变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制
双馈风力发电系统最大风能追踪控制

,
因此受到了世界各国的重视 , 风力发电也获得 了
时追踪最佳功率曲线 ,是一种改进的最大功率点跟
踪算 法 ( ) MP 。
更 多 的优 惠政 策和资 金支持 。 目前大 型变速 恒频 风
—■
Cla e g e n En r y
72
苏 平等: 双馈风 力发电 系统最 大风能追踪 控制
本文 通过分 析风力 发 电系统风 速与风 力机功 率 的数学 关 系 以及 双馈 电机 的运 行特 性 ,在 M P 和 PT TR S 算法 的基础 上 ,结 合D I参 考转 速实 时计算 方 FG
, 、 5 口 =8 。
/ 。 二 \
— 、
法以及定子磁链定向矢量控制 , 提出了一种转速 、 电
要实时测量风力机输出功率和风力机转速 , 并且测
0 引言
风力发 电是新 能源 中技术 最成熟 的发 电方式 之
一
量 时 间往 往 影 响 控 制 精 度 ; 献 [0提 出 了 通 过控 文 11 制 发 电机输 出有 功 功率 来 调 节 电磁转 矩 和 转 速 。 在
风 速变 动情 况下 保持 恒定 的最 佳 叶尖 速 比.从 而 实
正确 性
sacigHC 1HC erhn , S, S控 制 法 是 通 过 实 时 测 量 风 力
机 转速 和输 出功率 ,利 用经 典数 学寻优 方法 跟踪 最
关 键 词 : 力 机 ; 大风 能 追 踪 ; 风 最 双馈 发 电机 ; 量 控 制 矢
大输 出功率 点 , 方法 避免 了测量 风速 的 问题 , 该 但需
St dy o a i im i d En r y Tr c n fDo bl —Fe u n M x m l W n e g a ki g o u y d W i d-Po r G e r to yse n we ne a i n S t m
风力发电中的变速恒频技术综述

风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。
进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点,被各国广泛重视,纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。
第一次世界大战后,丹麦首开先河,制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。
随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。
前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。
到20世纪60年代,由于石油廉价和内燃机的广泛运用,风力发电成本高的问题显得突出,和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力,发展几近停止。
但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题,使得风力发电技术重新受到重视。
风力发电又进入迅速发展阶段。
先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行,自动控制技术日益成熟,并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。
2002年,世界各国风电装机总量达到近40000MW,并且每年增长率达20%,发展势头强劲。
我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。
2002年底,我国风力发电装机容量达473MW,遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。
图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步,主要表现为以下几点:(1)风力发电机单机容量稳步变大。
现在单机容量已达到兆瓦级;(2)变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。
目前,绝大多数的风力发电机采用这种技术;(3)变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统,风能利用更加有效;(4)无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。
这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。
