探究風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變距控制中ABB變頻器的應(yīng)用

【摘 要】為了進(jìn)一步推動(dòng)和落實(shí)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，大力開(kāi)發(fā)新型的清潔能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)搭載著先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，風(fēng)電技術(shù)作為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的核心與關(guān)鍵，直接影響著系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的功率和不平衡荷載精確控制，文中簡(jiǎn)單闡述了風(fēng)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并深入分析了ABB變頻器應(yīng)用于變槳距控制系統(tǒng)中的工作原理，結(jié)果顯示ABB變頻器能夠精確的控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)在異步電動(dòng)機(jī)中對(duì)槳葉距的獨(dú)立控制。

【關(guān)鍵詞】ABB變頻器 變槳距系統(tǒng) 工作原理

目前世界上多數(shù)國(guó)家針對(duì)容量在750kw以下的風(fēng)電機(jī)組選擇定槳距系統(tǒng)，而容量在750kw以上的風(fēng)電機(jī)組選擇變槳距系統(tǒng)，因此從當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，變槳距型的風(fēng)電機(jī)組逐漸成為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用對(duì)象，對(duì)于全翼展變距的風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)可以采用變槳距控制系統(tǒng)來(lái)限制葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，使風(fēng)力機(jī)達(dá)到最佳剎車性能的同時(shí)也增加了系統(tǒng)的安全性，變槳距系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心控制系統(tǒng)，文中針對(duì)ABB變頻器用于變槳距系統(tǒng)做了深入的研究。

1.電動(dòng)變槳距控制系統(tǒng)

電動(dòng)變槳距的基本結(jié)構(gòu)原理是當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定的范圍之內(nèi)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)風(fēng)速的實(shí)際變化情況對(duì)槳距角進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到控制吸收機(jī)械能的目的，以此來(lái)獲得最大的機(jī)械能量并將風(fēng)力機(jī)受到的沖擊力度降到最低，在并網(wǎng)的過(guò)程中，為了提高發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率和電能的質(zhì)量，需要將變槳距控制系統(tǒng)和變速恒頻技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用。

電動(dòng)變槳距系統(tǒng)最多可以允許三個(gè)葉片分別進(jìn)行獨(dú)立變槳，而且可以給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供功率輸出，同時(shí)也可以提供足夠的能量用于風(fēng)力機(jī)組的剎車程序，有效的避免了風(fēng)力機(jī)電能過(guò)載現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)而降低了風(fēng)力機(jī)的故障率。

2.大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距控制所面臨的難題

2.1風(fēng)電系統(tǒng)非線性和時(shí)變不確定性

風(fēng)電系統(tǒng)因工作環(huán)境和功能作用的特殊性而具備較高的非線性和時(shí)變不確定性，因?yàn)槭艿蕉喾N因素的干擾，因此風(fēng)電系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著時(shí)間和環(huán)境的變化產(chǎn)生相應(yīng)的變化，很難滿足設(shè)計(jì)的要求，因此怎樣可以實(shí)現(xiàn)控制器在參數(shù)不精確的情況下經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算和較強(qiáng)的控制性，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的變槳距進(jìn)行合理的控制一直是風(fēng)電企業(yè)的關(guān)注的問(wèn)題。

2.2傳統(tǒng)獨(dú)立變槳的弊端

傳統(tǒng)獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)是根據(jù)多葉片協(xié)調(diào)進(jìn)行控制的，主要使用的方法是用三套獨(dú)立變槳距閉合回路實(shí)施控制，但是這種控制方法無(wú)法兼顧各種信號(hào)之間的耦合作用，而且這種控制方法只能用于低頻段當(dāng)中，對(duì)于高頻段的載荷幾乎沒(méi)有實(shí)際的作用。

2.3槳葉吸收功率不平衡

由于大型風(fēng)力機(jī)的槳葉直徑在不斷加大，尤其是兆瓦以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)其處在額定的風(fēng)速時(shí)，槳葉的旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中最低端和最高端在功率吸收上相差20%左右，是槳葉的工作中出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡載荷，給機(jī)組造成一定程度的損傷，因此需要從根本上解決獨(dú)立槳葉變距的控制問(wèn)題。

