2) 运行阶段:同步切入结束后便进入正常运行阶段, 这时通过上述三阶段控制方法使风力发电机输出最大的额定功率。在实际运行中, 变频器接收主控制传输过来的两个主要控制信号:功率因数和电机力矩。功率因数信号使变频器输入端的输入功率因数始终为1, 电机力矩使风力发电系统始终随着风速变化而输出最大的额定功率。主要的控制方式可以通过矢量控制和直接力矩控制实现上述功能。

双馈系统在变频器中仅流过转差功率, 其容量小, 通常按发电总功率的25%左右选取, 投资和损耗小, 发电效率高, 谐波吸收方便。由于要求双向功率流过变频器, 它必须是四象限双PWM变频器, 由两套IGBT变换器构成, 价格是同容量单象限变频器的一倍, 而且只能使用双馈电机, 效率较低, 而且有滑环和碳刷, 维护工作量较大。

5 永磁同步全馈风力发电控制系统

用同步发电机发电是今天最普遍的发电方式。然而, 同步发电机的转速和电网频率之间是刚性耦合的, 如果原动力是风力, 那么变化的风速将给发电机输入变化的能量, 这不仅给风力机带来高负荷和冲击力, 而且不能以优化方式运行。

永磁同步全馈风力发电控制系统采用永磁同步电动机作为发电机, 同步电动机输出的频率和电压随转速变化的交流电, 经一台双象限IGBT电压型交—直—交变频器接至恒压、恒频电网。

永磁同步全馈风力发电控制系统的运行和双馈系统基本类似, 也通过同步切入过程和正常运行阶段, 控制方式也采用上述三段式控制。永磁同步全馈风力发电控制系统发电机发出的全部电功率都通过变频器, 变频器容量需按100%功率选取, 比双馈系统容量大, 投资和损耗大, 使用永磁同步发电机, 电机轻, 取消变速齿轮结构减轻了整机重量, 变换器增加的投资可以从机械结构的节约中得到补偿。

6 目前风力发电的主要方向

(1) 陆地风力发电机组采用1.5/2MW双馈异步发电机组。 (2) 离岸风力发电机组采用4/5MW永磁同步全馈发电机组。 (3) 建设大型或者超大型的风力电场 (有上百台风力机组组成) 。 (4) 风力机组控制系统具有防电压穿透功能。 (5) 风力发电机组在在线发电时可调节功率因数, 在不发电时也可以调节功率因数, 进行无功补偿, 净化电网。

摘要：近年来, 随着风力发电技术的发展, 变速风力发电机组已成为大型并网风力发电机组的主流机型。介绍了变速风力发电机组的两种控制方式:双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统;简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。

关键词：变速风力发电机组,双馈异步发电系统,永磁同步发电系统

参考文献

[1]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2008.

风力发电场控制系统浅析 第8篇

泸西小海子风电场总装机容量48 MW, 主要由32台1.5MW双馈风力发电机组、2回35kV集电线路和1个110kV升压变电站组成。风电场位于海拔高程2 150~2 300m之间的一片山地上, 采用风机与箱式变电站组合的“一机一变”单元接线方式, 风电场风机分为两组并联至35kV集电线路, 并以2回架空集电线路汇入110kV升压变电站, 最终以1回110kV线路送出至电网220kV变电站。

2 风力发电机组控制

风力发电机组是由风轮、机舱、塔架、发电机、驱动链、偏航装置、控制柜等多部分组成的系统, 任何一个环节发生故障都会影响整个机组的安全运行。

(1) 风力发电机控制的目的是为了提高机组的适应性, 对发电机组进行整体调节, 保证其正常运行。变速恒频双馈风力发电机组控制系统集合了双PWM变换器、矢量控制技术和双馈感应发电机的优点, 有利于输出频率与电网保持一致。采用转换器和矢量控制是保证电力控制系统有效运行的重点工作。首先, 系统要求能量的相互转化性较强, 同时要突显电流逼近正弦波的优势, 使用开关器件连接变流器和电机, 在电网电压发生波动或突然消失时, 保证设备安全。其次, 变速恒频风力发电系统要求严格的矢量控制, 在功率外环和闭环中, 使用控制变频器计算出电压给定值, 通过矢量控制实现电机输出的功率调节, 提高供电质量和电力系统的稳定性。 (2) 实时闭环控制。变速恒频双馈风力发电控制系统可以分成3个子系统:变桨距控制、转矩控制和变流控制。机组主要的控制目标为:1) 风电机组在整个运行范围内稳定可靠地按预定轨迹运行;2) 优化机组的运行性能, 提高机组的发电效率与发电质量, 减小机组的机械载荷。变桨距控制可以有效减小机组动态载荷, 保证在额定风速以上时, 输出功率恒定;转矩控制可以提高机组的发电效率, 同时可有效减小机械传动载荷;变流控制可以保证机组的发电质量。 (3) 风力发电机组控制单元主要由变流器、现场控制设备、变桨传动的驱动机构等构成, 具有很强的抗电磁干扰和适应能力, 用来实现自动发电控制、设备保护、参数监视等功能。运行维护人员可借助控制单元对运行状况进行实时分析和检测, 指导风机设备的调试、操作和维护工作, 保证机组的正常运转。 (4) 风力发电机组远程通讯监控技术。该技术的特点是通过现场采样设备, 将获得的信息转化为数字模式, 经网络传输给远程诊断工程师, 工程师利用计算机和现代数字处理技术对数字信号进行分析和处理, 并将诊断结果反馈给现场故障处理人员 (图1) 。

