第一篇：變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究

龍?jiān)雌诳W(wǎng) http://.cn

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)研究 作者：張鳳 張曉紅 盧業(yè)蕙

來(lái)源：《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》2012年第35期

摘 要：該文分析了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行區(qū)域，并針對(duì)高低風(fēng)速區(qū)采取不同的控制策略，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速區(qū)最大風(fēng)能追蹤和高風(fēng)速區(qū)的額定功率保持。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 變速恒頻 控制策略

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-00-0

1在當(dāng)今新能源技術(shù)開(kāi)發(fā)中，風(fēng)電成為最成熟、最具開(kāi)發(fā)利用的發(fā)電技術(shù)。風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電系統(tǒng)的重要裝置，直接影響輸出電能的質(zhì)量和效率，因此選取合適的控制策略是保證系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力機(jī)通過(guò)齒輪箱與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，發(fā)電機(jī)定子直接連接到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過(guò)變頻器并網(wǎng)。“雙饋”是指發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子同時(shí)向電網(wǎng)饋電。

根據(jù)不同的風(fēng)速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要有五個(gè)運(yùn)行區(qū)域，如圖1所示，每個(gè)運(yùn)行區(qū)域機(jī)組的輸出功率不同。

圖1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域

其中，A為并網(wǎng)區(qū)；B為最大風(fēng)能追蹤（MPPT）區(qū)域；C為過(guò)渡區(qū)；D為功率限制區(qū)。E為切出停機(jī)區(qū)。

由于風(fēng)速的不斷變化，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在不同的運(yùn)行區(qū)域。通常將發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行策略確定為：低風(fēng)速區(qū)域，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的追蹤或使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速最大。高風(fēng)速區(qū)域，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組保持額定功率輸出。低風(fēng)速區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略

（1）矢量控制雙饋發(fā)電機(jī)組矢量控制的目標(biāo)是對(duì)發(fā)電機(jī)中復(fù)雜變量間的關(guān)系解耦，使實(shí)現(xiàn)控制變得簡(jiǎn)單。基于雙饋發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型利用基于定子磁鏈定向的矢量控制實(shí)現(xiàn)有功功率P和無(wú)功功率Q的解耦控制，再分別對(duì)其施行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)的變速恒頻運(yùn)行和最大風(fēng)能捕獲[1]。

（2）直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）直接轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)對(duì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩做滯環(huán)比較，再適當(dāng)選擇逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速的控制。

直接轉(zhuǎn)矩控制的磁鏈軌跡有兩種形式，一種正六邊形，六條邊對(duì)應(yīng)于六個(gè)電壓矢量，通過(guò)切換逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈軌跡的控制[2]；另一種圓形，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈的誤差，結(jié)合定子磁鏈的空間位置選擇相應(yīng)的開(kāi)關(guān)矢量。

（3）滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是利用其高速開(kāi)關(guān)特性將系統(tǒng)的相軌跡引導(dǎo)到一個(gè)設(shè)計(jì)好的曲面上，使系統(tǒng)的狀態(tài)變量在設(shè)計(jì)好的的曲面上做滑模運(yùn)動(dòng)。雙饋感應(yīng)發(fā)電系統(tǒng)以功率相對(duì)誤差作為切平面，實(shí)現(xiàn)誤差跟蹤和風(fēng)能最大捕獲[3]；以力矩為控制信號(hào)，解決滑動(dòng)模切換抖動(dòng)的問(wèn)題。高風(fēng)速區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入功率限制區(qū)。變槳距控制技術(shù)是指通過(guò)調(diào)節(jié)槳葉的節(jié)距角，改變氣流對(duì)槳葉的攻角，進(jìn)而控制風(fēng)輪捕獲的轉(zhuǎn)矩或者功率，在高風(fēng)速區(qū)域通過(guò)對(duì)槳葉節(jié)距角的調(diào)整，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率保持

恒定。

（1）模糊PID控制。模糊PID控制在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)的應(yīng)用是將控制規(guī)則利用模糊集表示成規(guī)則庫(kù)存入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際響應(yīng)狀況進(jìn)行模糊推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的最優(yōu)調(diào)整，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。給定信號(hào)為發(fā)電機(jī)的限制功率或轉(zhuǎn)速，反饋信號(hào)與給定信號(hào)比較，對(duì)誤差和誤差的變化率進(jìn)行模糊推理，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后發(fā)出槳葉節(jié)距角信號(hào)，控制節(jié)距角增大或減小[4]。

（2）H∞魯棒控制。H∞魯棒控制是指在Hardy空間中通過(guò)一些性能指標(biāo)的無(wú)窮范數(shù)將被控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)镠∞范數(shù)最小化的問(wèn)題。在風(fēng)速和風(fēng)向不斷變化的情況下，利用魯棒控制器設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速控制器使發(fā)電機(jī)在設(shè)定好的風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在低風(fēng)速區(qū)的最大風(fēng)能追蹤和高風(fēng)速區(qū)的保持額定功率控制[5]。結(jié)語(yǔ)