2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速以后,由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制,必须降低风机吸收功率,使其在接近额定功率下运行,同时减少桨叶承受的载荷冲击,使其不致受到损坏。
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制

变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制发布时间:2021-01-27T02:31:36.116Z 来源:《中国电业》(发电)》2020年第24期作者:王斌[导读] 文以变速恒频风力风电机组为例,对其最大风能追踪的总控制与矢量控制过程进行了分析。
甘肃龙源风力发电有限公司兰州 737000摘要:随着科技进步,社会不断发展,同时伴随着环境污染的严重,不可再生能源的减少,政府开始实行并坚持可持续发展战略,有效利用清洁能源,重点发展对可持续能源的利用,例如风能,水能,太阳能等。
伴随着风力发电的盛行,全面提升风力发电机组的运行可靠性和稳定性成为风力发电技术研究的热点问题,最大风能追踪控制成为研究的重点。
文以变速恒频风力风电机组为例,对其最大风能追踪的总控制与矢量控制过程进行了分析。
关键词:变速恒频;风力发电系统;最大风能追踪控制;可再生能源一、变速恒频风电机组1.1变速恒频风电机组风能已成为电力系统增长最快的绿色能源和全球发展最快的可再生能源。
变速恒频风电作为20世纪逐渐发展起来的全新的发电形式,其最大风能追踪控制成为了现在众多学者研究探讨的重要对象。
同时,在现代,变速恒频风电机组已经成为了主流的风力发电机组。
当风速处于额定风速以下时,对于变速恒频风电机组而言,尽可能的提高能量转换效率是主要的目标,这主要通过发电机转矩的控制,使机组变速运行来实现。
变速恒频风电系统的矢量控制图如图一所示。
目前,变速恒频风电机组作为主流的风力发电机组,风电机组有不同于通常机械系统的特性:风电机组的动力源是不可测的自然风能,其发电系统最大风能追踪控制成为了核心问题,同时也是最难解决的问题,是众多学者讨论研究的热点,也是本文要阐述的核心问题。
图1 变速恒频风电系统的矢量控制图1.1.1简介交流励磁变速恒频发电在风力﹑水力等可再生能源的开发利用中发挥作用巨大,得到了极大的重用,尤其在风力发电中得到了广泛的应用。
与恒速恒频发电技术相比,变速恒频风力发电技术具有显著的优越性,首先极大的提高了风能转换效率,显著降低了由风施加到风力机上的机械应力,减少了能源的损耗;其次通过对发电机输出的有功功率得控制来合理调整电磁转矩与转速,使电机转速改变,从而在风速变动的情况下确保最佳叶尖速比的恒定,实现了变速下的恒频运行,通过矢量变换控制还能实现输出有功和无功功率的解耦控制,提高电力系统调节的灵活性和动﹑静态稳定性。
变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制

大功率变速恒频双馈风力发电变流控制技术

率与转速的关 系, 在某一特定风速下 , 不同转速会 使风力机输出不 同的功率 , 只在某一转速值处 且 达到最大输出功率 , 由这些点 即构成了最佳功率 曲线 P 。
由功率 函数 表 达式 可 知 , 力机 功率 值 在 特 风
式 中 — — 定子 电流 频率 ; p— —极 对 数 ; n—— 转 子转 速 ;
c n r ls h mewa e u e ih e a l p i lrt t n l p e r c i gf r x mu wi d e e g o t c e s d d c d wh c n b eo t o ma o ai a s e d ta kn o o ma i m n n ry,d c u l d c n e o pe o - to fa tv o e n e cie p we ,a t d t n lsao ・lx o in e c a im n l dn o ro trlo n r l cie p w r a d r a t o r r i o a ttrf — r t d me h n s i cu i g p we u e - p a d o v a i u e o
Idc o ee t ,FG 和背靠背双 P nutnG nr o D I ) i ar WM 变换 器组成 的变速恒频风力发 电系统的运行原理 , 通
3% , 0 成本降低 ; 功率双向流动 , 谐波污染小 , 输入 输出特性好 , 电网故 障情况下拥有较强 的适应能
力。基于 dq — 解耦 的矢量控制技术在双馈风力发
尸1
尸 2
2 风力机模 型及最 大风 能捕获
风力 机是 能量 转 换 的核 心 部 件 , 接 影 响 着 直
