變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制 《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測與控制》

1、第五章變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制第五章變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測與控制課件風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測與控制課件第一節(jié)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制目標(biāo)葉輪所受的空氣動(dòng)力學(xué)載荷主要分為兩大部分：確定性載荷與隨機(jī)性載荷。隨機(jī)性載荷是由風(fēng)湍流引起的，而確定性載荷則可分為以下三種：(1)穩(wěn)態(tài)載荷，由葉輪軸向定常風(fēng)作用而產(chǎn)生的載荷。(2)周期載荷，即按一定周期重復(fù)的載荷。(3)瞬態(tài)載荷，暫時(shí)性的載荷，如陣風(fēng)和停機(jī)過程中所受的載荷。第一節(jié)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制目標(biāo)一個(gè)較完整的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)除了能保證良好的發(fā)電能力和電能品質(zhì)外，還應(yīng)承擔(dān)以下任務(wù)：(1)減小傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)矩峰值。(2)通過動(dòng)態(tài)阻尼來

2、抑制傳動(dòng)鏈振動(dòng)。(3)避免過量的變槳?jiǎng)幼骱桶l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。(4)通過控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的振動(dòng)盡量減小塔架基礎(chǔ)的負(fù)載。(5)避免輪轂和葉片的突變負(fù)載。第二節(jié)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制策略是指在各不同的風(fēng)速段、不同的工作條件下，采用不同的控制方法調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，使其工作曲線表現(xiàn)出預(yù)期的工作特性，這些控制方法包括以下方面：(1)機(jī)組在起動(dòng)或停機(jī)時(shí)，為限制并網(wǎng)或脫網(wǎng)功率而進(jìn)行的變槳變速耦合控制。(2)機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí)，使機(jī)組轉(zhuǎn)速能跟隨風(fēng)速變化而進(jìn)行的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。(3)機(jī)組運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速而風(fēng)速小于額定風(fēng)速情況下，使機(jī)組保持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的變速變槳耦合控制。(

3、4)機(jī)組在額定風(fēng)速以上運(yùn)行時(shí)，為保持穩(wěn)定的功率輸出而進(jìn)行的變速變槳耦合控制。第二節(jié)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略一、變速風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性二、功率系數(shù)CP、葉尖速比和槳距角的特定關(guān)系三、基本控制邏輯四、濾波器五、轉(zhuǎn)矩和變槳控制六、傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制七、塔架前后振動(dòng)的抑制八、獨(dú)立變槳技術(shù)一、變速風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性(1)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速。(2)額定轉(zhuǎn)速。(3)動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速限制。(4)額定轉(zhuǎn)矩。(5)動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)矩限制。(6)CPmax運(yùn)行段的系數(shù)。圖5-1變速風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性區(qū)間一、變速風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性二、功率系數(shù)CP、葉尖速比和槳距角的特定關(guān)系圖5-2功率系數(shù)、葉尖速比、槳距角的關(guān)

4、系三、基本控制邏輯(1)事先根據(jù)葉片特性計(jì)算出最優(yōu)的葉尖速比opt和最優(yōu)功率系數(shù)CPmax，將它們作為固定值設(shè)置在控制器中，于是由測量到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速即可得知獲得最大功率下的理想發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。(2)時(shí)刻計(jì)算Pem/，以爬山法來追求最優(yōu)工作點(diǎn)，使Pem/=0，從而獲得最大功率輸出。三、基本控制邏輯圖5-3變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本控制框圖四、濾波器圖5-4低通濾波器的頻率特性四、濾波器圖5-5帶阻濾波器的頻率特性五、轉(zhuǎn)矩和變槳控制圖5-6轉(zhuǎn)矩控制和變槳控制的耦合六、傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)抑制在定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差曲線是一個(gè)很強(qiáng)的阻尼器，阻力矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而迅速增加。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)的

5、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)存在很大的阻尼，一般不會(huì)引起什么問題。但對(duì)于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是處于恒轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)下，葉輪、齒輪箱和發(fā)電機(jī)的阻尼都很小，因而葉片的平面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)和電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可能激發(fā)傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。七、塔架前后振動(dòng)的抑制圖5-7帶通濾波器的頻率特性八、獨(dú)立變槳技術(shù)圖5-8增加傳動(dòng)鏈阻尼后的轉(zhuǎn)矩控制器第三節(jié)常用的控制方法和手段一、轉(zhuǎn)速跳躍二、降低運(yùn)行軌跡的性能三、變速與變槳的分步控制四、在過渡區(qū)域進(jìn)行變槳調(diào)節(jié)以增強(qiáng)可控性一、轉(zhuǎn)速跳躍圖5-9轉(zhuǎn)速跳躍二、降低運(yùn)行軌跡的性能圖5-10降低運(yùn)行軌跡的性能三、變速與變槳的分步控制圖5-11變速與變槳分步過渡的運(yùn)行特性三、變速與變槳的分步控制圖5-12變速與變槳分步控制帶來的功率損失四、在過渡區(qū)域進(jìn)行變槳調(diào)節(jié)以增強(qiáng)可控性實(shí)際的運(yùn)行中，由于葉輪動(dòng)態(tài)特性的影響，如果在額定點(diǎn)C附近的狀態(tài)只靠變速控制或變槳控制向額定運(yùn)行點(diǎn)C進(jìn)行回歸,將很難使機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定在C點(diǎn)，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的效果存在較大的時(shí)間差。圖5-13過渡區(qū)域提前變槳調(diào)節(jié)對(duì)功率和CP的影響那么可取的方法是同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)控制器，其條件是，在遠(yuǎn)離額定風(fēng)速時(shí)，置其中一個(gè)或另一個(gè)控制環(huán)飽和