風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距控制系統(tǒng)

白冰

摘 要：近些年，國內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)取得了較為喜人的成績，人們一提到風(fēng)力發(fā)電，就會(huì)想到低碳、節(jié)能、環(huán)保這些代名詞。尤其是在石油資源、煤炭資源面臨枯竭的窘迫形勢下，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展更需要加大研究力度，以期其能早日發(fā)揮更加廣泛的用途。在下文敘述中就對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距控制系統(tǒng)做出研究分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；發(fā)電機(jī)組；變距控制；控制系統(tǒng)

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的快速發(fā)展下，發(fā)電機(jī)組的整體結(jié)構(gòu)和控制功能目前已經(jīng)在很大程度上得到了完善，并且其功能作用更加的齊全、高效，經(jīng)過不斷地實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究得出，變距控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組因?yàn)槠涔δ軆?yōu)勢已經(jīng)逐漸的可以取代定距控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組，那么變距控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組具體有怎樣的功能優(yōu)勢，在下文中通過對系統(tǒng)的分析以做出論述。

一、變距控制系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組基本概述

變距系統(tǒng)主要包含著兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與并網(wǎng)后的功率控制。由于異步電機(jī)的功率與速度是嚴(yán)格對應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實(shí)現(xiàn)的。變距葉輪的槳葉在靜止時(shí)，節(jié)距角為90°，這時(shí)氣流對槳葉不產(chǎn)生力矩，整個(gè)槳葉實(shí)際上是一塊阻尼板。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向0°方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角，葉輪開始起動(dòng)。葉輪從起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速，其槳葉的節(jié)距角隨轉(zhuǎn)速的升高是一個(gè)連續(xù)變化的過程。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，電機(jī)并入電網(wǎng)。這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)頻率的牽制，變化不大，主要取決于電機(jī)的滑差，電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制實(shí)際上已轉(zhuǎn)為功率控制。如圖1所示，在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由速度控制器A根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號直接控制，發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制器B與功率控制器起作用。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成電壓信號控制比例閥，驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞，推動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角變化。

二、變距控制系統(tǒng)的控制分析

（一）速度控制分析

變距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的速度控制包括兩個(gè)部分，脫網(wǎng)狀態(tài)和并網(wǎng)狀態(tài)下的速度控制。1、脫網(wǎng)狀態(tài)下的速度控制。轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)或從待機(jī)狀態(tài)重新起動(dòng)時(shí)投入工作，在這些過程中通過對節(jié)距角的控制，轉(zhuǎn)速以一定的變化率上升?？刂破饕灿糜谠谕睫D(zhuǎn)速時(shí)的控制。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速±10r/min內(nèi)持續(xù)1s發(fā)電機(jī)將切入電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速通過主軸上的感應(yīng)傳感器測量，每個(gè)周期信號被送到微處理器作進(jìn)一步的處理以產(chǎn)生新的控制信號。2、并網(wǎng)狀態(tài)下的速度控制。如圖2所示，發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制系統(tǒng)E起作用。速度控制系統(tǒng)B受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的雙重控制。在達(dá)到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。額定的速度給定值是1560r/min，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率是百分之四。如果風(fēng)速和功率輸出一直低于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率將降低到百分之二，節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。

（二）功率控制分析

功率控制系統(tǒng)，為了有效地控制高速變化的風(fēng)速引起的功率波動(dòng)，新型的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用了RCC技術(shù)。通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的控制來迅速改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，從而改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，吸收由于瞬變風(fēng)速引起的功率波動(dòng)。該控制系統(tǒng)由功率伺服環(huán)（內(nèi)環(huán)）和通過測量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生功率參考曲線（外環(huán)）兩部分構(gòu)成，稱為雙閉環(huán)控制。其中外環(huán)是轉(zhuǎn)速控制環(huán)，使輸出交流電頻率控制在50Hz。內(nèi)環(huán)，也就是功率控制環(huán)，實(shí)際上是一個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制環(huán)。轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式PI控制器和一個(gè)等效變阻器構(gòu)成。它根據(jù)給定的電流值，通過改變轉(zhuǎn)子電路的電阻來改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。在額定功率時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率能夠從1%到10%變化（1515-1650r/min），相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從0到100%變化。當(dāng)功率變化時(shí)，PI控制器迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子電流跟蹤給定值。如果從主控制器傳出的電流給定值是恒定的，它將保持轉(zhuǎn)子電流恒定的，從而使功率輸出保持不變。轉(zhuǎn)子電流控制器的動(dòng)作時(shí)間在毫秒級以下，變槳距機(jī)構(gòu)的動(dòng)作以秒計(jì)，因此在短暫的風(fēng)速變化時(shí)，僅僅依靠轉(zhuǎn)子電流控制器的控制作用就可保持發(fā)電機(jī)功率的穩(wěn)定輸出，減少對電網(wǎng)的不良影響。同時(shí)也可降低變槳距機(jī)構(gòu)的動(dòng)作頻率，延長變槳距機(jī)構(gòu)的使用壽命。

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