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1、变速变桨控制原理介绍,应 有,风力发电系统国家重点实验室 副主任 联系电话：0571-87392397 邮箱：yingy,一、变速变桨型与定速失速型机组区别,二、变速变桨运行控制原理介绍,三、变速变桨控制技术介绍,主要内容,一、变速变桨型与定速失速型机组区别,变桨变速： 低风速运行变转速，追求最佳Cp，风能利用率较高；高风速时桨距角变化，限制功率。,定桨失速： 运行中，转速基本恒定，桨距角不可变 。 低风速时，风能利用率较低。,变速机组低风速时风能利用率较高的原因：,追求Cp=Cp(max).,风力机从风中捕获的能量：,风力机实际 获得的轴功率,上游风速,风能利用系数,风轮扫风面积,空气密度,
2、叶尖速比：,叶尖速比,风轮角速度,风轮半径,上游风速,Cp=Cp(max),失速型风机的Cp变化曲线,高风速区,低风速区,变速型风机的Cp变化曲线 (假设低风速时能全范围变转速),一、变速变桨型与定速失速型机组区别,功率曲线的比较:,定桨失速型风机功率曲线,变桨变速型风机功率曲线,Cp=Cp(max) 范围较窄,Cp=Cp(max) 范围较宽,开始失速,一、变速变桨型与定速失速型机组区别,问题：从切入风速到额定风速(3m/s-11.2m/s)的整个范围内全是变速控制吗？都能追求到最佳Cp吗？,全范围变速控制？,恒功率，变桨控制,二、变速变桨运行控制原理介绍,变速变桨控制的运行功率曲线,分析：,
3、要想追求最佳Cp，则,二、变速变桨运行控制原理介绍,受共振条件、变流器、叶尖速度等条件限制变速范围,则风轮转速与风速之间的关系为：,结论： 假如发电机转速范围：658rpm2457rpm,全范围追踪最佳Cp,U=3m/s 658rpm U=11.2m/s 2457rpm,可实现,二、变速变桨运行控制原理介绍,Windey1.5MW机组(为例子)的转速范围:,求：Cp=Cp(max)所对应的风速范围？,1030rpm1800rpm (风轮转速9.9rpm17.2rpm),所以：,windey1.5MW机组,3m/s-11.2m/s,Cp=Cp(max),不可实现！,二、变速变桨运行控制原理介绍,
4、分析：,Cp=Cp(max),问题：此曲线应该如何改动？,二、变速变桨运行控制原理介绍,转速 恒定 阶段,变转速 运行区域,(Cp恒定区),恒转速 运行区域,恒功率运行阶段，变桨控制,B,C,D,E,F,C,D,E,F,二、变速变桨运行控制原理介绍,结论：,变速机组的运行范围可划分四个阶段：,1).转速恒定阶段（BC）,2).变转速运行阶段(Cp恒定区)(CD),3).恒转速运行阶段(DE),4).恒功率运行阶段（EF）,二、变速变桨运行控制原理介绍,转速 恒定 阶段,变转速 运行区域,(Cp=Cp(max),恒转速 运行区域,恒功率运行阶段，变桨控制,B,C,D,E,F,1). 低风速下的变
5、转速控制,PI控制,PI控制,？,常数,=,线性 关系,风速测量不可靠,怎么办？,实现Cp=Cp(max),三、变速变桨控制技术介绍,分析：,U,=,=,=,常数,常数,实现Cp=Cp(max),三、变速变桨控制技术介绍,追求最佳Cp的两种方法：,1). 利用转速与风速之间的关系,2). 利用转矩与转速之间的关系,转速范围：,1030rpm1800rpm,Cp=Cp(max),1030rpm,1800rpm,测量不可靠,不可控,Cp=Cp(max),很难实现！,1030rpm,1800rpm,Cp=Cp(max),恒功率,可测,可控,Cp=Cp(max),可实现！,三、变速变桨控制技术介绍,通
6、过分析：,低风速下的转速控制,转矩控制,转速范围：,1030rpm1800rpm,1030rpm,1800rpm,额定转矩,额定功率,PI控制,PI控制,变转速,三、变速变桨控制技术介绍,三、变速变桨控制技术介绍,转矩控制环的控制框图,高风速下的变桨控制,限制功率,三、变速变桨控制技术介绍,1.5MW,77m桨叶不同桨距角时的功率曲线,0 deg,5 deg,8 deg,15 deg,20 deg,25 deg,三、变速变桨控制技术介绍,问题：风速从3m/s变化到25m/s的过程中,windey1.5MW 变速机组的Cp如何变化？,8m/s,4.5m/s,3m/s,11.2m/s,额定风速以上,为什么？,因为桨距角变化,三、变速变桨控制技术介绍,分析：,额定风速以上Cp随桨距角的变化关系如下图：,E,额定风速以上的Cp曲线,恒功率,恒功率1.5MW,额定风速以上功率恒定1.5MW,额定风速以上转速恒定 对应发电机转速1800rpm,常数,Cp与 成三次方关系,额定风速,切出风速,三、变速变桨控制技术介绍,三、变速变桨控制技术介绍,变桨控制环的控制框图,谢 谢！,