該文針對(duì)不同運(yùn)行區(qū)域的控制目標(biāo)，分析了風(fēng)力機(jī)特性，研究了實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能追蹤的控制策略，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，保持最佳葉尖速比，追蹤最佳功率曲線。在高風(fēng)速區(qū)域，對(duì)發(fā)電機(jī)組的變槳距控制技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)各控制方式進(jìn)行分析總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張志，清靈，朱一凡.變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大風(fēng)能捕獲[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2010，37（4）：18-21.[2] 邢作霞，鄭瓊林.雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接轉(zhuǎn)矩控制[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，25（4）：556-559.[3] 劉遠(yuǎn)濤，楊俊華，謝景鳳，等.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率的滑模解耦控制[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2010，37（4）：39-43.[4] 王江.風(fēng)力發(fā)電變槳距控制技術(shù)研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009.[5] 張先勇，吳捷，楊金明，等.額定風(fēng)速以上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的恒功率H∞魯棒控制[J].控制理論與應(yīng)用，2008，25（2）：321-324.

第二篇：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)與控制

?風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)與控制?

課程編號(hào):

課程名稱：?風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)與控制?英文名稱：《monitoring and control of wind turbine generator system 》總 學(xué) 時(shí)：48

總 學(xué) 分：

3適用對(duì)象: 風(fēng)能與動(dòng)力工程專業(yè)本科學(xué)生

先修課程：?自動(dòng)控制原理、風(fēng)力發(fā)電原理?

一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)

該課程為風(fēng)能與動(dòng)力工程本科專業(yè)學(xué)生必修課，目的使學(xué)生了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)與控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)原理；掌握與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相關(guān)信號(hào)、過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)方法；控制系統(tǒng)構(gòu)成與控制方法分析。為今后從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)工作打下基礎(chǔ)。

二、教學(xué)要求和內(nèi)容

?基本要求?：學(xué)習(xí)并掌握不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的要求，學(xué)習(xí)掌握機(jī)組主要測(cè)量參數(shù)的測(cè)量原理，控制對(duì)象與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理。

?基本內(nèi)容?：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)與控制系統(tǒng)的組成，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程電氣、風(fēng)力、機(jī)組狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)，機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、故障等過(guò)程控制。

三、教學(xué)安排及方式

采取以課堂講授為主，課堂討論和實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)手段，結(jié)合控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)使學(xué)生有直觀形象的知識(shí)掌握。

五、推薦教材和教學(xué)參考書

教材：自編

參考書：《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)》葉杭冶編著 機(jī)械工業(yè)出版社

六、補(bǔ)充說(shuō)明

大綱執(zhí)筆者：呂躍剛大綱校對(duì)者： 大綱審核者： 制定日期：

第三篇：雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率解耦控制的研究

龍?jiān)雌诳W(wǎng) http://.cn

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率解耦控制的研究

作者：齊向東 史巖鵬

來(lái)源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》2012年第18期

摘要：介紹雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本原理，利用矢量控制并結(jié)合定子磁場(chǎng)定向的矢量控制，建立基于Matlab的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型。為了更為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定子磁場(chǎng)定向并考慮到定子繞組電阻對(duì)磁場(chǎng)定向的影響，采用改進(jìn)型的定子磁鏈觀測(cè)模型。通過(guò)仿真驗(yàn)證了采用改進(jìn)型定子磁場(chǎng)定向的雙饋風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了有功功率和無(wú)功功率解耦。

關(guān)鍵詞：矢量控制；磁場(chǎng)定向；雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)；雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN911—34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004—373X（2012）18—0185—03引言

風(fēng)能作為一種清潔可再生能源，在資源消耗日益增長(zhǎng)的今天，其發(fā)展前景相當(dāng)可觀。而采用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有著顯著的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展將大規(guī)模減少常規(guī)能源的消耗，有效地改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)[1—2]是目前最優(yōu)的控制方式。交流勵(lì)磁變頻器只需提供轉(zhuǎn)差功率就能大大減小變頻器的容量，它可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓頻率，實(shí)現(xiàn)定子電壓恒頻輸出，通過(guò)磁場(chǎng)定向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量[3—4]，實(shí)現(xiàn)功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能跟蹤。

第四篇：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制策略

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制策略

2008年10月29日 星期三 16:29

(一)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總是工作在如下?tīng)顟B(tài)之一：①運(yùn)行狀態(tài)；②暫停狀態(tài)；③停機(jī)狀態(tài)；④緊急停機(jī)狀態(tài)。每種工作狀態(tài)可看作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一個(gè)活動(dòng)層次，運(yùn)行狀態(tài)處在最高層次，緊停狀態(tài)處在最低層次。

為了能夠清楚地了解機(jī)組在各種狀態(tài)條件下控制系統(tǒng)是如何反應(yīng)的，必須對(duì)每種工作狀態(tài)作出精確的定義。這樣，控制軟件就可以根據(jù)機(jī)組所處的狀態(tài)，按設(shè)定的控制策略對(duì)調(diào)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、晶閘管等進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

