风力发电的变桨距控制方法研究分解

风力发电的变桨距控制方法研究目录一概论二风力发电的控制系统介绍三风力发电机的变桨距控制系统四直驱型风电机组变桨距功率控制法五功率控制法的改进一概论大型MW级风电机组在世界主要国家已经投入产业化生产同世界发达国家的水平相比，我国的风机生产水平有很大差距，在变桨距技术方面有诸多体现风机的叶片直径在不断的增大，严重影响到风电机组传动机构等部件的机械应力和疲劳寿命，变桨控制技术得到世界共识并快速发展高风速段的额定功率提高风机的整体柔性度减小整机和桨叶的受力状况提高风力机组起动性能与制动性能较高的风能利用系数变桨距控制的优点二风力发电的控制系统介绍按控制环节来分：1.启动控制2.并/脱网控制3.制动控制很重要的一个环节是机组运行过程中，对发出电能质量的控制风机控制系统的重要性风机控制系统监视电网风况机组运行参数风速风向转速转矩输出功率磁链端口电压分控制箱现场总线主控制器设定值（额定值）反馈值发出指令执行机构控制2.1启动控制当风速检测系统在一段持续时间内测得风速平均值达到切入风速，并且系统自检无故障时，控制系统发出释放制动器命令，机组由待风状态进入低风速起动。2.2并/脱网控制当风力发电机转速达到同步转速时，执行并网操作。为了减小对电网的冲击，通常采用晶闸管软切入并网。软切入时，限制发电机并网电流并监视三相电流的平衡度，如果不平衡度超出限制则需停机。除此之外，软切入装置还可以使风力发电机在低风速下起动。当风速低于切入风速时，应控制已并网的发电机脱离电网，并在风速低于4m/s时进行机械制动。2.3制动控制当转速超越上限发生飞车时，发电机自动脱离电网，桨叶打开实行软刹车，液压制动系统动作，抱闸刹车，使桨叶停止转动，调向系统将机舱整体偏转90°侧风，对整个塔架实施保护。三风力发电的变桨距控制系统变桨距系统变桨距机构变桨距控制系统计算机控制系统驱动装置执行装置机舱内分控制系统变桨距风电机组变桨距执行机构现场总线3.1变桨距调节的工作原理风力机桨叶根部与轮毂之间通过轴承连接，也就是说其连接是不固定可以自由旋转的，当风速发生变化时，风力机的桨叶可以绕其轴线转动来调节叶片的桨距角，通过桨距角的变化来影响风电机组的转速，从而达到控制风力发电机组输出功率的目的。变桨过程：根据机舱顶部的气象站和风速仪所测量数据，控制系统发出指令给变桨电机，变桨电机为变桨系统提供扭矩，变桨系统把扭矩增加大约100倍后，通过另外一端的变桨小齿轮（小齿轮上面带着一个齿形带，齿形带与叶片上面的变桨轴承相连），把力传递到变桨轴承上面，使变桨轴承旋转，改变叶片的迎风角度。变桨距驱动装置按每个叶片是独立调节还是同步调节可以分为两种：共同驱动变桨距系统，独立驱动变桨距系统变桨驱动装置变桨轴承变桨控制柜紧急备用电池柜编码器限位开关叶片独立变桨变桨距执行机构变桨距执行机构是指直接控制叶片转动部分的机械装置常见的变桨距执行机构有：平行轴齿轮驱动，垂直轴伞型齿轮驱动，机械摇杆驱动平行轴齿轮驱动和垂直轴伞型齿轮驱动（也有机械摇杆驱动）四风电机组变桨距功率控制法什么是功率控制法：传统的恒功率控制模式用于风速较大的场合。为保证风电系统的安全运行，需要限制其转速和发电机的输出功率，由于发电机和变频装置的电气限制，仅仅靠电磁转矩的控制已无法保证系统的安全，此时需要控制风机的桨距角以降低风机的风能捕获量，从而限制风机的转速和输出功率。（小风速段使用最大风能捕捉的方法，最大风能捕获控制又有若干典型的控制方法，如：最佳叶尖速比法，最优转矩法，功率信号反馈法，爬山搜索法。这些方法的控制目标为：风速变化时，通过控制发电机的电磁转矩使得系统在新的稳态下捕获最大风能。）当风力发电机组起动及风速低于额定风速时，桨距角处于可获取最大推力的位置，有较低的切入风速。当风速超过额定风速时，叶片向小迎风角变化，从而使获取的风能减少，这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率，风轮速度降低使发电机组的输出功率可以稳定在额定功率上。两种风速情况风速小于额定风速时风速大于额定风速时调整桨距角处于可获取最大推力的位置，有较低的切入风速叶片向小迎风角变化，从而使获取的风能减少，这样就保证了叶轮输出功率不超过发电机的额定功率给定功率值变桨距控制器桨距角检测变桨距机构风轮发电机功率检测并网开关接电网给定桨距角4.1变桨距功率控制模型变桨距调节控制器的组成设定转速比较器转速检测风力发电机变桨距驱动低于额定转速高于额定转速变桨距控制器控制目标：最大功率输出叶片位置检测期望的转速,扭矩转速桨位需求扭矩桨位需求在变桨距控制系统中，高风速段的变桨距调节功率是非常重要的部分，若退桨速度过慢则会出现过功率和过电流现象，甚至会烧毁发电机；若桨距调节速度过快，不但会出现过调节现象，使输出功率较大，而且会缩短变桨距液压缸，变桨距电动机和变桨距轴承的使用寿命，进而影响发电机的输出功率，使发电量降低。4.2系统的软件设计开始有停机故障信号∆P=P-P0-10∆P10?∆P0?∆P0?结束N由PLC的输出单元输出一个数字量信号，使紧急顺桨电磁阀打开，迅速顺桨NNYY∆P=0按比例增大桨距角，最大速度不超过4.6⁰/s按比例减小桨距角，桨距角变化速度不超过1⁰/s,并且桨距角不小于3⁰YY五功率控制法的改进与应用由于控制本身的属性，功率控制法在响应速度，准确度以及稳定性方面都可以加以改进。风电机组发出的电能最终都要供给负载，风力机的运行参数，调整状况和反馈情况也要受到负载的影响，所以功率控制可以和载荷变量联合控制，使得控制更加快准稳。谢谢！