3.基于ABB變頻器的變槳距控制系統(tǒng)工作原理

當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中使用的異步電動(dòng)機(jī)有很好的穩(wěn)定性，而且國(guó)內(nèi)風(fēng)電企業(yè)在異步電動(dòng)機(jī)控制方面的技術(shù)也趨于成熟，改型電動(dòng)機(jī)不但可以長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作，其制造的成本也相對(duì)低廉，因此多數(shù)風(fēng)電企業(yè)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用的都是三項(xiàng)感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)，而且在控制系統(tǒng)中加上ABB變頻器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的精確控制，槳葉的旋轉(zhuǎn)角度與控制器給定的角度完全吻合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立槳葉變距的精確控制。

ABB變頻器有著強(qiáng)大的編程功能，在變頻器中同時(shí)設(shè)計(jì)了三個(gè)槳葉的同步變化程序，而且其中還包含了當(dāng)槳葉遇到緊急情況時(shí)，每個(gè)槳葉都會(huì)同時(shí)參與氣動(dòng)剎車，變頻器中安裝了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電機(jī)組的點(diǎn)擊溫度、電源、點(diǎn)擊剎車狀態(tài)以及其他的各種參數(shù)實(shí)施全面監(jiān)控，當(dāng)其中任何一個(gè)參數(shù)出現(xiàn)異常的變頻器就會(huì)立刻采取有效的措施把槳葉停止在安全的位置，于此同時(shí)對(duì)其他的變頻器發(fā)出警示信號(hào)，使所有運(yùn)行中的槳葉都停止在安全合理的位置，有效的阻止了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。在變槳距控制系統(tǒng)當(dāng)中增加ABB變頻器之后，變槳的主控制器和輪轂內(nèi)軸控制盒都是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的總線進(jìn)行通訊控制傳輸?shù)?，以此?lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)立槳葉變距裝置的控制目標(biāo)，主控制器需要結(jié)合風(fēng)機(jī)的風(fēng)速和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)，制定合適的命令并傳輸?shù)阶儤嗫刂葡到y(tǒng)當(dāng)中，而變槳距控制系統(tǒng)又會(huì)把風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際參數(shù)反饋給主控制系統(tǒng)，使其做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改變。

4.變槳距控制系統(tǒng)中的PID控制

PID控制系統(tǒng)最早只是應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和融合，該項(xiàng)控制技術(shù)逐漸被廣泛用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)中。ABB變頻器中就帶有內(nèi)置的PID控制系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)，這兩種控制技術(shù)的結(jié)合，將電機(jī)、電機(jī)編碼器以及敬業(yè)位置編碼器共同組成了兩個(gè)閉合控制回路，能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)速和槳葉的角度進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)槳葉的角度與控制器給出的角度無(wú)法吻合就會(huì)立刻做出調(diào)整，此控制回路對(duì)槳葉角度的調(diào)節(jié)不受外界風(fēng)速的影響。

ABB變頻器具備開(kāi)放性的可編程功能，從可編程控制的角度來(lái)講它可以稱之為一種標(biāo)準(zhǔn)的圖形化編程工具，不僅可以用于設(shè)計(jì)特殊的控制參數(shù)，而且其控制邏輯當(dāng)中還包含了多種功能的模塊，例如：PID控制器、各種濾波器、積分器等，ABB變頻器強(qiáng)大的編程能力不僅可以在變頻器中直接完成單機(jī)的運(yùn)行程序，而且也可以直接完成同步的運(yùn)行程序，為風(fēng)電機(jī)組的獨(dú)立槳葉變距精確控制提供了可能。

5.結(jié)束語(yǔ)

文中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距控制系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單的介紹，并分析了當(dāng)前槳葉獨(dú)立精確控制中面臨的難題，而ABBB變頻器結(jié)合異步電動(dòng)機(jī)使槳葉的獨(dú)立變槳距控制成為現(xiàn)實(shí)，而且實(shí)踐結(jié)果顯示，結(jié)合PID控制系統(tǒng)，ABB變頻器能夠精確控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而完成了對(duì)槳葉的精確控制，使風(fēng)電企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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