风力发电机的恒功率控制

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风电机组控制与优化运行第3章风力发电系统的转速和功率控制

当风速高于额定风速时，采用变桨距调节，通过桨距角的改变，改变作用在风轮上的气动转矩，使功率保持在恒定值。
§3.1.1 风力发电机组的调节方式
四、变速变桨距调节方式
变速变桨距风能转换系统的主要特点是： ①与定桨距相比，具有在额定风速以上输出功率平稳。 ②在额定点具有较高的功率系数。 ③桨距角是由发电机输出功率的反馈信号跟踪额定功率来确定的，不受气流密度的影响。 ④在额定风速以下时，桨叶节距可以调整到合适的角度，使风轮具有更大的起动力矩；当需要脱离电网时，可以调整叶片桨距角使功率逐渐减小到零，减小了发电机与电网断开时对电网的冲击。 ⑤低风速时能根据风速变化，调整发电机运行工作点，保持最佳叶尖速比以捕获最大风能。 ⑥高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
Power (MW)
Power (MW) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 v=4 v=6 v=8 v=10 v=12 MaxPower
Topt
2 R 5 C P max g
0
2 n
3 opt
3
K opt
2 g
0
0.5
1
1.5
2 2.5 3 Rotor Speed (rad/s)
在大型风电机组控制系统中，其转速、转矩和功率控制系统最为重要，也最为复杂。因为该系统几乎涉及到风力发电系统中的所有重要部件如风力机、传动系统、发电机、变流器、桨距伺服系统等等。
§3.1.1 风力发电机组的调节方式
风力发电机组的调节方式是围绕着如何控制风力机接近风速模型的理想功率曲线运行。在不同的运行区域，其调节手段不同：定速/变速和定桨/变桨都是常见的方法。故调节方式可分成四类：定速定桨距调节定速变桨距调节变速定桨距调节变速变桨距调节

变速恒频风电机组额定风速以上恒功率控制

84　｜　电气时代２００５年第１１期EA 应用与方案电气传动风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生能源，它的开发利用已经受到了世界各国的普遍重视。

作为风力资源丰富的国家之一，我国在风力发电机组的国产化方面取得了较快的进展，“九五”期间实现了６００　ｋＷ风力发电机组９６％的国产化率，成功开发了６００　ｋＷ失速型风力发电机组控制系统这一关键技术。

目前，我们承担了国家８６３“兆瓦级变速恒频风力发电机组电气控制系统”的研制攻关任务，研制工作正在积极有效地开展中。

变速恒频风力发电机组与失速型风力发电机组相比，其中一个很大的优点是额定风速以上输出功率平稳。

变速恒频风力发电机组运行在额定风速以上时，既要使额定功率点以上输出功率平稳，避免波动，又要使发电机组传动系统具有良好的柔性，同时还要考虑对风电机组实现有效保护。

目前我们研制的兆瓦级变速恒频风电机组主要采用了变桨距控制技术。

变桨距控制技术是在风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片功角，从而改变风电机组获得的空气动力转距，使机组功率输出保持稳定。

本控制策略采用了功率反馈闭环控制系统，来实现变速恒频机组额定风速以上的控制目标。

变桨距机构介绍变桨距执行机构是由机械和液压系统组成，它沿着风机的纵向轴调节风机的桨叶。

因为桨叶的惯量很大，且变桨距执行机构不应该消耗大量的功率，所以执行机构具有的限制能力，其动态特性是在桨距角和桨距速率上均具有饱和限制的非线性动态，当桨距角和桨距速率小于饱和限度时，桨距动态呈线性。

变桨执行机构如图１所示。

执行机构的模型描述了来自控制器的桨距角指令到该指令的激励之间的动态。

其数学模型可以描述成如下的一阶系统实际控制系统中的给定值是从桨距角偏差到比例阀的－ＤＣ１０Ｖ～＋ＤＣ１０Ｖ控制电压。

控制器设计本控制器的基本目的是通过调节桨距角来调节功率恒定输出。

如图２所示，通过电量采集测出当前发电机输出功率Ｐｅ与给定功率Ｐ＊相比，计算出功率误差ΔＰ。

风力发电机恒速变桨功率控制概要

程序编写及下载

示例程序采用“带有调节功能的通用PID控制器 PID_Compact”，PID_Compact 功能块提供了一种可在自动和手动模式下进行调节的 PID 控制器。实验五中已经介绍了PID的调用和组态，但是如果想要实现自动控制，还需要对控制器做另外一些设定。这些操作仍在OB30中进行。
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● 风力发电机恒速变桨功率控制 ● 风力发电机组运行状态监控
3
风力发电机组变桨系统的工作原理