风力发电机组控制系统设计-—最大功率点跟踪控制

课程设计说明书风力发电机组控制系统设计-最大功率点跟踪控制专业新能源科学与工程学生姓名喻绸绢班级能源121学号1210604122指导教师薛迎成完成日期2015年12月14日目录1。
控制功能设计要求 01.1任务 02。
设计 (2)2。
1 介绍对象(风力发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究)2 2。
2控制系统方案 (2)2.2.1风力机最大功率点跟踪原理 (2)2.2.2风力机发电系统 (5)2。
2。
3风速变化时的系统跟踪过程 (10)3。
硬件设计 (12)4。
软件设计 (15)5.仿真或调试 (16)参考文献 (18)1.控制功能设计要求1.1任务能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗,因此,可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注,其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一。
目前,变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下根据风速变化的情况调节风机转速,使其运行于最优功率点,从而捕获最大风能;在高于额定风速时,通过对桨距角的调节,使风机以额定功率输出。
常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法、模糊控制法、混合控制法等。
为了充分利用风能,提高风电机组的发电总量,本文分析风机特性及最大功率点跟踪(maximum pow er point tracking MPPT)工作原理。
众多的MPPT实现方法各有千秋,对于不同的应用场所各有所长,对于多种方案,需要进行大量细致的实验工作和数据分析。
风能是一种具有随机性、不稳定性特征的能源,风能的获取不仅与风力发电机的机械特性有关,还与其采用的控制方法有关。
在某一风机转速情况下,风速越大时风力机的输出功率越大,而对某一风速而言,总有一最大功率点存在。
只有当风力发电机工作在最佳叶尖速比时,才能输出最大功率.好的控制方法可使风轮的转速迅速跟踪风速变化,使风力发电机始终保持在最佳叶尖速比上运行,从而最大限度地获得风能.要保证最大限度地将捕获到的风能转化为电能,目前一般采用最大功率点追踪控制(MPPT)控制策略。
变速恒频风力发电系统控制方案分析

制 方式来得到恒 定 的频率 。
风 能 与 风 速 的 三 次 方成 正 比 , 当风 速 在 一 定 范 围 内 变 化 时 。若 允 许 风 力 机 作 变 速 运 行 , 那 么 可 以 更 好 地 利 用 风 能 。 是 因 为风 力 机 的 风 能 利 用 系 数 C 在 某 一 确 定 的 风 轮 这 叶 尖 速 比 入下 达 到 最 大 值 , 图 1 示 。 速 恒 频 发 电 系 统 如 所 恒 的 风 力 机 由 于 只 能 固定 在 某 一 转 速 上 。 而 风 能 又 具 有 随 机
根 据 风 力 发 电过 程 中 发 电机 的 运 行 特 征 和 控 制 技 术 。
风 力 发 电 系 统 分 为 恒 速 恒 频 发 电 系 统 和 变 速 恒 频 发 电 系
究 较 多 的 变 速 恒 频 风 力 发 电 技 术 主 要 有 以下 几 种 : 1 鼠茏 异 步发 电 系统 . 系 统 如 图 2所 示 , 用 的 发 电机 为 笼 型 转 子 。 力 机 通 采 风
调 整 以及 环 境 保 护 将 起 到 重 要 作 用 。
变 速 恒 频 风 力 发 电是 近 年 来 发 展 起 来 的一 种 新 型 风 力 发 电 系 统 。 国 外 新 建 的 大 型 风 力 发 电 系 统 大 多 数 采 用 变 速
恒频 方式 。 目前 成 为 风 力 发 电 的 发 展 方 向 。 近年 来 世 界 上 研
维普资讯
< 陡 浇 饲 瓠 )07 20 年第 2 期
工 程 科 技
变 速 恒 频 风 力 发 电系 统 控 制 方 案 分 析
倪 琳
合肥 200 ) 3 0 9 ( 肥工 业大 学 , 徽 合 安
风力发电系统运行控制技术研究

风力发电系统运行控制技术研究【摘要】风力发电作为一种清洁的新能源具有重要的意义,风力发电系统的运行控制策略直接关系到风力发电,电力供应的安全性和质量的效率。
本文对风力发电系统的运行控制的两个主要方面,即最大风力跟踪控制和恒功率控制进行了研究和总结。
【关键词】风力发电系统;最大风能跟踪(mppt);恒功率控制0 引言在提倡可持续发展的今天,风能的开发利用具有积极的战略意义。
特别是在能源供求日趋紧张的情况下,风能作为一种替代能源的意义就更加突出。
