第五章 节 　变速恒频风力发电机组的控制 《风力发电机组监测与控制》课件.pptxVIP

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，而确定性载荷则可分为以下三种：(1)稳态载荷，由叶轮轴向定常风作用而产生的载荷。(2)周期载荷，即按一定周期重复的载荷。(3)瞬态载荷，暂时性的载荷，如阵风和停机过程中所受的载荷。第一节　变速恒频风力发电机组的控制目标一个较完整的风力发电机组控制系统除了能保证良好的发电能力和电能品质外，还应承担以下任务：(1)减小传动链的转矩峰值。(2)通过动态阻尼来抑制传动链振动。(3)避免过量的变桨动作和发电机转矩调节。(4)通过控制风力发电机组塔架的振动尽量减小塔架基础的负载。(5)避免轮毂和叶片的突变负载。一、变速风力机的转矩-转速特性(1)并网转速。(2)额定转速。(3)动态最大转速限制。(4)额定转矩。(5)动态最大转矩限制。(6)CPmax运行段的系数。一、变速风力机的转矩-转速特性图5-1　变速风力机的转矩-转速特性区间二、功率系数CP、叶尖速比λ和桨距角β的特定关系图5-2　功率系数、叶尖速比λ、桨距角β的关系三、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。三、基本控制逻辑图5-3　变速恒频风力发电机组基本控制框图四、滤波器图5-4　低通滤波器的频率特性四、滤波器图5-5　带阻滤波器的频率特性五、转矩和变桨控制图5-6　转矩控制和变桨控制的耦合六、传动系统的扭转振动抑制在定桨恒速风力发电机组中，异步发电机转差曲线是一个很强的阻尼器，阻力矩随着转速的增加而迅速增加。因此，传动系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第三节　常用的控制方法和手段一、转速跳跃二、降低运行轨迹的性能三、变速与变桨的分步控制四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性一、转速跳跃图5-9　转速跳跃二、降低运行轨迹的性能图5-10　降低运行轨迹的性能三、变速与变桨的分步控制图5-11　变速与变桨分步过渡的运行特性三、变速与变桨的分步控制图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附近的状态只靠变速控制或变桨控制向额定运行点C进行回归,将很难使机组的运行状态稳定在C点，这是因为转矩调节和转速调节的效果存在较大的时间差。图5-13　过渡区域提前变桨调节对功率和CP的影响那么可取的方法是同时运行两个控制器，其条件是，在远离额定风速时，置其中一个或另一个控制环饱和。因此在大多数时间里还是只有一个控制器处于激活状态，但是在接近额定点时它们可以建设性的相互干预。四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性图5-13　过渡区域提前变桨调节对功率和的影响