风力发电机组的控制
风力发电机组的控制系统
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风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
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偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
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常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
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桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组的控制与监测系统
风力发电机组的控制与监测系统引言：风力发电作为一种可再生能源的重要形式，正逐渐成为全球能源结构转型的重要组成部分。
风力发电机组的控制与监测系统在保证发电机组安全运行和优化发电性能方面起着至关重要的作用。
本文将从控制系统和监测系统两个方面，探讨风力发电机组的控制与监测技术的发展和应用。
一、控制系统的发展与应用1.1 控制系统的基本原理风力发电机组的控制系统主要包括风机控制系统和发电机控制系统。
风机控制系统通过调节叶片角度和转速，使风机在不同风速下保持最佳运行状态；发电机控制系统则负责调节发电机的输出功率和频率，以适应电网的要求。
1.2 控制系统的发展趋势随着风力发电技术的不断发展，控制系统也在不断升级。
目前，自适应控制、模型预测控制和智能控制等技术被广泛应用于风力发电机组的控制系统中。
这些技术能够根据实时的风速和发电机组状态，实现自动调节和优化控制，提高发电效率和可靠性。
1.3 控制系统的应用案例以某风力发电场为例，其控制系统采用了自适应控制技术。
该系统通过实时监测风速、风向和发电机组状态等参数，自动调节叶片角度和转速，以实现最佳的风力利用和发电效率。
通过该控制系统的应用，该风力发电场的发电效率提高了10%，并且减少了停机维护次数，降低了运维成本。
二、监测系统的发展与应用2.1 监测系统的基本原理风力发电机组的监测系统主要用于实时监测发电机组的运行状态和故障诊断。
该系统通过传感器实时采集风速、叶片转速、温度、振动等参数，并通过数据分析和算法判断发电机组的运行状态和故障情况。
2.2 监测系统的发展趋势随着物联网和大数据技术的发展，风力发电机组的监测系统也在不断升级。
目前，无线传感器网络、云计算和机器学习等技术被广泛应用于监测系统中。
这些技术能够实现远程监测和数据分析，提高故障诊断的准确性和效率。
2.3 监测系统的应用案例以某风力发电场为例，其监测系统采用了无线传感器网络和云计算技术。
该系统通过无线传感器实时采集发电机组的运行数据，并将数据上传至云端进行存储和分析。
第五章 变速恒频风力发电机组的控制
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λopt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/∂ω，以爬山法来追求最优工作点，使∂Pem/∂ω= 0，从而获得最大功率输出。
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
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
(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λ和桨距角β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
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
风力发电机组控制策略优化
风力发电机组控制策略优化随着清洁能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种环保、可再生的能源形式得到了广泛的应用。
而风力发电机组的控制策略对于发电效率和系统稳定性具有至关重要的作用。
本文将重点探讨风力发电机组控制策略的优化方案，旨在提高风力发电系统的整体性能。
目前，主要的风力发电机组控制策略包括：变桨角控制、变速风机控制以及混合控制等。
在实际应用中，选择合适的控制策略对于最大化风力发电系统的效益至关重要。
针对不同功率等级、风速和负载情况，需要灵活调整风电机的控制策略，以实现最佳发电性能。
首先，变桨角控制是目前最为广泛采用的控制策略之一。
通过调整叶片的桨距角，实现对转子速度和发电功率的控制。
在风速较低时，适当增大桨距角可以增加叶片对风的受力面积，提高转子速度；而在风速较高时，减小桨距角可以保护风机不受损坏。
此外，通过对风机的转子速度进行监测和控制，实现风力发电机组的稳态运行。
其次，变速风机控制是另一种常见的控制策略。