风力发电机组通过桨距角控制来提高风电机组效率和消除因空气密度变化产生的最大稳态功率变化。通过改变桨距角从而改变风速在叶片上的行程，也就是使叶片对风或侧风。从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶桨距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。变桨距控制主要是通过改变翼型迎角变化，使翼型升力变化来进行调节。变桨距控制多用于大型风力发电机组。采用全桨变距的风力发电机组，并网后可对功率进行控制，使风力机的启动性能和功率输出特性都有显著改善。 4 功率调节的好坏，与叶片变距速度有关。
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8
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调节 PID参数

预先在WinCC监控环境中画好曲线监控画面，连接 PID 控制器的 PID 参数调节 IO 域，进行PID 参数调节。设置 PID 参数为K=0.012、Pi=20、Pd=0。风车启动控制效果曲线如图所示：
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良好的PID参数使得控制对象有较好的抗干扰能力，可以在风机启动后进行不同的干扰测试，以便调出较好的PID参数。
风电机组及控制系统综合实训
1
基础导论
内

双馈异步风力发电机开关频率恒定的直接功率控制

ku
u ds - i ds R s
3
ω s
3 i qs
Rs
( 2)
DPC 策略的 k u 取值通常很大 , 因而 x 与 x 3 间稳态误差较小 ,故这种控制策略对参数变化不敏感 , 具有较好的鲁棒性。但当 x 不可直接测量且只能依赖系统参数间接观测时 , 控制精度会随系统参数的变化而下降。已知附录 A 推导的 D FI G 状态方程组 , 按式 ( 7) 导出一个采样周期内变频器应输出的转子电压。 1) 若以 φdr ,φ qr 作为被控制量 , 可由转子磁链状态方程组导出作为控制量的转子电压 d , q 轴分量 Δuuqr 和抗干扰项 - z ud r , - z uqr : 比例项 Δuud r , Δuud r = k u Mφ (φd3r - φdr )
- zφqs ud r
感 01 102 ( 单位为标幺值 ,下同) ,定子电阻 01 010 8 , 转子漏感 01 11 , 转子电阻 01 012 1 ,定转子互感 31 362 , 机组运行转速 11 2 ( 超同步 ) , 通过阻抗为 01 047 6 的线路向系统供电。
=φ qs R r i dr + ω rφ qsφ qr +
φ qr u ds - φ qr R s i ds - φ dr uqs + φdr R s i qs + φds uqr - φds Rr i qr + ω rφ dsφ dr
3 Δuuqr = k u Mφ (φ qr ) qr - φ - z uqr = i qr R r + (ω s - ω r )φ dr
Δuuqr = k u M r ( i q3r - i qr ) - z uqr = Rr i qr + (ω s - ω r )φ dr +

风能发电场电力系统的功率控制与优化策略

风能发电场电力系统的功率控制与优化策略1. 引言随着环境问题的日益突出以及对传统能源的依赖性的减弱，可再生能源成为人们关注的热点。

其中，风能发电作为一种清洁、可持续的能源形式，受到了广泛的关注和应用。

风能发电场的功率控制与优化策略对于提高电力系统的稳定性和效率具有重要意义。

本文将探讨风能发电场电力系统的功率控制与优化策略。

2. 风能发电场的基本结构风能发电采用风轮机将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。

风能发电场主要由风轮机、齿轮箱、发电机、变频器以及电网连接组成。

风轮机是风能发电场的核心部件，掌握风轮机的控制和优化策略对于提高电力系统的性能至关重要。

3. 风能发电场功率控制策略风能发电场的功率控制策略主要包括最大功率点跟踪（MPPT）控制和功率限制控制两种。

最大功率点跟踪控制旨在控制风轮机叶片角度，使得风轮机工作在最佳角度下，以达到最大功率输出。

功率限制控制则通过设置功率限制值，限制风轮机的功率输出，以满足电力系统的需求和要求。

4. 风能发电场功率优化策略风能发电场的功率优化策略主要包括布局优化、风轮机控制优化和风能预测优化。

布局优化通过合理规划风轮机的布局、风能发电场的拓扑结构以及风轮机的阵列间距等，以提高风轮机之间的互补性，最大程度地利用风能资源。

风轮机控制优化则通过优化风轮机的控制策略和参数，提高风轮机的功率输出和系统稳定性。

风能预测优化主要通过利用气象数据和机器学习算法等技术手段，对风能资源进行预测和优化，以减少风能波动对电力系统运行的影响。

5. 风能发电场电力系统的稳定性分析风能发电场的稳定性对于保障电力系统的安全运行至关重要。

主要包括风轮机齿轮传动系统的稳定性、风轮机与发电机之间的匹配稳定性以及风能发电场与电力系统之间的协同稳定性等。

通过对风能发电场电力系统的稳定性进行分析，可以找到系统中存在的问题并提出解决方案，以提高电力系统的稳定性和可靠性。

6. 结论风能发电场电力系统的功率控制与优化策略对于提高电力系统的稳定性和效率具有重要意义。

第2章恒速风力发电机组的运行和控制

第2章恒速风力发电机组的运行和控制2.1定桨距失速型风力发电机组定桨距风力发电机组的主要结构特点是，桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶节距角不能随之变化。