以下給出了四種工作狀態(tài)的主要特征及其簡(jiǎn)要說(shuō)明。

(1)運(yùn)行狀態(tài)：

1)機(jī)械剎車松開(kāi)；

2)允許機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；

3)機(jī)組自動(dòng)調(diào)向；

4)液壓系統(tǒng)保持工作壓力；

5)葉尖阻尼板回收或變槳距系統(tǒng)選擇最佳工作狀態(tài)。

(2)暫停狀態(tài)：

1)機(jī)械剎車松開(kāi)；

2)液壓泵保持工作壓力；

3)自動(dòng)調(diào)向保持工作狀態(tài)；

4)葉尖阻尼板回收或變距系統(tǒng)調(diào)整槳葉節(jié)距角向90°方向；

5)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組空轉(zhuǎn)。

這個(gè)工作狀態(tài)在調(diào)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)非常有用，因?yàn)檎{(diào)試風(fēng)力機(jī)的目的是

要求機(jī)組的各種功能正常，而不一定要求發(fā)電運(yùn)行。

(3)停機(jī)狀態(tài)

1)機(jī)械剎車松開(kāi)

2)液壓系統(tǒng)打開(kāi)電磁閥使葉尖阻尼板彈出，或變距系統(tǒng)失去壓力而實(shí)現(xiàn)機(jī)械旁路；

3)液壓系統(tǒng)保持工作壓力；

4)調(diào)向系統(tǒng)停止工作。

(4)緊急停機(jī)狀態(tài)：

1)機(jī)械剎車與氣動(dòng)剎車同時(shí)動(dòng)作；

2)緊急電路(安全鏈)開(kāi)啟；

3)計(jì)算機(jī)所有輸出信號(hào)無(wú)效；

4)計(jì)算機(jī)仍在運(yùn)行和測(cè)量所有輸入信號(hào)。

當(dāng)緊停電路動(dòng)作時(shí)，所有接觸器斷開(kāi)，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)被旁路，使計(jì)算機(jī)沒(méi)有可能去激活任何機(jī)構(gòu)。

第五篇：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)學(xué)習(xí)心得體會(huì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)學(xué)習(xí)心得體會(huì)

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，控制技術(shù)和伺服傳動(dòng)技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。這是因?yàn)樽匀伙L(fēng)速的大小和方向是隨機(jī)變化的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的切入和切出、輸入功率的限制、風(fēng)輪的主動(dòng)對(duì)風(fēng)以及對(duì)運(yùn)行過(guò)程中故障的檢測(cè)和保護(hù)必須能夠自動(dòng)控制。同時(shí)，風(fēng)力資源豐富的地區(qū)通常都是海島或邊遠(yuǎn)地區(qū)甚至海上，分散布置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常要求能夠無(wú)人值班運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控，這就對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求。

要研究一套可靠的風(fēng)電控制系統(tǒng)，首先要了解風(fēng)力機(jī)工作的基本原理，包括風(fēng)力機(jī)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程、空氣動(dòng)力特性、簡(jiǎn)化葉素動(dòng)量理論和渦流理論等。掌握以上知識(shí)，才能知道在何種情況下應(yīng)進(jìn)行何種控制以及對(duì)哪些參數(shù)進(jìn)行控制才能達(dá)到相應(yīng)效果。

在對(duì)風(fēng)力機(jī)的控制策略進(jìn)行歸納后得出風(fēng)力機(jī)的控制要素主要有以下幾部分：轉(zhuǎn)速、偏航、停機(jī)、發(fā)電機(jī)。其中轉(zhuǎn)速控制分為定槳距控制和變槳距控制，變槳距控制又可分為恒速恒頻和變速恒頻控制。定槳距控制的策略是在風(fēng)速過(guò)大時(shí)采取失速控制以防轉(zhuǎn)速過(guò)大，變槳距控制則相對(duì)靈活主要通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角和轉(zhuǎn)速使風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行符合要求。

目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)從機(jī)組的定槳距恒速運(yùn)行發(fā)展到基于變速恒頻技術(shù)的變速運(yùn)行，對(duì)于風(fēng)力機(jī)的變速恒頻運(yùn)行，除需要了解風(fēng)力機(jī)的原理之外，還需掌握風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)的特性。這種特性主要是風(fēng)力機(jī)的功率因數(shù)與葉尖速比和槳距角的關(guān)系。對(duì)于某一固定的槳距角，存在唯一的最佳速比使得功率因數(shù)最大。而對(duì)于任意的葉尖速比，槳距角為0度時(shí)功率因數(shù)相對(duì)最大，槳距角增大，功率因數(shù)明顯減小。根據(jù)這種特性，變速恒頻控制的策略就是在額定功率前都將槳距角置于最小的位置，一般3度左右，這時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，使得葉尖速比始終對(duì)應(yīng)最佳功率因數(shù)點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，則增大槳距角使風(fēng)力機(jī)的功率穩(wěn)定在允許范圍之內(nèi)。

可以說(shuō)，這種控制策略已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從能夠向電網(wǎng)提供電力到理想地向電網(wǎng)提供電力的最終目標(biāo)。而依據(jù)這種策略研發(fā)風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)則是我們今后工作的重要一環(huán)