風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)論文)word格式(更新版)

　　

【正文】 設(shè)定好的程序進(jìn)行自動(dòng)處理。一般使用避雷器或防雷組件吸收雷電波。 偏航與自動(dòng)解纜控制 ① 自動(dòng)對(duì)風(fēng) 正常運(yùn)行時(shí)偏航控制系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)風(fēng)，即當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開始對(duì)風(fēng)，當(dāng)達(dá)到允許的誤差范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)對(duì)風(fēng)停止。 ⑤ 開關(guān)時(shí)間短，導(dǎo)通 時(shí)間不到 1毫秒，關(guān)斷時(shí)間小于6 毫秒，使得管子功耗小。 除了永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)可以直接并網(wǎng)外，還可以構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)（群），比如 ABB 公司的“Windformer” 采用的是高壓永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)（群），結(jié)構(gòu)如下： 單機(jī)容量為 3～ 5MW，輸出額定電壓高達(dá) 20kV，頻率為 5～ 10Hz，每一臺(tái)發(fā)電機(jī)機(jī)端只配置有整流器，把交流變換為直流，通過直流母線實(shí)現(xiàn)與風(fēng)電場(chǎng)其他機(jī)組 (群 )的并聯(lián)運(yùn)行，既提高了可靠性，又改進(jìn)了效率。但這種結(jié)構(gòu)也還存在一些問題，如控制電路復(fù)雜一些，不同的控制方法效果有一定差異。頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。另外，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值和相位，來調(diào)節(jié)有功功率和無功功率。另外需要電容無功補(bǔ)償裝置。此時(shí)控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制。為了提高風(fēng)電機(jī)組在低風(fēng)速時(shí)的效率，通常采用雙速發(fā)電機(jī)（即大 /小發(fā)電機(jī)）。但在隨機(jī)擾動(dòng)大、不確定因素多、非線性嚴(yán)重的風(fēng)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法會(huì)產(chǎn)生較大誤差。由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 變槳距系統(tǒng)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)的水平提高到一個(gè)新的階段。它不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行控制。并與其他功能模塊保持通信，發(fā)出各種控制指令。 控制系統(tǒng)組成主要包括各種傳感器、變距系統(tǒng)、運(yùn)行主控制器、功率輸出單元、無功補(bǔ)償單元、并網(wǎng)控制單元、安全保護(hù)單元、通訊接口 電路、監(jiān)控單元。 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包含開關(guān)組件，文中 利用狀態(tài)平均建模方法對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模，對(duì)得到的非線性模型進(jìn)行線性化，理論分析線性化后系統(tǒng)的靜特性和頻率特性，通過對(duì)系統(tǒng)頻率特性的分析，給出了擾動(dòng)信號(hào)幅值和頻率的選取原則。在充電控制電路的作用下，斬波器輸出的電流對(duì)蓄電池充電，直至使蓄電池充電到額定容量，同時(shí)斬波器對(duì)逆變器供電。 經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)能源需求的持續(xù)增長，要求不斷開發(fā)新的能源。在有的小型風(fēng)力機(jī)中設(shè)計(jì)有手動(dòng)剎車機(jī)構(gòu)，另外在實(shí)踐可采用側(cè)偏停機(jī)方式，即在尾翼上固定一軟繩，當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，拉動(dòng)尾翼，使風(fēng)輪側(cè)向于風(fēng)向，從而達(dá)到停車的目的。目前風(fēng)輪葉片的材質(zhì)主要有兩種。至于人類利用風(fēng)能來驅(qū)動(dòng)船只航行 ，則可追溯到更久遠(yuǎn)的年代。 功能塊調(diào)用 PCC 支持 PLCopen Motion、 PLCopen Safety 和 PLCopenHydraulic 庫的調(diào)用，這對(duì)于風(fēng)電這一集合了變槳運(yùn)動(dòng)控制、安全邏輯設(shè)計(jì)、液壓控制的綜合系統(tǒng)來說是再好不過 的選擇 .變槳控制將考慮多個(gè)伺服的定位和同步關(guān)系，而 safety 為機(jī)組提供了多種安全回路設(shè)計(jì)以保護(hù)機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，液壓控制被極其容易的集成到系統(tǒng)中而無需購置專用的液壓控制模塊。 在 2021 年，風(fēng)力發(fā)電仍然保持著 30％以上的強(qiáng)勁增長勢(shì)頭，包括 Vestas、 Gemsa、 GE、國內(nèi)的金風(fēng)科技、華銳、運(yùn)達(dá)工程等其訂單交付已經(jīng)到 2021 年后。 然而，風(fēng)電控制系統(tǒng)必須滿足風(fēng)電行業(yè)特殊的需求和苛刻的指標(biāo)要求，這一切都對(duì)風(fēng)力發(fā)電的控制系統(tǒng)平臺(tái)提出了要求，而 Bamp。