通过调整变速风机的风扇叶片转速，使其始终处于最佳运行状态。
在低风速时，提高叶片转速可以增加风机的转矩输出；而在高风速时，减小叶片转速可以有效控制发电机组的输出功率。
通过智能控制系统对变速风机进行精准调节，实现风力发电系统的高效稳定运行。
最后，混合控制策略结合了变桨角控制和变速风机控制的优点，综合考虑风速、负载和发电机组的特性，实现最佳的控制效果。
通过优化控制参数和算法，提高风力发电机组的整体性能和可靠性。
通过无人机巡检或远程监控系统，实时监测风场的风速和风向，为控制策略的优化提供数据支持。
综上所述，风力发电机组控制策略的优化是提高风力发电系统效率和稳定性的关键。
变桨角控制、变速风机控制和混合控制策略是当前主流的控制方式，根据不同工况灵活选择合适的控制策略，实现风力发电系统的最佳运行状态。
未来，随着智能化技术的不断发展，风力发电机组控制策略的优化将更加精准高效，为清洁能源领域的可持续发展提供有力支持。
风力发电机组的控制与优化
风力发电机组的控制与优化一、引言近年来，随着环保意识的逐步增强以及各国政府对可再生能源的大力支持，风能发电成为了越来越流行的一种发电方式。
然而，在实际应用中，风力发电的效率往往受到很多因素的影响，如风速、风向、空气密度等等，因此如何控制和优化风力发电机组的运行方式，提高发电效率，成为了当前亟需研究的问题。
二、控制风力发电机组的关键技术1. 风机转速控制风能发电的关键在于利用风力驱动风机旋转，从而带动发电机发电。
因此，控制风机的旋转速度是整个风能发电过程中最关键的环节之一，也是影响发电效率的重要因素之一。
通常情况下，为了提高发电效率，风机控制系统会把风机旋转速度控制在一个合理的范围内，避免过快或过慢导致发电效率下降。
2. 风向控制风能发电的效率往往取决于风速和风向的变化，因此在进行风力发电的过程中，需要对风向进行精细控制，保持风机在适宜的方向上运转。
一般来说，风机控制系统会通过各种传感器和检测设备，及时获取风向信息，并对风机的控制进行调整，以提高发电效率。
3. 功率输出控制风力发电机组的功率输出控制是风能发电过程中的一个重要环节，对于提高发电效率和减少损耗具有重要意义。
通常情况下，风机控制系统会根据风速、转速和负载等因素，实时控制发电机的功率输出，从而实现优化运行。
三、优化风力发电机组的运行方式1. 系统故障诊断和维护在进行风力发电的过程中，由于受到各种因素的影响，风机控制系统可能会发生各种故障，进而影响到发电效率。
因此，对风机控制系统进行实时的故障诊断和维护，及时修复故障，对于提高发电效率至关重要。
2. 多变量智能控制传统的风能发电控制方式往往采用单变量控制，即以单个参数作为控制变量，如风速或转速。
这种方式的缺点是无法精确地控制风力发电的各个环节，从而影响到整个发电效率。
相比之下，多变量智能控制可以同时考虑多个因素，如风速、风向、转速、负载等，通过对多个因素进行综合分析和优化调整，实现整个系统的高效运行。
风力发电机组运行安全与控制方案分析
风力发电机组运行安全与控制方案分析二、风力发电机组运行安全分析1. 隐患识别与排查：通过对风力发电机组的日常检查维护和定期巡检，对可能存在的隐患进行识别和排查。
主要包括机组结构、机械部件、电气元件等方面的安全隐患。
2. 风速限制与控制：根据风力发电机组的额定风速和安全防护要求，设置相应的风速限制和控制方案。
当风速超过限制范围时，应自动切除风力发电机组的输出，以防止机组损坏和安全事故发生。
3. 温度监测与保护：对风力发电机组的各个关键部件和设备进行温度监测，当温度超过设定阈值时，及时采取相应的保护措施，避免设备过热引发事故。
4. 停机保护与紧急停机：针对风力发电机组发生故障或其他紧急情况时，应配置相应的停机保护和紧急停机装置，以确保机组和操作人员的安全。
5. 对外部干扰的防护：风力发电机组在运行过程中容易受到外部因素的干扰，如雷击、冰雹等。
应加强对这些因素的防护措施，减少对机组运行的影响，保证机组的稳定运行。
三、风力发电机组运行控制方案分析1. 风速测量与控制：安装风速测量装置，实时监测风速，并根据风速的变化调整风力发电机组的输出功率，以最大限度地发挥机组的发电效率。
2. 转速控制与调整：通过控制风力发电机组的转速，使其在不同的风速下都能达到最佳发电工况，提高整个系统的发电效率。
3. 故障检测与自动诊断：配置故障检测和自动诊断系统，对风力发电机组的运行状态进行实时监测，一旦发现异常情况，及时采取相应的措施进行处理，避免故障的扩大和传导。
4. 远程监控与控制：通过远程监控系统，可以对风力发电机组的运行状态和发电量进行实时监测，在必要时还可以对机组进行远程调整和控制，提高运行的灵活性和效率。
5. 数据分析与优化：对风力发电机组的运行数据进行收集和分析，寻找机组运行中的优化空间，并及时采取相应的措施进行调整和优化，提高整个系统的发电效率。
风力发电机组的运行安全与控制方案是风力发电系统运行的重要保障，必须从多个方面进行分析和优化，以确保机组的安全稳定运行和最大化的发电效率。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
风力发电机组控制技术