远程控制体系从上到下分为5个层次:基层由被监控对象组成, 即风力电机组;现场执行层由PLC、PC控制器和传感设备等组成, 对风向进行侦测, 适时调整叶片到适当的角度, 充分利用风能开展发电作业;协调层, 即负责管理中心和监控中心之间、监控中心和现场控制中心之间的安全快速的数据传输;组织层是管理中心的综合, 负责监控中心的管理工作, 保证与外界的信息交流, 实现资源共享;远程监控层作为系统运行的指挥中心, 通过计算机网络接收和分析数据信息, 将处理意见传达给组织层, 及时纠正运行偏差。

3 风力发电场控制系统

泸西小海子风力发电场控制系统由风力发电机组控制和110kV升压变电站综合自动化组成。风电场控制采用全计算机的三级监控方式, 在各台风力发电机组的现场对单机进行监控;在110kV升压站的中央控制室对全部风力发电机组和升压站各类电气设备进行集中监控;在电网调度可对风电场全部设备实行远方监控。

(1) 风力发电机组控制系统由风力发电机组控制单元、远程上位机操作员站和高速光纤网络组成。监控系统主机设置在风电场110kV升压变电站的中央控制室, 经环形以太网与风力发电机组的就地控制器通信, 高速光纤网络将机组的实时数据送至上位机界面;上位机操作员站是风电厂的运行监视核心, 并具备完善的机组状态监视、参数报警, 实时/历史数据的记录显示等功能, 操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作, 运行人员可以通过上位机系统对全部风电机组进行控制和监视。 (2) 风力发电机组控制单元是风机控制的核心, 能够实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能;风力发电机组的就地控制器设在塔架内底部, 具备监测、保护、控制操作、开停机、故障检测、参数显示、键盘及按钮输入控制、远程控制接口、记录等功能。每台风力发电机组配有就地HMI人机接口实现就地操作、调试和维护机组;通过控制器上的键盘和控制柜上的各按钮输入, 控制机舱内的左右偏航、开停机、复位等。 (3) 风力发电机组设在线监测系统, 能够在风机机组各部件损坏之前对各处设备运行状态报告进行预警, 以便现场人员及时发现维修, 减少设备损失。在线监测系统与风机监测控制系统一起通过场内光缆通信将信号传输到升压站。 (4) 110kV升压变电站综合自动化系统由站控层、间隔层构成, 每层均有相应的设备和网络设备。站控层与间隔层网络组网方式采用冗余以太网构架, 站控层包括主机、操作员工作站、远动装置、卫星对时装置及其他智能设备接口装置, 经双以太网与站内的间隔层的测控和保护装置进行连接, 从而实现对升压站内所有电设备的控制和监视, 监视对象包括电流、电压、有功、无功、频率, 各断路器、隔离开关、接地开关的分合闸位置、保护动作信号等;并可在操作员工作站上对断路器实行跳、合闸操作;能在操作员工作站上显示各种图形、报表, 具有分析统计功能。操作人员可以在工作站上用人机对话的方式, 对全场的设备进行操作和监视。 (5) 小海子风电场风机与中央监控系统通讯共分两路, 采用环形网络布局, 通过光分路器汇集成一路经架设在35kV集电线路上的24芯OPGW架空光缆传至升压站中控室, 通过光电转换模块与风力发电机的中央监控机相连, 实现风力发电机组与中央监控机的通讯。另外配置对讲机, 作为风电场运行人员巡视和检修联络通信用。小海子风电场系统通信, 站控层冗余配置两套远动通信工作站, 该工作站可与风机监控系统、升压站监控系统、无功补偿装置等设备通信, 读取实时运行信息, 对实时信息进行定时采样形成历史数据存储在终端中, 并将实时数据和历史数据通过电力调度数据网或2M专线上传到调度端主站系统, 同时从主站接收遥控命令及有功/无功的调节控制指令, 转发给风机监控系统、无功补偿装置等进行远方调节和控制。 (6) 升压站布设一套GPS对时系统, 该系统可在主控制室接收全球卫星定位系统 (GPS) 的标准授时信号, 对各个间隔层单元、保护单元及站级计算机等具有时钟的设备进行同步的时钟校正, 保证各部件时钟同步率达到精度要求。