这一特点使得，当风速高于风轮的设计点风速(额定风速)时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，桨叶的这一特性称为自动失速性能。

运行中的风力发电机组在突甩负载的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。

20世纪70年代失速性能良好的桨叶的出现，解决了风力发电机组的自动失速性能的要求，以及20世纪80年代以及叶尖扰流器的应用，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题，这些使得定桨距失速型风电机组在过去20年的风能开发利用中始终处于主导地位，最新推出的兆瓦级风电机组仍有机型采用该项技术。

定桨距风电机组的执行机构包括液压系统和偏航系统。

液压系统是制动系统的驱动机构，主要用来执行风力机的开关指令;偏航系统使风轮轴线与风向保持一致。

定桨距失速型风电机组的最大优点是控制系统结构简单，制造成本低，可靠性高。

但失速型风电机组的风能利用系数低，叶片上有复杂的液压传动机构和扰流器，叶片质量大，制造工艺难度大，当风速跃升时，会产生很大的机械应力，需要比较大的安全系数。

定桨距失速型风电机组主要由以下几部分组成:叶轮、增速机构、制动机构、发电机、偏航系统、塔架、机舱、加温加压系统以及控制系统等[13]。

图2-1 定桨距失速型机组风力发电机组的输出功率主要取决于风速，同时也受气压、气温和气流扰动等因素的影响。

定桨距风机桨叶的失速性能只与风速有关，直到达到叶片气动外形所决定的失速调节风速，不论是否满足输出功率，桨叶的失速性能都要起作用。

定桨距风机的主动失速性能使得其输出功率始终限定在额定值附近。

同时，定桨距风电机组中发电机额定转速的设定也对其输出功率有影响。

定桨距失速型风电机组的节距角和转速都是固定不变的，这使得风电机组的功率曲线上只有一点具有最大功率系数，对应于某个叶尖速比。

新型风能发电系统中的功率控制方法研究

新型风能发电系统中的功率控制方法研究随着全球对环境保护和可再生能源的重视程度不断提高，风能作为一种无污染，且永不枯竭的能源形式正在受到越来越多的关注和利用。

而在风能的利用过程中，功率控制是一个非常重要的问题，对于风能发电系统的安全运行和高效利用起着至关重要的作用。

本文将介绍一些新型风能发电系统中常用的功率控制方法，并对其进行研究和分析。

首先，风能发电系统中最常见的功率控制方法是变桨调速控制。

变桨调速控制是通过控制风机叶片的角度和转速来实现对风机输出功率的调节。

通过调整叶片角度可以改变叶片所受风的面积和风能利用程度，从而控制输出功率。

而通过调整风机的转速可以改变发电机受到的机械电力输入，进而改变发电机的输出功率。

变桨调速控制方法简单可靠，且适应性强，因此在各种风能发电系统中广泛应用。

其次，风能发电系统中另一种常用的功率控制方法是无功功率控制。

无功功率是发电系统中一种导致电能质量下降的问题，通过控制无功功率的大小可以提高系统的稳定性和可靠性。

风能发电系统中常采用刹车电阻和静止无功发生器两种方式实现无功功率的控制。

刹车电阻可以通过改变发电机电路的接线方式来调整无功功率的大小，从而实现对输出功率的控制。

静止无功发生器是一种通过调整容性和电抗来控制系统无功功率的装置，可以有效地补偿无功功率，提高风能发电系统的功率控制能力。

此外，风能发电系统中还有集中式功率控制和分布式功率控制两种方法。

集中式功率控制是指将所有的风机和发电机集中控制在一个中心控制器下，通过调整每个风机的叶片角度和转速来实现对整个系统的功率控制。

而分布式功率控制是指将控制功能分散到每台发电机或每个风机上，通过局部控制实现对系统的功率控制。

集中式功率控制方法可以实现对整个系统的全局功率控制，但系统的稳定性和可靠性可能会受到影响。

而分布式功率控制方法可以充分利用每个发电机和风机的局部信息进行控制，提高系统的鲁棒性和可靠性。

总之，新型风能发电系统中的功率控制方法有很多种，其中变桨调速控制、无功功率控制、集中式功率控制和分布式功率控制是常用的几种方法。

风力发电机组的功率控制及载荷分析