风力发电系统根据运行方式和控制技术的不同可以分为恒速恒频系统和变速恒频系统,其中变速恒频风力发电系统能够更高效地利用风能。
并网型变速恒频风力发电系统一般由风轮、齿轮箱(在直驱方式中已略去齿轮箱)、发电机和变流设备组成,如图1风力发电系统框国所示。
风轮的作用是捕捉风能,并将之转化为机械能;发电机则将机械能转化为电能;变流设备将发电机发出的频率幅值随风速波动的交流电转化为与电网电压同频同幅的交流电,然后馈送至电网。
图1 风力发电系统框图风力发电系统主要包括2种运行状态:1)最大风能追踪状态。
当风速低于额定风速时,风轮的转速会随着风速的波动而不断变化,以维持最佳叶尖速比及最大风能利用系数,从而有效提高风机的输出功率。
2)额定功率运行状态,当风速高于额定风速时,通过调节叶片桨距角和抑制风轮转速,降低风轮的风能捕获效率,保证风机运行在额定工作点附近。
可见,风力发电机组的运行控制在不同的运行状态有不同的控制策略:1)最大功率点跟踪控制(mppt控制):当实际风速低于额定风速时,对风力发电机组进行控制,保证机组运行在最大风能追踪状态下,最大限度地捕获风能。
2)恒功率控制:当实际风速高于额定风速时,受机械强度、发电机容量和变频器容量等限制,必须降低风轮捕获的能量,使功率保持在额定值附近。
实际的风电机组常通过电气功率调节和叶片技术2种手段实现上述控制目标。
前者是通过调节发电机和变流设备的电气功率来改变风轮的转速,进而间接改变风轮转化风能的效率;后者主要利用叶片的空气动力学特性,如变桨距技术和失速状态,来直接改变风轮的捕风效率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
变速恒频风力发电系统最大风能追踪控
制
摘要:风力发电是一种可再生能源,因此,对它的开发和利用显得尤为重要。
由于其实用、高效的特点,变速恒频风电技术在许多方面都具有很大的应用前景,并且伴随着风电技术的持续发展,它已经成为了国内外众多专家学者关注的焦点。
安全、低成本、高效的风电技术是风电技术发展的重点,而对其短时有效风速进
行精确预测是实现风电系统平稳运行的关键与基础。
风电机组在运转过程中,其
风场呈现出一种三维时变特性,由于各测点在风轮表面上得到的风速各不相同,
因此,利用风速仪对其进行短时的风速预报并不可行。
为改善风电机组的调速性能,需对风电机组的短时风速预报进行深入的分析与研究。
关键词:变速恒频;风力发电系统;最大风能追踪控制
1变速恒频风力发电概述
本文介绍了一种新型的变频调速发电机的结构,并对其性能进行了分析。
双
馈发电机的定子线圈与电网相连,转子线圈为三相交流变频驱动,一般采用交流
-交流变换或交流-直-交变换来驱动。
双馈发电机可以在各种工况下工作,并且
可以根据风速的改变来调节其旋转速度,从而保证风机始终处于最优的工作状态,提高了风力资源的利用效率。
当电机负荷或速度改变时,调整馈入转子绕组电流,就可以使定子的输出电压和频率不变,也可以调整发电机的功率因子。
2变速恒频风力发电技术重要性及其优势
2.1变速恒频风力发电技术的重要性
风力发电机是一种以风力为动力的风力发电机。
在整个风力发电过程中,发
电系统占有相当的比重。
通常情况下,当风力发电系统的单位装机容量不断增加时,就可以从一个侧面说明风力发电机的结构存在一定的问题。
为此,需要对风
力发电系统进行结构优化设计。
本项目研究成果将为风电机组的安全稳定运行提
供理论依据,并为实现风电机组的高效稳定运行提供理论依据。
2.2变速恒频风力发电技术优势
风力发电技术在风力发电中的应用具有明显的优势。
在风力发电的过程中,
使用变速恒频的风力发电技术,能够从最大功率的角度来确保发电系统的平稳运转,不仅能够在某种程度上增加风电系统的发电量,还能够提升风电系统的运行
效率。
风电机组的寿命与风电机组的技术有很大关系,通过变转速、恒频率的风
电机组,可以将机组的损伤降到最低,提高机组的使用寿命,降低机组的运营费用。
此外,采用变频调速技术,对噪音的压制效果更好。
通过对电力系统的分析,提出了一种基于微机的电力系统的电力系统设计方法。
3风力发电系统最大风能追踪控制方式
3.1最大风能追踪控制原理
“最大风能跟踪控制”要求在满足实际风力的前提下,对发电机组的实时运
行状况进行持续的调节,最好的情况是:当前的风力足够将风力发电机的叶片的
转速提升到额定值,将风力发电的效率提升到最大的额定值。
不过,这个时候,
就需要对“风能捕获”的控制了。
如果没有这一点,叶片的速度就会变得更快,
甚至有可能失去控制。
总的来说,风力发电机的出力是在叶片速度到达一定程度后,才能达到最大的。
这个数值被称作“最佳转速”,当它达到时,风力发电机
的“叶尖速比”将达到最大,风力发电效率也将提升至最高。
这样就可以最大限
度地捕捉风力了。