4 结语

风电在全球都是鼓励发展的可再生能源, 对改善环境、优化资源配置有着不可或缺的作用。我国风力发电项目分布面广, 风力发电场运行情况多样, 动态特性复杂, 在机电设备、控制系统的选型和设计上各类型风电场都有一定的特殊性, 因此, 熟悉掌握风电场控制系统和机电设备的技术特性, 对保障风电场设备安全运行、提高风电机组的可利用率有重要意义。

摘要：风电场由多个部分组成, 而控制系统贯穿到每个部分, 相当于风电系统的神经。现介绍变速恒频双馈感应异步发电机组的控制, 重点对风力发电机组的控制要求及控制目标进行分析, 在此基础上对风电场控制系统的控制方案和各部分控制的技术应用进行研究和探讨, 对开发风电项目控制系统设计和运行管理有一定的借鉴意义。

关键词：风力发电,控制系统,技术应用,运行管理

参考文献

[1]邹献奎.风力发电系统控制模型建立和仿真分析[J].科技创业家, 2012 (14) :143.

[2]潘庭龙, 马忠鑫, 卢恩超, 等.风力发电系统独立变桨距载荷优化控制研究[J].控制工程, 2014 (2) :219-222.

风力发电系统运行控制技术研究 第9篇

在提倡可持续发展的今天，风能的开发利用具有积极的战略意义。特别是在能源供求日趋紧张的情况下，风能作为一种替代能源的意义就更加突出。风力发电系统根据运行方式和控制技术的不同可以分为恒速恒频系统和变速恒频系统，其中变速恒频风力发电系统能够更高效地利用风能。

并网型变速恒频风力发电系统一般由风轮、齿轮箱（在直驱方式中已略去齿轮箱）、发电机和变流设备组成，如图1风力发电系统框国所示。风轮的作用是捕捉风能，并将之转化为机械能；发电机则将机械能转化为电能；变流设备将发电机发出的频率幅值随风速波动的交流电转化为与电网电压同频同幅的交流电，然后馈送至电网。

风力发电系统主要包括2种运行状态：

1）最大风能追踪状态。当风速低于额定风速时，风轮的转速会随着风速的波动而不断变化，以维持最佳叶尖速比及最大风能利用系数，从而有效提高风机的输出功率。

2）额定功率运行状态，当风速高于额定风速时，通过调节叶片桨距角和抑制风轮转速，降低风轮的风能捕获效率，保证风机运行在额定工作点附近。

可见，风力发电机组的运行控制在不同的运行状态有不同的控制策略：

1）最大功率点跟踪控制（MPPT控制）：当实际风速低于额定风速时，对风力发电机组进行控制，保证机组运行在最大风能追踪状态下，最大限度地捕获风能。

2）恒功率控制：当实际风速高于额定风速时，受机械强度、发电机容量和变频器容量等限制，必须降低风轮捕获的能量，使功率保持在额定值附近。

实际的风电机组常通过电气功率调节和叶片技术2种手段实现上述控制目标。前者是通过调节发电机和变流设备的电气功率来改变风轮的转速，进而间接改变风轮转化风能的效率；后者主要利用叶片的空气动力学特性，如变桨距技术和失速状态，来直接改变风轮的捕风效率。

下面，本文将对MPPT控制策略和恒功率控制策略的原理及它们常用的实现方法进行研究和总结。

1 MPPT控制

1.1 MPPT控制的原理

根据贝兹理论，风轮从风能中吸收的功率可以表示为：

式中：P为空气密度，kg/m3;R为风轮的半径，m;v为风速，m/s;Cp为风能利用系数，反映了风轮机利用风能的效率，它是叶尖速比λ和叶片桨距角β的函数。而叶尖速比为：λ=ωrR/v (2)

式中：ωr为风轮机械角速度，rad·s。

当风力发电系统运行于最大风能追踪状态时，桨距角固定。此时，Cp的值决定于λ。对于特定的风力机，其Cp-λ曲线是一定的。

可见，当λ为λopt时风力机达到最大风能利用系数Cpmax因而称λopt为最佳叶尖速比。由式（2）可知当λ为λopt时，不同的风速均对应一特定的最优转速ωropt。

