《风力发电机组监测与控制 教学课件 ppt 作者 叶杭冶 第五章 变速恒频风力发电机组的控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电机组监测与控制 教学课件 ppt 作者 叶杭冶 第五章 变速恒频风力发电机组的控制（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、风力发电机组监测与控制,第五章 变速恒频风力发电机组的控制,第五章 变速恒频风力发电机组的控制,第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标 第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略 第三节 常用的控制方法和手段,第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标,叶轮所受的空气动力学载荷主要分为两大部分：确定性载荷与随机性载荷。随机性载荷是由风湍流引起的，而确定性载荷则可分为以下三种： (1)稳态载荷，由叶轮轴向定常风作用而产生的载荷。 (2)周期载荷，即按一定周期重复的载荷。 (3)瞬态载荷，暂时性的载荷，如阵风和停机过程中所受的载荷。,第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标,一个较完整的风力发电机组控制系统
2、除了能保证良好的发电能力和电能品质外，还应承担以下任务： (1)减小传动链的转矩峰值。 (2)通过动态阻尼来抑制传动链振动。 (3)避免过量的变桨动作和发电机转矩调节。 (4)通过控制风力发电机组塔架的振动尽量减小塔架基础的负载。 (5)避免轮毂和叶片的突变负载。,第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略,变速恒频风力发电机组的基本控制策略是指在各不同的风速段、不同的工作条件下，采用不同的控制方法调整机组的运行状态，使其工作曲线表现出预期的工作特性，这些控制方法包括以下方面： (1)机组在起动或停机时，为限制并网或脱网功率而进行的变桨变速耦合控制。 (2)机组在额定转速以下运行时，使机组转速能跟
3、随风速变化而进行的发电机转矩控制。 (3)机组运行在额定转速而风速小于额定风速情况下，使机组保持稳定转速的变速变桨耦合控制。 (4)机组在额定风速以上运行时，为保持稳定的功率输出而进行的变速变桨耦合控制。,第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略,一、变速风力机的转矩-转速特性 二、功率系数CP、叶尖速比和桨距角的特定关系 三、基本控制逻辑 四、滤波器 五、转矩和变桨控制 六、传动系统的扭转振动抑制 七、塔架前后振动的抑制 八、独立变桨技术,一、变速风力机的转矩-转速特性,(1)并网转速。 (2)额定转速。 (3)动态最大转速限制。 (4)额定转矩。 (5)动态最大转矩限制。 (6)CPmax运
4、行段的系数。,图5-1 变速风力机的转矩-转速特性区间,一、变速风力机的转矩-转速特性,二、功率系数CP、叶尖速比和桨距角的特定关系,图5-2 功率系数、叶尖速比、桨距角的关系,三、基本控制逻辑,(1)事先根据叶片特性计算出最优的叶尖速比opt和最优功率系数CPmax，将它们作为固定值设置在控制器中，于是由测量到的发电机转速即可得知获得最大功率下的理想发电机电磁转矩。 (2)时刻计算Pem/，以爬山法来追求最优工作点，使Pem/=0，从而获得最大功率输出。,三、基本控制逻辑,图5-3 变速恒频风力发电机组基本控制框图,四、滤波器,图5-4 低通滤波器的频率特性,四、滤波器,图5-5 带阻滤波器
5、的频率特性,五、转矩和变桨控制,图5-6 转矩控制和变桨控制的耦合,六、传动系统的扭转振动抑制,在定桨恒速风力发电机组中，异步发电机转差曲线是一个很强的阻尼器，阻力矩随着转速的增加而迅速增加。因此，传动系统的扭转振动存在很大的阻尼，一般不会引起什么问题。但对于变速恒频风力发电机组，特别是处于恒转矩控制状态下，叶轮、齿轮箱和发电机的阻尼都很小，因而叶片的平面内振动模态和电磁转矩脉动可能激发传动系统产生剧烈的扭转振动。,七、塔架前后振动的抑制,图5-7 带通滤波器的频率特性,八、独立变桨技术,图5-8 增加传动链阻尼后的转矩控制器,第三节 常用的控制方法和手段,一、转速跳跃 二、降低运行轨迹的性能
6、 三、变速与变桨的分步控制 四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性,一、转速跳跃,图5-9 转速跳跃,二、降低运行轨迹的性能,图5-10 降低运行轨迹的性能,三、变速与变桨的分步控制,图5-11 变速与变桨分步过渡的运行特性,三、变速与变桨的分步控制,图5-12 变速与变桨分步控制带来的功率损失,四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性,实际的运行中，由于叶轮动态特性的影响，如果在额定点C附近的状态只靠变速控制或变桨控制向额定运行点C进行回归,将很难使机组的运行状态稳定在C点，这是因为转矩调节和转速调节的效果存在较大的时间差。 图5-13 过渡区域提前变桨调节对功率和CP的影响那么可取的方法是同时运行两个控制器，其条件是，在远离额定风速时，置其中一个或另一个控制环饱和。因此在大多数时间里还是只有一个控制器处于激活状态，但是在接近额定点时它们可以建设性的相互干预。,四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性,图5-13 过渡区域提前变桨调节对功率和的影响,