R 深刻理解 “整體 ”的意義，因此，其軟件包設(shè)計(jì)為面向整個(gè)機(jī)器的各個(gè)對(duì)象（邏輯、運(yùn)動(dòng)、測(cè)量、通信、顯示）和過程（配置、項(xiàng)目規(guī)劃與管理、診斷、調(diào)試、維護(hù)） 。 近年來，隨著世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)、全球溫室效應(yīng)的重視，各國都競(jìng)相發(fā)展包括風(fēng)能在內(nèi) 的可再生能源的利用技術(shù)，將風(fēng)能作為可持續(xù)發(fā)展的能源政策中的一種選擇，不論對(duì)并網(wǎng)型的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧戶的離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)都給予了很大的政策支持。 ② 發(fā)電機(jī) ：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般采用的是永磁式交流發(fā)電機(jī)，由風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流后變成可以儲(chǔ)存在蓄電池中的直流電。作為節(jié)能環(huán)保的新能源，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)贏得歷史性發(fā)展機(jī)遇。充分利 用這些地區(qū)的風(fēng)力資源來解決無電、缺電問題，對(duì)改善當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钏剑l(fā)展地方經(jīng)濟(jì)非常重要。由于風(fēng)能是一種具有隨機(jī)性、爆發(fā)性、能量密度低、不穩(wěn)定性特征的能源，風(fēng)速的變化會(huì)引起風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)由多個(gè)部分組成，而控制系統(tǒng)貫穿到每個(gè)部分，相當(dāng)于風(fēng)電系統(tǒng)的神經(jīng)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下： 針對(duì)上述結(jié)構(gòu)，目前絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 的控制系統(tǒng)都采用集散型或稱分布式控制系統(tǒng)（ DCS）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。很多廠家也開始采用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)。由于功率輸出是由槳葉自身的性能來限制的，槳 葉的節(jié)距角在安裝時(shí)已經(jīng)固定；而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率限制。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要特點(diǎn)是：低于額定風(fēng)速時(shí)，它能跟蹤最佳功率曲線，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有最高的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率；高于額定風(fēng)速時(shí)，它增加了傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使功率輸出更加穩(wěn)定。如采用模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制、魯棒控制等。但是在輸入變化的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只有很小的機(jī)會(huì)能運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，因此機(jī)組的整體效率較低。由于功率曲線在失速范圍的變化率比失速前要低得多，控制相對(duì)容易，輸出功率也更加平穩(wěn)。 2 繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī) 對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)可以采用功率輔助調(diào)節(jié)方式，即轉(zhuǎn)子電流控制（ RCC）方式來配合變漿距機(jī)構(gòu)，共同完成發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)節(jié)。既提高了機(jī)組的效率，又對(duì)電網(wǎng)起到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的作用。機(jī)組效率低等問題。中科院電工研究所研制的兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 IGBT 技術(shù)、雙 PWM 雙向可逆變流控制。另外， IGBT 逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的 120％以上。因此要求發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)： ① 盡可能產(chǎn)生較低的諧波電流， ② 能夠控制功率因數(shù)， ③使發(fā)電機(jī)輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化， ④ 向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的功率 目前國內(nèi)外兆瓦級(jí)以上技術(shù)較先進(jìn)的、有發(fā)展前景的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。 停機(jī)控制 當(dāng)控制器發(fā)出正常停機(jī)指令后，風(fēng)電機(jī)組將按下列程序停機(jī)： ① 切除補(bǔ)償電容器； ② 釋放葉尖阻尼板； ③ 發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)； ④ 測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定值后，投入機(jī)械剎車； ⑤ 若出現(xiàn)利車故障則收槳，機(jī)艙偏航如 90 度背風(fēng)。