风力发电机组的功率控制及载荷分析风力发电机组的功率控制及载荷分析引言：风力发电作为清洁能源的重要组成部分，已经在全球范围内得到了广泛应用。

风力发电机组的功率控制和载荷分析，对于提高风力发电的效率、可靠性和经济性具有重要意义。

本文将对风力发电机组的功率控制方法以及载荷分析进行详细阐述，并探讨其对风力发电产业的影响。

一、风力发电机组的功率控制1.1 无功功率控制无功功率是风力发电机组运行中的重要参数之一。

通过控制电网侧的无功功率，可以提高风力发电机组的功率因数，减少无功功率对电网的影响。

常用的控制方法包括无功功率优化控制和无功功率调频控制。

无功功率优化控制是根据电网的无功功率需求，通过调整风力发电机组的输出功率来实现。

该方法能够提高风力发电机组的功率因数，降低无功功率损耗，同时满足电网对无功功率的要求。

无功功率调频控制是根据风力发电机组的转速、电网频率和负荷需求等参数进行调控。

通过调节风力发电机组的桨叶角度、变桨速度等，控制风力发电机组的功率输出，实现电网对无功功率的要求。

1.2 有功功率控制有功功率控制主要是根据电网的需求，控制风力发电机组的输出功率。

常用的控制方法包括协调控制、最大功率跟踪控制和限功率控制。

协调控制是根据电网的负荷需求和电力系统的稳定性要求，通过调节风力发电机组的转速、桨叶角度和发电机的励磁电流等参数，实现风力发电机组的有功功率控制。

最大功率跟踪控制是指通过调节风力发电机组的桨叶角度，使得风力发电机组的输出功率达到最大值。

该控制方法能够提高风力发电机组的利用率，提高发电效率。

限功率控制是为了保护风力发电机组的安全运行，避免过载等问题。

通过提前设置风力发电机组的最大功率输出值，当风力发电机组的输出功率达到设定值时，控制系统会自动减小风力发电机组的输出功率。

二、风力发电机组的载荷分析2.1 风力负荷分析风力负荷是指风力发电机组在风力作用下承受的载荷，主要包括风载荷和惯性载荷。

风载荷是由于风力的作用而导致的，其大小和方向主要受到风速、风向等因素的影响。

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力系统分析运行与控制、型输配电新技术研究。
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分布式电源・
低压电器（０１ｏ１）２１Ｎ．６
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马卫东向蓉向平，，（．１四川省电力公司眉山公司，四川眉山６０１；２００
２广安电业局城区供电局，川广安．四
ｉｈｂｔｎｏｅｆｅｂｃｉｎｌｄｌｙｗｓｓｕｉｄｎｉｉｏｆｔｅｄａｋｓｇａｅａａｔｄｅ．ＢａｅｎｔｅｓｄｆｔａｉｏａＩｆｅｂｃｏｔｏａｄｆｅｉｈｓｄｏｈｔｙｏｒｄｔｎｌＰｅｄａｋｃｎｒｌｎｅｄｕｉｆｒａｄｏｏｔｌｈａｕｅｉｄｓｅｄ．ｔｅ／ｄｔｎｌＰｅｄａｋｃｍｂｎｄｗｉｅ —（ｒｉｈｃｎｒｌｏｗｒｆｅｎｒｅｍｅｓｒｄｗｎｐｅｏｔｈｒｉｏａＩｆｅｂｃｏｉｅｔａｉｈｄｆｎａｄｐｔｏｔｏ】ｃ
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摘
６８０）３００
要：对大型风力发电机组反馈信号滞后引起的输出功率波动进行研究。针
在研究了传统转速反馈Ｐ控制和基于测量风速前馈控制的基础上，出了基于有效风Ｉ提速估计的前馈与功率反馈Ｐ结合的变桨控制策略，过牛顿一拉夫逊算法进行有效风Ｉ通速估计，据有效风速估计值给出合适的前馈桨距角，现动态前馈补偿。基于Ｆｓ根实ａｔ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｆｏａｇｎｄｔｒｉｅ，ｔｏｔｏｔａｅｙａｕｏｔｅｕｃｈｅｆｕｔａｉｎｏｕｐｕｏｒｂｒｌｒｅｗｉｕｂｎｈｅｃｎｒｌｓｒｔｇｂｏｔｈｗｏｒｄｅｔｌｃｕｔｏｆｏｔｔｐｗｅｙ
马卫东（９９）１７～，男，程师，事电工从
软件平台开发的外部控制器，对恒功率控制提出的控制策略与传统的控制策略进行仿真比较。仿真结果表明：相对传统的控制策略，出的前馈控制使风力发电机组能够保提
持稳定的电功率输出。