恒速定桨距风力发电机组存在低风速运行时风能转换效 率低的问题。在整个运行风速范围内由于气流的速度是不断 变化的，如果风力机的转速不能随风速而调整，必然要使风 轮在低风速时的效率最低。发电机本身也存在低负荷时的效 率低的问题。 变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并 网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特 性都有显著的改善。风力发电机组的变桨距系统组成的闭环 控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。
1.2.2 风力发电机组安全运行的基本条件 对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化，所以 转速的控制是机组安全运行的关键。风速的变化、转速的变化、 温度的变化、振动等都会直接威胁风力发电机组的安全的运行。 1.2.2.1 风力发电机组工作参数的安全运行范围 1风速 风速的规定工作范围3~25m/s，风速超过25m/s以上时，会 对机组的安全性产生威胁。 2转速 风力发电机组超速时，对机组的安全性将产生严重威胁。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统
1 概述 2 定桨距风力发电机的控制 3 变桨距风力发电机的控制 4 变速风力发电机的控制 5 控制系统的执行机构 6 偏航系统
1 概述 风力发电机组控制系统是机组正常运行的核心，其控制技 术是风力发电机组的关键技术之一，其精确的控制、完善的功 能将直接影响机组的安全与效率。 1.1 风力发电机组控制系统的基本组成 控制系统关系到风力机的工作状态、发电量的多少以及设备 的安全。 发电机的结构和类型不同形成了多种结构和控制方案。风力 发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组 成。
（4）热继电器保护运行，设过热、过载保护控制装置。 （5）接地保护，设备所有零部件因绝缘破坏或其他原因可能引 起出现危险电压的金属部分，均应实现保护接地。
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噪音 景观 政府的支持力度
并网及运行可靠性 最大风能利用 提高供电品质
风力发电机对象模拟困难
不确定性 ---- 风力多变、桨叶积灰、下雨雪、老化等 非线性 ---- 发电机、变频器等电气装置模型复杂 多干扰 ---- 大气变化和电网不稳 对象模型的局限性和现代控制、智能控制理论的应用
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2、风力发电机组的总体结构
水平轴与垂直轴风机
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常用风机的总体结构
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3. 风力发电机组的综合控制技术
运行控制
软并网技术 刹车技术（空气动力、机械） 偏航与自动解缆技术 运行优化控制 伺服传动及变频技术
检测与保护 远程监控
超速保护 电气/机械参数检测
SCADA系统
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风机与汽机控制特点对照表
汽机
风机(含风机、发电机、变频器)
70m
77m
10.6～19(+10%)rpm 双馈滑环异步发电机(4极)
9.6～17.3(+10%)rpm
1000～1800(±10%)rpm
四套电驱动齿轮，十套偏转制动器
叶片变桨刹车、刹车盘
无
一级行星齿轮＋两级圆柱正齿轮
脉冲带宽调节IGBT静态变频器
模块化风能管理系统WPMS(SCADA)
远程控制：启动、停止、转速控制，变桨控制和变频 器控制。在线监视：风机、电网及气象参数。报警接 受及发送。运行数据记录、报表、追忆。
定桨 ---------- 变桨 -------- 变速(变桨)恒频 --- 智能型风机
80年代中 90年代初 90年代后期
21世纪
100kW 450kW 600kW
最大已运行5000kW
风力发电机的应用价值(与火电机组类比) 节省化石燃料与减少废物排放 同装机容量下,利用率偏低
3
影响风力发电的因素 风机控制技术关键
倾角等于攻角i与安装角β之和
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图2-7 风轮几何参数及受力情况
θ0 ------零升力角，弦线与零升力线间的夹角 θ ------升力角，来流方向与零升力线间的夹角
i ------攻角，来流方向与弦线间夹角
θ = θ0 + i
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• 静止桨叶上的气动力 a. 气动力取决 气流的相对速度及攻角的大小
b. 桨叶下表面的压力高于上表面，产生升力
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c.