其中，各曲线最优功率点对应的转速即为最优转速ωropt。连接各曲线的最优功率点即得风力机最优功率曲线。

MPPT控制的原理即，在不同风速下通过调节风力机转速使其始终运行于最优转速。以保证最佳叶尖速比，进而保证风力机运行于最优功率曲线上，最大限度地捕获风能。

1.2 MPPT控制的实现方法

MPPT控制一般采用电磁功率控制方式，目前最大风能跟踪主要有3种控制策略：叶尖速比控制、功率信号反馈法和爬山搜索法。

1.2.1 叶尖速比法

叶尖速比控制的目的是使风力机的叶尖速比λ始终保持在最佳值λopt上，在任何风速时就可获得最大风能转换效率。它不断测量风速和风力机转速，计算出实际叶尖速比，将其同最优叶尖速比相比较，将其误差送入控制器，控制器控制逆变器的输出来调节风机转速，从而保证叶尖速比最优。

该方案能有效根据风速变化及时调整发电机输出功率，控制方法简洁清晰，但是需要知道风力机特性和测量风速，风速测量的不准确性导致系统可靠性降低。

1.2.2 功率信号反馈法

该方案不需要知道确切的风力机特性，也不需要相关的测风装置。当风带动风力机转动至发电机发电运行的转速范围内时，根据转速以及风力机特征参数计算出给定功率，并与发电机输出功率的观测值相比较得到误差量。经过PI调节器（PI调节器），就是对偏差乘以一个倍数P，再叠加这个偏差的积分I作用，利用这个量实施控制，调节器输出反馈参数，使系统趋于稳定）给出发电机可控参数值，调节发电机输出电流的大小，最终实现发电机输出功率的调节。

该方案是基于叶尖速比控制方案的修改提高方案，不同之处在于将输出功率与风速之间的关系转换成输出功率与发电机转速之间的关系，从而引转速反馈，可使系统工作在最佳功率负载线附近，而且系统结构更简单、更可靠。

这种方法的缺点是：对于不同的风力机，最大功率曲线需要事先通过仿真或试验测得，这增加了率反馈控制难度和实际应用成本。

通过控制发电机输出功率来间接控制风力机的输入功率，以实现需检测风速的最大功率点跟踪。也有文献将功率信号反馈法与爬山法相结合设计了一种混合控制略，克服了功率信号反馈法的缺陷。

2 恒功率控制

2.1 恒功率控制的原理

由1.1节可知，Cp是叶尖速比λ和叶片桨距角β的函数典型Cp（λ，β）曲线。

可知：1）当λ为恒定值时，增大桨距角β则Cp减小（红色虚线所示）；2）当λ为恒定值时，λ偏离最佳叶尖速比λopt时，Cp迅速减小。

恒功率控制的原理即，当风速高于额定风速时，通过调节叶尖速比λ或桨距角β（或同时调节λ和β）以减小Cp值，从而减少风力机捕获的风能，保证风力机处于额定功率运行状态。

2.2 恒功率控制的实现方法

额定风速上的恒功率控制的实现方法主要是叶片技术，应用较广泛的是定桨距失速控制和变桨距控制。

2.2.1 定桨距失速控制

该控制方式利用桨叶翼型本身的失速特性，在高于额定风速下，气流的功角增大到失速条件，使桨叶的表面产生紊流，风轮转速减小，导致叶尖速比减小，即降低风能利用效率，达到限制功率的目的。采用这种方式的风力发电系统控制调节简单可靠，但为了产生失速效应，导致叶片重，结构复杂，机组的整体效率较低，当风速达到一定值时必须停机。

2.2.2 变桨距控制

该控制方式通过调节风叶的桨距角，改变气流对叶片功角，从而改变风轮获得的空气动力转矩，使得当风速高于额定风速时风力发电机输出功率保持恒定。

风力发电系统是一个涵盖面广，控制对象复杂的非线性随机系统，因而其变桨距控制是一类非线性多变量控制问题。变桨距控制策略有传统的PI控制及其改进控制策略，也有先进的智能控制，例如模糊控制、滑膜控制、非线性鲁棒控制和基于神经网络的控制等。

PID控制虽然结构简单，但是对于不同的风机需要进行大量的重复实验才能确定最优的PID控制参数，并且当风机运行偏离平衡点时，其控制性能严重降低甚至会导致系统不稳定。

许多学者将模糊控制法用于设计变桨距控制器，取得了较好的控制效果。此外，非线性鲁棒控制、滑膜变结构、神经网络、变论域自适应模糊等先进控制策略也在变桨距控制中得到应用。

3 结论

风力发电厂成本控制 第10篇

风能资源是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一[1,2,3,4,5]。

随着电力电子技术发展和成本降低,其在控制方面和电网接入方面为风力发电的性能改善提供了一个新的解决方案[6]。电力电子技术可以实现扇片的调速,从而可得到更多的风能,同时电力电子装置可以为风电并网系统中所出现的无功、谐波等电能质量问题提供解决方案。现将分别对固定速度和调速风力发电机,针对不同拓扑结构的工作原理进行比较与分析,并针对不同类型的风电系统的电能质量问题进行分析。

