2025年风力发电机组的控制技术(论文).pdfVIP

博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

.

风力发电机组的控制技术

风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电

池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成；

风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加

固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。

风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键

技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电

机组的切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的

主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控

制。同时，风力资源丰富的地区通常都是海岛或边远地区甚至海

上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程

监控，这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要

求。与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合

性控制系统。它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组

进行并网与脱网控制，以确保运行过程的安全性与可靠性，而且

还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组

的运行效率和发电量。20世纪80年代中期开始进入风力发电市

场的定桨距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题

和运行的安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹

车技术、偏航与自动解缆技术，这些都是并网运行的风力发电机

组需要解决的最基本的问题。由于功率输出是由桨叶自身的性能

;

1

非淡泊无以明志，非宁静无以致远。——诸葛亮

.

来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；而发电机转速由电

网频率限制。因此，只要在允许的风速范围内，定桨距风力发电

机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的

变化是不作任何控制的。这就大大简化了控制技术和相应的伺服

传动技术，使得定桨距风力发电机组能够在较短时间内实现商业

化运行。20世纪90年代后，风力发电机组的可靠性已经不是

问题，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。采用全桨变

距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率

进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改

善。风力发电机组的液压系统不再是简单的执行机构，作为变距

系统，它自身组成闭环控制系统，采用了电液比例阀或电液伺服

阀，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。由于变距风力发

电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到20世纪90年

代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电

场。变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系

统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系

统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风力发电机组的主

要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风力发

电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传

动系统的柔性，使功率输出更加稳定，特别是解决了高次谐波与

功率因素等问题后，达到了高效率、高质量地向电网提供电力的

目的。可以说，风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速

;

2

勿以恶小而为之，勿以善小而不为。——刘备

.