变桨距风力发电机组控制策略的研究.pdfVIP

第 24卷 第 3期 电 力 学 报 Vo1．24 No．3 2009年 6月 JOURNAL 0FELECTRICP0WER Jun． 2009 文章编号 ： 1005—6548(2009)03—0174—04 变桨距风力发电机组控制策略的研究 徐建军 ，王惠斌 ，闫丽梅 (1．大庆石油学院 电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318； 2．哈尔滨工业大学 电气工程及 自动化学院，哈尔滨 150001) 摘 要 ：首先对 目前 风 力发 电机 桨距 的控 制和执 行 方式做 了简要 的分析 ，建 立 了系统各部 分 的 数 学模 型 。然后对 变桨距 的控 制 策略 进行 了着重 的研 究 ，给 出 了并 网之 前 和 并 网运 行后 的变桨距 控 制流程 图。最后基 于 PID控 制方 式 ，在 Matlab 中建 立 了 系统 的模 型 ，进 行 了仿 真 研 究 ，结 果 比 较 满 意 。 关键 词 ：风 力 发 电；控 制 策 略 ；M atlab仿 真 中 图分类 号 ：TM614 文 献 标 识码 ：A 风力发电是近年来发展最快 的绿色能源之一 。 额定功率状态时 ，变桨距风力发电机组采用 Optitip 2008年全 国风电装机容量就突破 了 l000万 kW ， 技术l4]，即根据风速 的大小，调整发电机转差率 ，使 预计 2020年可达 8000万 kW 甚至更高口]。 其尽量运行在最佳叶尖速 比以优化输 出功率。由于 目前国际上风 电机组正朝着大型化、变桨距和 桨距角可以连续调节 ，因此在高风速情况下可使发 变速恒频的方 向不断发展，兆瓦级风力机 已经成为 电机的输出功率保持在额定功率上。此外叶尖刹车 了国际风力发 电市场的主流产品[2]。由于风力机具 装置制动叶轮的同时叶片转动 ，相当于气体刹车，从 有非线性空气动力特征、工作风速范围宽、加之能量 而减少 了机械刹车对传动系统 的冲击，减轻了刹车 传递链的柔性结构和随转速变化 的机械阻尼 的影 结构的负荷 。优点是机组 的启动性能好 ，输出功率 响 ，使风力发电系统的控制成为一个难题 。而本文 稳定 ，停机安全等 ；缺点是控制复杂。 正是从控制策略上着手对变桨距风力发电机组进行 1．2 变桨距的执行方式 分析研究 。 目前变桨距机构有两种n]：一种是液压变桨距 执行机构 ；另一种是电动变桨距执行机构 。液压变 1 桨距控制 桨距控制机构具有传动力矩大 、重量轻 、刚度大、定 1．1 定桨距和变桨距 位精确 、执行机构动态响应速度快等优点，能够保证 风力发电机组按照输出功率控制方式有定桨距 更加快速、准确地把叶片调节至预定节距。电动变 控制 (失速调节)和变桨距调节两种_l3]。 桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行 定桨距失速控制是传统 的控制方式 ，叶片的安 单独调节(又称独立变桨控制)。伺服电机通过主动 装角在安装时就确定好 ，在运行期间不能变化 。当 齿轮与桨叶轮毂内齿圈相啮合 ，直接对桨叶的节距 风速超过额定值之后 ，叶片发生失速效应 ，将功率限 角进行控制 。位移传感器采集桨叶节距角的变化与 制在一定的范围内。优点是系统控制简化 ；缺点是 电机形成闭环负反馈控制。 叶片重量大、轮毂、塔架等部件受力较大，受失速特