1 恒速恒频风电系统

恒速恒频发电机系统采用的是普通异步发电机,这种风电机组的发电机正常工作在超同步状态,转差率为负值,并且其变化范围较小,所以被称为恒速恒频风力发电机组[7]。恒速恒频风力发电机组原理图如图1所示。

目前,国内应用较多的是恒速恒频发电机组,但是电力电子装置应用较少,其中也有些机组的转子回路接入电阻,用电力电子器件控制转子电流的大小来调节转速。这种风电机组的主要缺点是:当风速迅速增大时,风能将通过桨叶传输给主轴、齿轮箱和发电机等部件,产生很大的机械应力,引起这些部件的疲劳损坏;同时在正常工作时这类风电机组无法对电压稳定进行控制,不能和同步发电机一样提供电压支撑能力,因此,当电网故障时会影响系统电压的恢复和系统稳定。这也是普通异步发电机的风电机组的主要缺陷。其次,因为恒速恒频风力发电系统发出的电能是随风速波动的,若风速急剧变化,可能会引起风电机组发出的电能质量有问题,如电压闪变、无功波动等。通常在这类风电系统中采用静止无功补偿器SVC或TSC来进行动态无功补偿,并通过软启动方法抑制启动时的发电机电流。

2 变速恒频风电系统

随着电机变频调速技术的不断发展,采用双馈异步发电机和永磁多极同步电机的变速恒频风力发电系统得到了更加广泛的研究与应用[8,9,10]。

变速恒频风力发电系统有下列优点:

a.根据风速的变化,风力机以不同的转速旋转,减少了对风力机等机械装置的机械应力;

b.通过对最佳转速的跟踪,风力发电机组在可发电风速范围内均可获得最佳功率输出;

c.风力机能够对变化的风速起到一定的缓冲,使输出功率的波动变化减小;

d.通过对风电机组有功和无功输出功率进行解耦控制,并采用一定的控制策略,可以分别单独控制风电机组有功、无功的输出,具备电压的控制能力。

因此,变速恒频风力发电系统对电网的稳定安全运行很有利。当前的变速恒频风力发电系统中较多的是采用双馈异步发电机的风电机组,该类机组在国外的应用已经很普及,国内新建的风场也大都采用这种机型。另外,采用永磁多极同步发电机的风电机组技术已比较成熟,国外已开始应用。采用双馈异步发电机系统的风电机组原理图如图2所示。

在双馈风力发电机组的控制方面,电力电子装置起到了关键作用。当风速变化引起发电机转速n变化时,通过变频器调整转子电流的频率fr,可使定子频率fs恒定,即应满足:fs=p fm+fr。其中,fs为定子电流频率,与电网频率相同;fm为转子机械频率;p为电机的极对数;fr为转子电流频率。有下述3种情况:

a.n<n1(n1为定子旋转磁场转速)时,发电机处于亚同步状态,此时变频器向发电机转子提供交流励磁电流,发电机通过定子向电网提供电能;

b.当n>n1时,此时发电机处于超同步状态,由定子和转子共同向电网提供电能;

c.当n=n1时,发电机处于同步状态,此时发电机等效为同步电机运行,变频器向转子提供直流励磁。

双馈电机通过变频器调节转子的励磁电流实现变速恒频控制,此时转子电路的功率只是由交流励磁发电机的转速运行范围决定转差功率,该转差功率仅为定子额定功率的一小部分,所以对变频器的容量要求、控制难度及成本大幅度降低。并且采用变频器调节交流励磁的双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制,还可以对有功、无功功率实现单独解耦控制,对电网而言可起到补偿无功和稳定电压的作用。双馈风力发电机组的有功与无功控制如图3所示。

双馈风力发电机组有如下优点:

a.转子侧仅传递转差能量,变频器容量要求大幅降低,且发电机可在50%的同步转速时正常工作;

b.双馈电机中变频器的谐波含量较少,减少了相应的滤波器容量,降低了成本;

c.可以通过调节双馈发电机发出和吸收的无功功率,实现无功调节和电压控制。

3 永磁多极同步发电机的风电系统

在永磁多极同步风力发电机组中,在发电机和电网之间安装有电力电子变流器,可实现对有功和无功的解耦控制,且当风速发生变化时也可以保证所发电能的电能质量。永磁多极同步发电机的风电系统结构如图4所示。

