《风力发电技术-第三章：双馈式变速变桨风电机组运行控制讲义教材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电技术-第三章：双馈式变速变桨风电机组运行控制讲义教材（139页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华北电力大学 刘其辉,风力发电技术,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章 双馈型变速变桨风力发电系统 运行控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,纵览 机组主结构及控制系统 运行区域及控制目标 总体控制方案 励磁变换器结构及原理 DFIG控制（机侧变换器控制） 网侧变换器控制 变桨机构及其控制 偏航机构及其控制 其他机构及控制、保护,第三章：双馈型变速变桨风力发电系统 运行控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,华
2、北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,（一）机组主结构,风轮系统 传动链系统 发电机系统 偏航/解缆系统 刹车系统 辅助系统,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,机组主结构示意图,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,1. 风轮系统 桨叶 轮毂 变距（桨矩）机构,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,2. 传动链系统 低速轴 齿轮箱 多级变速，变比较大（接近100）
3、 采用行星齿轮和正（斜）齿轮实现多级变速 润滑油冷却或加温机构 高速轴 联轴器,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,通用标准型膜片联轴器 连接齿轮箱和发电机 补偿轴向、径向和角度偏差 易于装拆维护 实现电绝缘 力矩限定,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,传动链系统布局,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,3. 发电机系统 DFIG 发电机本体 冷却系统 保护系统 励磁变流器 四象限运行能力、输入、输出特性优良 设计
4、容量为机组容量30 IGBT器件，PWM调制技术 动作频率为数kHz-十几kHz 并网机构,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,4.偏航/解缆系统 偏航机构 风向标 偏航饲服电机（或液压马达） 减速装置 偏航液压制动器 偏航行星齿轮 对风/解缆操作 根据风向标控制对风 计算机控制的自动解缆 纽缆开关控制的安全链动作报警及人工解缆,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,偏航的作用 对风，获取最大发电量 减少斜风给机组带来的不平衡载荷,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,200
5、8.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,5.刹车系统 机械抱闸刹车 * 液压驱动和电气驱动 通过制定卡钳和连轴器上制动盘配对实现，一般在气动刹车后转速降低后采用 安装位置：高速轴，低速轴 气动刹车 变桨控制 变桨控制系统控制桨距角为90度 偏航控制 电磁刹车 通过控制发电机电磁阻转矩实现,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,6.辅助系统 塔架 机舱罩 机舱底盘 变压器 防雷系统及电气保护装置,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉
6、,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,冷却系统 发热部件 液压系统 齿轮箱 发电机 变频器 冷却方式：空气冷却，液体冷却，混合冷却 其他部分,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,（二）控制系统,1. 概述 与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网风况和机组运行参数，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。 比较普遍采用的是分布式控制系统。信号处理通常有两个独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主控制器在地面控制室的开关柜内,从机设在机舱内
7、。主控制器监控风轮所有的运行状态。主控制器和从控制器间通过光纤达到可靠快速地交换信息。,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,2. 结构与功能 结构 硬件系统和软件系统 主控制器和从控制器 功能 运行控制 变桨距控制、偏航控制、刹车控制、变流器（发电机）控制 本地控制与远程控制 信号采集与监视 采集量：电压、电流、频率、功率、转速、油温、压力 本地监视与远程监视,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,3. 主从分布式控制系统 主控制器（PLC, PID控制算法） 变桨控制 偏航控
8、制 制动控制 参数监视与远程通讯 系统级控制协调,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,主控制器实现案例,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,从控制器（DSP，矢量动态控制算法） 机侧变流器控制 网侧变流器控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,从控制器实现案例,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,
9、英国EU-ENERGY WIND公司SEG1250型风机变频器控制系统,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,二. 运行区域及控制目标 主要运行区域 各运行区域的控制目标,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,（一）主要运行区域,运行区域的划分 一般按照风速和机组运行特性分为 五大运行区域： 并网区 MPPT区 转速限制区（过渡区） 功率限制区 切出停机区,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机
10、组控制,不同运行区域的功率特性,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,(a)最大风能追踪区；(b)转速限制区域；(c)功率限制区域。,2. 不同运行区域的风能系数,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,（二）各运行区域的控制目标,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,三. 总体控制方案 总体控制方案主要内容 几种典型总体控制方案 优选总体方案及其优越性,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,（一）.
11、总体控制方案主要内容 总体控制方案指在不同运行区域内主、从控制器间的分工与协调控制方法。 不同运行区域指并网区、MPPT区、转速限制区、功率限制区、切出停机区。 主控制器中主要讨论变桨控制部分，从控制器即指发电机控制。,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,（二）.几种典型总体控制方案 典型总体控制方案概述 不同方案中各运行区域的划分标准和实现措施一致。 在并网区、切出停机区内各总体控制方案基本一致。 在MPPT区内，各总体控制方案变桨控制一致（桨距角固定为零），发电机控制则体现为具有不同的MPPT策略，大致可分为直接转速控制和间接转速
12、控制两种模式。 转速限制区为（由MPPT区到功率限制区的）过渡区域，可由变桨控制或发电机控制限速。 功率控制器内变桨控制和发电机控制同时起作用，该区域内两个控制功能间的协调非常重要，协调方案众多构成了总体控制方案的多样性。,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,几种典型总体控制方案,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,方案一 *,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,方案二,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大
13、学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,方案三,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,方案四*,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,几种方案的比较 第一种方案前四个运行区域内变桨控制和发电机控制的控制目标分别是转速和功率，运行区域改变时不需控制目标的切换，控制器设计简单。需要设计发电机功率控制器。该方案的一大优点：发电机有功、无功控制器设计一致。 第二种方案变桨控制器控制目标不变，但发电机控制目标在MPPT区、转速限制区内为转矩，在功率限制区内为功率，存在控制目标切换
14、问题。需要设计发电机转矩和功率控制器。,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三种方案变桨控制存在控制目标的变换问题，发电机在MPPT区、转速限制区、功率限制区内进行转速控制，需要设计转速控制器。发电机控制在并网区和MPPT区内存在控制目标切换问题。在MPPT区内需要风速检测，造成MPPT效果下降。 第四种方案变桨控制存在控制目标的变换问题，发电机在MPPT区、转速限制区、功率限制区内进行转速控制，需要设计转速控制器。发电机控制在并网区和MPPT区内存在控制目标切换问题。在MPPT区内需要风速检测，造成MPPT效果下降。,第三章：双馈
15、式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,需要解决的问题 并网区和功率限制区内的“合适转速”如何选择？ 第一种方案的转速限制区内发电机如何进行功率控制？,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,（三）.优选总体方案及其优越性 暂定第一种方案,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,德国AERODYN公司GD77/82(1.5MW)机组控制算法,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,四.
16、励磁变换器结构及原理 DFIG转子励磁电源的要求 双PWM变流器的结构和特点,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,DFIG转子励磁电源的要求,（一）DFIG转子励磁电源的要求,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,（二）双PWM变流器的结构和特点,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,由两个结构和功能相对独立的PWM变换器组成,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,两个PWM变换器运行状态可控，可实现可逆运行，能量可双向流,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,全控器件变换器,拓扑及调制波形,（三）双PWM变流器的原理,华北电力大学电气与电子工程学院 刘其辉,2008.6.20,第三章：双馈式变桨变速风电机组控制,基本调制技术,SPWM（正弦P