雷擊事故中的 40％～ 50％涉及到風(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)的損壞， 15％～ 25％涉及到通訊系統(tǒng)，15％～ 20％涉及到風(fēng)機(jī)葉片， 5％涉及到發(fā)電機(jī)。 開機(jī)關(guān)機(jī)保護(hù)：設(shè)計(jì)機(jī)組開機(jī)正常順序控制，確保機(jī)組安全。針對(duì)上述情況，可以在控制系統(tǒng)電源中加設(shè)在線 UPS 后備電源，這樣當(dāng)電網(wǎng)突然停電時(shí)， UPS 自動(dòng)投入，為風(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)提供電力，使風(fēng)電控制系統(tǒng)按正常程序完 成停機(jī)過程。 參考國家（國際）關(guān)于電磁兼容（ EMC）的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電場(chǎng)控制設(shè)備也應(yīng)滿足相關(guān)要求。接地的主要作用一方面是為保證電器設(shè)備安全運(yùn)行，另一方面是防止設(shè)備絕緣被破壞時(shí)可能帶電，以致危及人身安全。 目前國內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)是指著風(fēng)電機(jī)組的控制器。 PLC 模塊化的結(jié)構(gòu)方便組成各種所需單元。 上述各種通訊方式能夠完成風(fēng)電場(chǎng)中央監(jiān)控系統(tǒng)中的通信問題，但具有各自的特點(diǎn)，主要通信方式簡(jiǎn)要對(duì)比如下： 監(jiān)控系統(tǒng)軟件 目前，我國各大風(fēng)電場(chǎng)在引進(jìn)國外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的同時(shí)，一般也都配有相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)， 但各有自己的設(shè)計(jì)思路和通訊規(guī)約，致使風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)互不兼容。在編制監(jiān)控軟件時(shí)，應(yīng)充分考慮到風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理的要求，應(yīng)當(dāng)使用中文萊單，使操作簡(jiǎn)單，盡可能為風(fēng)電場(chǎng)的管理提供方便。值班員在集中控制室內(nèi)，就能對(duì)下位機(jī)進(jìn)行狀態(tài)設(shè)置和控制，如開機(jī)、停機(jī)、左右調(diào)向等。 實(shí)際上只要通訊網(wǎng)連通，理論上遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和中央 監(jiān)控系統(tǒng)一樣。除了建設(shè)需要考慮的問題外，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響也是需要考慮的重要因素。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng) 風(fēng) 力發(fā)電領(lǐng)域要解決的一個(gè)很重要的問題是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題。但直接并網(wǎng)時(shí) 會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流（ 4～ 5 倍發(fā)電機(jī)額定電流），電網(wǎng)電壓瞬時(shí)嚴(yán)重下降，因此這種并網(wǎng)方法只適用于異步發(fā)電機(jī)容量在百千瓦級(jí)以下或電網(wǎng)容量較大的情況下。因?yàn)殡娮琛㈦娍蛊鞯仍墓β剩诎l(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，必須將其迅速切除，這種并網(wǎng)方法適用于百千瓦級(jí)以上，容量較大的機(jī)組，顯見這種并網(wǎng)方法的經(jīng)濟(jì)性較差，中國引進(jìn)的 200KW異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，就是采用這種并網(wǎng)方式，并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)每相繞組與電網(wǎng)之間皆串接有大功率電阻。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)（十一） 并網(wǎng)后需要關(guān)注的主要問題 電能質(zhì)量 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電能質(zhì)量的要求有五個(gè)方面：電網(wǎng)高次諧波、電壓閃變與電壓波動(dòng)、三相電壓及電流不平衡、電壓偏差、頻率偏差。對(duì)于直接和電網(wǎng)相連的恒速風(fēng)機(jī)，軟啟動(dòng)階段要通過電力電子裝置與電網(wǎng)相連，因此會(huì)產(chǎn)生一定的諧波，不過過程很短。這需要對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算、評(píng)估。 由于變頻技術(shù)的發(fā)展，我們可以利用交 直 交的變頻調(diào)節(jié)裝置的控制功能很容易地根據(jù)電網(wǎng)采集到的線路電壓波動(dòng)的情況、功率因數(shù)的狀況等、和電網(wǎng)的要求 ，來調(diào)節(jié)和控制變頻裝置的頻率、相位角和幅值使之達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，為弱電網(wǎng)提供無功能量的要求。使用變速風(fēng)機(jī)有多種方案可供選擇：采用通過電力電子裝置與電網(wǎng)相連的同步多極電機(jī)，取消風(fēng)機(jī)上常用的變速齒輪箱，減少風(fēng)機(jī)的故障率；或者采用雙饋感應(yīng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)以最佳葉尖比運(yùn)行。