该系统的工作原理如下:首先,采用永磁多极同步发电机发出频率变化的交流电,然后通过整流装置将该频率变化的交流电整流成为直流电,最后再通过逆变器将直流电变换为工频的交流电送入电网。这种系统在并网时没有电流冲击,可以对发电机的无功功率进行调节。但是,所有的电能都要通过变流器送入电网,因此变流器容量和风力发电系统的容量相同,电力电子变流器设备成本较高,并且有高频电流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比,永磁多极同步风力发电机组可以更多地捕获风能和提高风电机组发出电力的电能质量,虽然成本较大,但对系统的稳定运行有利。

永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构,无需外部提供励磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电,因此变流器的容量与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦合,省去了齿轮箱,即为直接驱动式结构,可大幅减少系统运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障,从而提高整个风电机组的可靠性[11,12,13]。

4 风电系统的软并网装置和无功补偿设备

在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电机,如果直接并网会使得并网电流较大,因此常采用电力电子软并网装置进行软并网。异步发电机通过晶闸管平稳并网,可以将并网电流限制在额定电流的1.5倍以下,从而得到一个较为平滑的并网暂态过程,有效避免了保护装置的误动作,实现风力发电机的顺利并网。

由于异步发电机的功率因数一般较低,为了提高功率因数,通常在异步发电机出口处接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。

并联电容器补偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定的顺序进行分组投入或切出,能够将补偿前较低的功率因数提高到约0.98。由于并联电容器补偿装置成本低,因此在无功补偿方面应用广泛,但因其调节不连续、响应速度慢,很难对风机无功功率实现快速补偿。

静止无功补偿器由多台(组)可投切电容器、快速可调整容量的电抗器以及各次谐波滤波装置组成,装置的响应速度快,能迅速跟踪变化的无功,可较大幅度调节由风速变化引起的电压变化,滤除谐波,从而提高电能质量。

静止无功发生器是采用特定的检测方法获得需补偿的无功电流后再通过电力电子变流器产生该部分无功电流,以实现无功的迅速补偿。静止无功发生器可以实现对谐波与无功的综合补偿与抑制,补偿范围较大,目前得到了较为广泛的关注[14,15]。

5 风电并网技术的发展前景

通过采用电力电子技术,风电机组的运行特性大为改善;通过有功、无功控制,风电机组可以对系统的频率和电压控制起到一定作用;而大规模风电场的并网运行,也将会逐渐降低风力发电的成本,使风力发电更为普及。因此,现今的电力电子技术对于风电机组的控制、电能的转换以及电能质量的改善都能起到关键作用,具体应考虑以下几个方面:

a.为增加风能的利用效率和减小电力电子变换器的能耗,要选择适合的电力电子变换器来匹配变速风力发电机系统;

b.增加无功动态补偿装置SVC或TSC有利于电网和风力发电机的故障恢复;

c.每个系统结构都有自己的特征和适宜性,针对于不同的海上风场要具体考虑,选择最适合的系统结构,大容量海上风电场将广泛应用电力电子装置。

6 结语

风力发电技术的发展,使得风力发电的成本进一步降低,其在电力市场中所占份额得以提高,具备了和常规能源竞争的能力,加快了世界能源结构的优化。然而,如何更加有效地利用风能、提高风力发电系统的效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要求,是目前风力发电系统研究的重要课题之一,而电力电子技术及现代控制技术的发展为解决这一课题提供了较好的技术方案。

谈谈风力发电 第11篇

风力发电起源于丹麦,1890年,丹麦政府制定了风力发电计划,经过18年的努力,世界上首批72台单机功率为5 kW ~ 25 kW的风力发电机问世了.现在丹麦仍然是世界上生产风力发电设备的大国.

空气流动便是风,它有质量,有速度,因此具有能量.风力发电就是要将风能转化成电能.世界上风能究竟有多少?科学家计算,地球上风能数量惊人,可开发利用的大约为2.74 × 10⁹ MW,比地球上可开发水能大10倍,全世界每年消耗的煤所产生的热能还不及每年所产生风能的千分之一.我国风能总量,理论数为3.2 × 10⁹ kW,按十分之一可开发量计算,其能量也十分可观.

风能十分诱人,但是风力发电却困难重重.一是自然原因,表现在风的随机性很大.由于太阳辐射和地球转动,使地面各处受热不均匀,大气层各处温差发生变化,加之空气中水蒸气的含量不同,地面的气压也不同,于是高压空气就向低压区流动,使得风随时随地可以产生,方向不定,大小不一,而且风随季节变化明显,昼夜变化也很大.二是经济原因,目前风力发电成本较高.这些都为风的利用带来很大困难.