作用在桨叶上的力
电网故障 快关后空转，等待电网恢 复
自然环境下低速运行，风力瞬变不可控 刹车制动，等待重新启动 飞轮或超导储存动能，等待电网恢复
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4. 三类风力发电机组比较表
厂商 型号 启动/额定/切出风速
定桨 NEG MICON(丹麦) 750～200kW/48 3.0 /14 /25m/s
变桨 VESTAS(丹麦) V47-660/220kW 3.5/16/25m/s
描述 控制
线性简单对象
传统控制理论；DEH控制 转速、功率、汽压等功能
多参数、非线性、时变复杂对象 传统控制向智能控制发展；以捕获最大风能。 WPMS完成转速及功率控制、偏航控制及刹车 SCADA远程监控涵盖风场的风机、气象及电网
工作环境 高温、高压、高速运行、 但蒸汽参数稳定(或受控)
甩负荷 切断进汽维持空转，等待 重新并网
并/脱网，自动失速功率 调节，自动相位补偿，运 行监督、记录，安全停机
47m 20～26rpm 主发电机＋小发电机 1515～1650/1500～1516rpm
无 行星齿轮＋平行齿轮 无 微机控制 OPTISLIP 转速调节 OPTITIP 变桨调节 并/脱网，优化功率输出，运 行监督记录，安全停机
1 桨叶的几何参数和空气动力特性
• 几何参数
A点------前缘 B点------后缘，两点连线为弦
l ------弦长 C------最大厚度
C ------相对厚度
翼型中线------从前缘到后缘，与上下表面相切诸园之园心的连线
f ------翼型中线最大弯度 f ------相对弯度，f = f / l
F
1 2
scrv2
其中 S -------桨叶面积，桨叶弦长x桨叶长度 Cr -------总的气动力系数 v -------来流速度（相对速度）
可分解为：升力
Fl
1 2
sclv2
-------与相对速度v垂直
阻力 Fd 12 scdv2-------与相对速度v平行
其中
Cl -------升力系数 Cd -------阻力系数
10
5.风力发电机控制系统结构图
11
6. 提高变速风力发电的品质
电力电子装置应具有： 尽量低的谐波电流、功率因数接近1或可控、输出功率稳定， 电磁转矩可控及输出电压与电网适应
用储能技术改善风力发电容量加大后对电网造成的不利影响 串联电感储能、飞轮储能及超导储能系统的应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12
Ⅱ 风力发电机空气动力理论基础
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• 对升力和阻力系数的影响因素 弯度 厚度 前缘
表面粗糙度与雷诺数 有限叶展
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• Cl、Cd与攻角的关系 达失速点iM后，噪声增加，风机振动加大，运行不稳定 设计点应为0.8～0.9 Cl max
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2 理想风轮的气动力学
• 风轮的几何定义 回转平面 --------垂直旋转轴线的平面，桨叶在该平面内转动 风轮直径--------风轮扫掠面直径 桨叶轴线--------桨叶纵轴线，围绕此轴线桨叶可旋转变桨 安装角(节距角)β--------半径处桨叶截面弦长与回转平面的夹角 倾角I--------气流对桨叶的相对速度w与回转平面的夹角
风力发电机组的控制
1
目录
Ⅰ 概述 Ⅱ 风力发电机空气动力理论基础 Ⅲ 定桨风力发电机组 Ⅳ 变桨风力发电机组 Ⅴ 控制系统的执行机构 Ⅵ 变速风力发电机组 Ⅶ 智能控制在风力发电机组中的应用 Ⅷ 风场分布式远程监控和数据采集系统SCADA及风场远程服务中心
2
Ⅰ 概述
1、风力发电机组的发展
能源紧缺与环境污染加剧使风机迅速发展
FD70A(1500kW) 3.5/13/25m/s
变速恒频 东汽 FD77A(1500kW) 3.5/12.5/20m/s
风轮直径 风轮转速 发电机 运行转速 偏航系统 机械刹车 叶尖扰流器 增速箱 逆变器与整流器 控制系统型式
控制功能
48m 22.3/14.9 rpm 三相异步双速发电机 1500/1000 rpm 电机驱动＋摩擦制动器 低速轴盘式制动器 空气动力刹车机构 行星齿轮＋两级平行齿轮 无 MITA WP3000