大型风力发电机组变桨距控制系统设计与仿真

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1、《电气自动化)2011年第33卷第5期—』毫斤能源发电控制技术一TheNewEnergyPowerControlTechnology——大型风力发电机组变桨距控制系统设计与仿真王佳雯龚华军陈永(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：随着风力发电机组单机容量的大型化，变桨距风力发电机已成为风力发电机组的主要研究和发展方向。基于变速恒频风力发电系统，对变桨距控制系统的设计方法进行研究。对风力机的结构和基本工作原理进行了探讨，并分析了风力发电机组的控制过程，分别设计了低于额定转速的PI控制器及高于额定风速的变桨距控制器，通过对控制系统的机理模型仿真，验证了

2、变桨距控制系统设计的正确性。关键词：变桨距控制PID控制器变桨距机构仿真[中图分类号]TM614[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2011)05—0018—03DesignandSimulationofVariable—pitchControlSystemforLargeScaleWindTurbineWangJiawenGongHuajunChenYong(CollegeofAutomationEngineering，NanfingUniversityofAeronauticsandAstronautics，JiangsuNanfing210016，C

3、hina)Abstract：Withthewindturbineunitcapacityofthelarge—scale-variablepitchwindturbinehasbecomeamajorresearchanddevelopment．Basedonthevariablespeedconstant~equencywindpowergenerationsystem，thepitchcontrolsystemdesignmethodisusedinthispaper．Thestructureandbasicworkingprincipleofthewindtur

4、binearediscussedandanalyzedthewindturbinecontrolprocess，respectivelydesignthePIcontrolleroflowerthantheratedspeedandhigherthantheratedspeedofthevariablepitchcontrolerlandthroughthemodelsimulationtoverifythepitchcontrolsystemisreasonable．Keywords：Variable—pitchcontrolPIDcontrollerVariabl

5、e—pitchmechanismSimulationO引言能源、环境是当今人类生存和长远发展所面临的重大问题。风能作为可再生的绿色能源已经成为各国普遍重视的新能源之一，风力发电技术也迅速发展，变桨距控制技术更是成为风力发电行业的一个重要研究领域。早期国外很多发达国家就投入到对风力发电的研究，对变速变桨距风力机的设计、控制和运行己经有了完备的理论和方法。我国投入到风力发电领域的研究较晚，在风电技术的理论和应用研究方面还不够成熟，因此，开展图1变桨距风力发电机组架构对风力机变桨距控制的研究具有重要的意义。型可描述为[2]本文研究大型风力发电机组的变速变桨距控制技术。当发f

6、P=。(A，0)·A·旷电机输出功率小于额定功率时，采用追踪最佳功率曲线的方法，J(1)根据风速的大小，调整发电机的转速，使其尽量运行在最佳工作点上，最大化的捕捉风能。当大电机功率达到额定功率时，通过式中，P为风轮输出机械功率，单位W；p为空气密度，单位kg／调节桨距角，减小气流攻角以使发电机的输出功率保持在额定功m，取1．225kg／m；A为叶尖速比；为桨距角，单位degree；为率。由于变桨距控制具有输出电能稳定和失速负荷小的优点，所风轮的风能利用系数，是叶尖速比A和桨距角0的非线性函数；A以采用变桨距控制已成现代风力机的发展趋势。为风轮扫掠面积，单位m；U为风速

7、，单位In／s；oj为风轮旋转角1变桨距风力发电机组建模速度，单位rad／s；为风轮半径，单位m；变桨距风力机模型的建立对于系统的动态特性以及控制系1．2传动系统的动态模型统设计都有重要的作用。变桨距风力发电机组结构图如图1传动系统模型图如图2所示所示：，+y=一(2)1．1风力机模型T=kl(0—0】．)71y(一1)(3)风力机的特性采用非线性函数描述，变速变桨距风力机的模由于机械损失发生在传动轴和齿轮箱上，非常小，可以忽略收稿日期：2010—12—14能源发电控制技《电气自动化)2011年第33卷第5期TheNewEnerqyPowerCont