风力发电不是由单一的发电机构成的,而是一个较高科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器.其中风力发电机又由叶片､机头､转体和尾翼组成.叶片用来接受风力使机头内转子转动,机头内转子是永磁体,定子绕线切割磁力线产生电流,转体能使机头灵活转动以实现尾翼调整叶片方向,让叶片始终对着来风的方向,从而获得最大风能.由于风量不稳定,因此风力发电机头输出的是频率变化的交流电,必须经过整流,再对蓄电瓶充电,把电能转化成化学能.接着数字逆变器把电瓶里的化学能转化成220 V交流电,保证稳定使用.

从以上分析可知,风力发电机只是给电瓶充电,是电瓶把电能储藏起来供使用.所以用电器的电功率大小与电瓶容量的大小有密切关系.在内地,小的风力发电机更适用,因为它更容易被小风量带动发电,而且能持续发电,比一阵狂风更能提供较大电能.因地制宜选择风力发电机功率可以降低成本,经济适用.

现在能源紧张,环境污染严重,风能作为一种可再生的清洁能源,日益受到人们的青睐.全世界风电产业已经进入规模化阶段,风能发电机容量逐年增加,国际上容量已达5 MW.风电成本可望在十年内再降低10%左右.我国风能资源丰富,主要分布在东南沿海､内蒙古､甘肃､新疆和青藏高原等地区.我国无锡和湘潭地区已造出2 MW直驱式永磁风力发电机.在2008年,我国青岛将建成5台5 MW级海上风力发电机组,这是我国第一个海上大型风力发电机项目,创出亚洲新纪录.我国政府高度重视可再生清洁能源的建设,风力发电必将成为我国新能源中的一朵奇葩!

永磁同步风力发电机组的滑模控制 第12篇

本文以永磁同步电机为研究对象, 建立完整的PMSM模型, 包括空气动力学部分模型 (风力机模型和传动系统模型) 、发电机模型, 提出发电机机械部分的转速制策略和电气部分的转速控制策略, 对永磁同步电机的控制策略进行了研究。根据风力机的空气动力学模型, 通过滑模变结构控制策略的基本原理, 完成了风力机速度环和位置环控制器参数的设计。在硬件设计的基础上, 编写了系统的软件部分。在滑模变控制原理的设计基础下, 给出控制策略的仿真模型及实现方法, 进行仿真验证和分析, 验证了理论的可行性。

1 永磁同步风力发电机的数学模型

变速恒频永磁同步风力发电机组结构包括如下几个基本组成部分:风力机、发电机、直流/交流逆变器、控制系统等。

风力机将捕获的风能转换为机械能来驱动永磁发电机。永磁发电机的转速随着风速的变化而变化, 因而发出的电能是电压和频率都变化的电能。为了得到恒压恒频的电能就必须进行交直交变流, 再通过滤波器滤波将逆变器输出变换成正弦波输出, 使输出功率保持恒定。

风力机是整个风力发电系统能量转换的首要部件, 它不仅决定了整个风力发电系统装置有效功率的输出, 而且直接影响机组的安全稳定运行。其输出功率主要受三个因素的影响:可利用的风能、发电机的功率曲线和发电机对变化风速的响应能力。在任何风速下, 只要λ=λopt, 就可维持风力机在Cpmax下运行, 即稳态运行时, 对于固定的桨距角β, 存在最优叶尖速比λopt和最大风能利用系数Cpmax。因此风轮转速必须随风速变化而变化从而保持最优叶尖速比λopt不变。

三相永磁同步电机是一个具有多变量、强祸合及非线性的复杂系统, 要想对它进行直接的控制是十分困难的, 因此需要借助Park坐标变换, 将它解耦, 使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系, 此时, 同步坐标系中的各空间向量就都变成了直流量, 这样就把定子电流中的励磁分量和转矩分量变成标量独立开来, 对这些给定量实时控制, 就能达到直流电机的控制性能了。

图1为永磁同步发电机的数学模型。根据坐标变换前后基波合成磁动势等效的原则, 可将三相静止坐标系A, B, C也可将坐标系固定在转子上, 在空间随同转子以电角速度ω一起旋转, 得到两相旋转坐标系d, q, 定义坐标系中d轴与转子磁极轴线重合, q轴逆时针超前d轴90°空间电角度, d轴与A相定子绕组的夹角为θ。

2 永磁同步风力发电机滑模控制器的设计

2.1 控制策略概况

风力发电的控制方式有恒速恒频与变速恒频两种, 发电系统一般采用普通的同步发电机或感应发电机。由于同步发电机输出电能的频率满足f=p/60n的关系, 要使频率f保持不变, 应使发电机的转速n保持不变。保持发电机转速不变需要改变风力机对风能的利用率, 所以恒速恒频风力发电系统不能实现风力机的最大风能利用。