总之,风电机组在“变化”的情况下,需要按照特定的风速值,不停地调节机组的速度。
若能让风力发电机的旋转速度与“最优功率曲线”保持
一致,则可获得最大的风力发电效率。
在风力发电系统的实际运行过程中,因为
双馈风力发电机具有变速齿轮,所以它的作用是:可以将发电机的转速最高提高
到风力机转速的N倍(这里的N并不是随机常数,而是一个定值,也就是变速齿
轮的增速比)。
所以,通过对发电机的旋转速度的有效控制,就可以实现“不管
风力大小怎样,风力发电机组的旋转速度都可以达到最优旋转速度,从而得到最
优的叶顶速比和最大的输出功率”的目标。
但是,以上的理论都只是在实验中提
出,实际应用中,实际风速和风场的测试精度还达不到实验的要求,所以很难确
定最优旋转速度。
为了解决该问题,需要通过调节风电机组的有功输出来调节风
电机组的速度,从而在无法精确精确定位的条件下,保证风电机组的出力最大化。
这样的话,“最大限度地控制风力发电”就基本完成了。
3.2发电机矢量变换控制系统
发电机矢量变换控制系统由两个功率转换器组成,连接到转子的转换器是转
子侧整流器,连接到电网的整流器是电网侧整流器。
在转子侧,电机的方向调节
通过定子磁场实现,而在电网侧,电机方向调节则通过电网电压实现。
该控制系
统采用双闭环控制,外环为功率控制环,内环为功率控制环,内环为功率控制环。
功率控制环与风力相结合,计算优化的有功功率P*,Q*无功功率设定点可根据电
网的无功功率需求或发电机功率消耗角计算。
比较指令P*至Q*和功率反馈值P
至Q,差由功率调节器PI操作,分别产生定子电流的无功分量和有功分量I*M1、I*T1的指令输出。
对i*m1、i*t1的其他操作使得可以获得转子电流的无功分量
和有功分量i*m2、i*t2,将其与转子电流的反馈进行比较,并将其差分地发送到
电流调节器Pi,调整后的电压分量Um2、Ut2与电压补偿分量一起,使得可以获
得转子的电压分量Um2*、Ut2*,并且通过旋转变换,为了获得对应于发电机转子
的三相电压的控制分量,还可以获得Ua*、Ub*、Uc*。
坐标转换后,在SPWM中进
行调制,并在转子侧发送整流控制信号,从而实现发电机的实时控制。
3.3风速不变情况下“最大功率点”的追踪算法
当风速恒定时,风电机组的出力随风速变化的规律满足“一凸函数”,也就
是仅存在一个极值点。
所以,可以通过分析曲线的坡度的变化情况,来判断最大
功率点的搜索方向,步长的具体情况,从而可以在很短的时间内搜索到“最大功
率点”。
从实测数据(当风力保持不变时,风力与速度之间将形成一条特殊的曲线)可以看出,若搜寻工作点与最大速度点“逐渐远离”,则风力发电机组的速
度变化将极大地影响风力发电机组的出力;但随着搜寻工作点逐步逼近或靠近最
大功率,这时,风力机的速度变化对风力机的输出并不会有较大影响。
在这样的
设计下,最大风力发电的工作点和最大功率点之间,就会建立起以下的数学关系:若两者之间的距离越大,相对斜率的绝对值就越大。
当两个点无限接近时,斜率
就会无限接近0。
要想将以上的跟踪控制思想付诸实践,就必须引进“模糊控制”的机理。
而其构成原则是:输入→论域转换→模糊化、模糊推理、明确化、反论
域转换→输出。
另外,当风速不在改变时,则会影响到最大功率跟踪方法的运行
方式。
因此,在实际运行前,需要先测量出目前的风速。
若忽视这一步,将使测
定的结果产生偏差。
3.4双馈异步式发电机的数学模型建立
建立了异步双电源发生器的数学模型,以分析控制变量之间的关系,坐标系
M-T是一个双相同步速率旋转型坐标系,其中轴M定义为定子磁通矢量。
ψ1方向,轴M和T上的磁通量分量分别为ψm1=ψ1和ψt1=0。
由于发电机定子侧的
频率是定子电阻远低于定子绕组的电抗且可忽略不计的工作频率,因此发电机的
感应电势E1可被视为等于定子侧的电压U1。
E1在90度之后,因此E1和U1在
轴T的负方向上,其中UM1=0和UT1=-U1。
不考虑定子电阻,发电机的定子磁通
量是恒定的,其数值是定子压力与同步角速度之比。
4结论
基于双馈感应式风电机组的最大风能跟踪控制,其实现方法并不复杂,其基
本思想是:基于机组的最大输出功率、转速和风能利用系数,并与实际风速相关联,使机组的功率在最大值处保持稳定。
在此基础上,“最大限度地跟踪和控制
风力发电”在客观上得以实现。
参考文献:
[1]刘忠好,刘忠仁,曾旭.双馈风力发电系统最大风能捕获控制策略仿真[J].水电站机电技术,2020,43(03):39-42.
[2]杨永伟.变速恒频双馈式风力发电系统最大风能捕获策略研究[D].辽宁工
程技术大学,2021.
[3]张藤瀚.变速恒频双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究[D].沈阳工
业大学,2021.
[4]赵硕伟.变速恒频风力发电系统最大风能追踪控制[J].内蒙古科技与经济,2021(03):107.。