变速恒频风力发电系统在风力发电过程中可以让风车的转速随风速而变化, 不必保持风力机转速恒定, 而是通过其它控制方式来得到恒定频率的电能, 因此它能够实现风力机持续运行在Cpmax的点上 (即风能利用系数保持最佳值) , 实现最大风能利用。

2.2 滑模变控制的基本原理

变结构控制本质上是一种特殊的非线性控制, 其非线性表现为控制的不连续性。所谓变结构系统, 是指系统在整个运行调节过程中, 有几个不同的调节器结构。根据运行参数的变化使系统环节间的联接方式发生变化。建立变结构系统的基本思想在于组织好这几个调节器结构, 并根据控制指标和控制要求, 在对对象的控制过程中选取不同的调节器进行切换, 以便在每一控制过程和控制时段最大限度地利用各个调节器的良好性能。由于变结构控制自身的非线性及其高速切换, 它特别适用于风力发电机组复杂多变量非线性系统对象的控制[1,2]。

滑模控制 (变结构控制) 系统是指存在一个或几个切换函数, 当系统的状态达到切换函数值时, 系统从一个结构转换成另一个结构的系统, 也就是在控制过程中, 系统结构 (或称为模型) 可发生变化的系统。

在滑动模状态下, 系统响应仅与对象本身参数及切换超曲面选择有关, 而与系统参数变化、外界干扰及控制量无关, 控制量仅用于确保系统状态产生滑动模[4]。

2.3 速度环变结构控制设计

在变速恒频永磁同步风力发电中, 由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求, 发电机转速在不断地变化, 而且经常在同步速上、下波动, 这就要求发电机不仅要有良好的变频输入、输出特性, 而且要有能量双向流动的能力。采用变结构控制方法, 很适合这种“开关”工作模式的功率电子器件的控制。

滑模变结构控制的关键在于开关面函数的选取。考虑理想情况, 忽略粘性摩擦时, 根据永磁同步电机的解耦状态方程式, 令状态变量x1=ωref-ωr代表速度误差, x2=x1'作为速度滑模变结构调节器输入, 调节器输出即电流给定u=iqref, 从而得速度环滑模变结构调节器。

在设计速度调节器时, 为了削弱滑模控制的抖动, 使转矩平滑, 提高稳态精度, 在滑模变结构调节器与对象之间引入积分补偿环节, 可以将滑模变结构调节器输出的开关信号转化为平均转矩指令信号, 从而避免将控制直接作用对象而导致大的转矩脉动甚至激发机械共振。通过理论分析可知滑模变结构控制是Lyapunov意义下渐近稳定的[5]。

2.4 位置环变结构控制设计

位置环滑模变结构调节器的输出为速度闭环的速度给定位置环滑模变结构调节器的设计对被控系统模型精度要求不是很高, 可将速度闭环系统等价为拉普拉斯一阶系统, 通过分析可得位置环滑模变结构调节器结构。

3 滑模控制MATLAB仿真及分析

3.1 逆变控制系统的原理和软件实现

PWM (Pulse Width Modulation) 控制是对脉冲的宽度进行调制的技术, 即通过对一系列脉冲的宽度进行调制, 来等效的获得所需要的波形。PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制, 使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲, 用这些脉冲代替正弦波或需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制, 既可改变逆变电路输出电压的大小, 也可改变输出频率。目前利用PWM调制来调节输出电压和降低谐波含量是目前最为普及的技术, 在中小功率的逆变电源中应用十分广泛。

逆变控制系统的主程序采用汇编语言编写。DSP芯片首先初始化SA4828, 开中断系统。传送完控制参数后, 输出PWM控制信号, 逆变器开始工作。工作过程中, DSP芯片不断的处理PWM输出的电压检测反馈回来的信号, 控制SA4828调整输出的PWM控制信号, 控制系统的输出状态, 以满足系统的性能要求。

3.2 滑模变结构控制方案的仿真

基于串级滑模变结构控制方案组成的风力永磁同步发电机控制系统的仿真结构图如图2所示。

从模拟结果可以看出, 滑模控制器在系统中表现了良好的动态特性:在低速、常速和高速条件下, 都可以观测到同样的动态特性, 特别是在高速风况下, 滑模控制器可以有效抑制系统的扰动, 兼顾最大功率系数的跟踪和良好的发电质量。

参考文献

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[2]姚琼荟, 黄继起, 吴汉松.变结构控制系统重庆重庆大学出版社, 1997.

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[4]陈堂贤, 等.风力永磁同步发电机串级滑模变结构控制.电气自动化, 2008, 30 (3) :8-11

[5]宋丹, 吴春华.基于滑模观测器的永磁同步电机控制系统研究[J].电力电子, 2007, 3:9-11.

[6]李亚林, 变速恒频风力发电系统的仿真研究.电力科学与工程2007.7:1-5.