毕业论文（设计）新能源控制系统综述

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1、新能源控制系统综述摘要：新能源是-•种清洁、实用、经济和坏境友好的可再生能源，可以为人类发展提供可持续的能源基础。在未來能源系统屮，新能源具冇垂耍的战略地位。在发电系统屮，控制系统是确保机组安全可靠运行、优化机组效率的关键。木文以风能为例，介绍了风能发电控制系统的结构和特点，然后对其应用范围及经济性特点进行了概括和分析，最后对未來风力发电控制技术的发展趋势做了展望。关键词：风能发电控制系统特点发展趋势1风能发电系统风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元和控制系统组成，如图1所示。图1风力发电系统风轮通过叶片捕获

2、风能，是吸收风能并将其转换成机械能的部件。发电机实现机械能一电能转换。由于异步发电机结构简单、运行可靠，目前风力发电儿乎均采用异步发电机。发电机所发出的电能有两种处理方式：可以直接给负载供电或并入电网；也可以通过储能设备进行蓄能，再由电能变换单元将储能设备输出的直流电转换成交流电再供给负载或并网。储能设备作为中间环节不仅可以将能量储存起来，还兼有稳定电压的优点，这样对负载供电更平稳，对电网的冲击亦可减小。2风能发电控制系统作为风能发电系统运转的中枢，机组的控制系统不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组进行并网、脱

3、网控制，以确保运行过程的安全性和可靠性，而且还要根据风速、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。总的來说，控制系统是保证整个机组正常、安全、高效运行的基础。2.1风能发电控制系统的结构和特点2.1.1风能发电控制系统的结构在一个现代的风电场，每台风力发电机组都必须有自己的控制系统，以接受远程控制中心提供的运行和保护功能。它必须包扌舌一个或多个以下附加元件：1）风速仪：测量风速，并把数据传输到控制器；2）大量的传感器：监测和调节各种各样的机械和电气参数；3）失速控制器:在风速达到设定的风速8~1

4、5mile/h时起动动机组,在风速为50~70mile/h时停机,以避免叶片超应力，避免发电机过热；4）电力电子装置：对电能进行变换和调节，使其达到需要的标准；5）电子控制系统：一般采用计算机；6）电池：在独立系统屮提高符合可用性；7）输电线路：将风电场与当地电网连接起来。根据风力发电系统各模块所处的位置及功能不同，可将整个系统分为三层：动力学层、控制层、检测层，如图2所示。图2风力发电控制系统结构框图1）动力学层动力学层为最低层。风动力学包含外部环境和本体动力学两大部分。前者包括时变的风、浪涌（离岸风机）、地基土壤

5、等因素，是进行精确载荷分析和计算所必须考虑的：后者包括机舱动力学、底层结构动力学、地基结构动力学等，其中机舱是最为复杂的部分，包含风轮、驱动链、发电机、变流器等非线性但却直接相关风能转换效能的组件。2）控制层控制层为屮间层。其屮，欠载荷时执行MPPT（MaximumPowerPointTracking）控制，即风速小于额定风速时，控制目标为最大风能追踪，通过转矩控制调节风轮转速，从而保持最佳叶尖速比，实现最大风能转化。满载荷时执行变桨控制，即风速大于额定风速时，主要通过变桨距限制风能吸收，使输出功率维持在额定功率。此

6、外还有其他辅助控制措施，即为实现上述MPPT和变桨而釆取的转矩/转速控制、矢量控制、DC-bus/chopper控制，以及为自动对风采取的偏航控制、为并入电网采取的并网控制等。3）检测层检测层为最上层。本层对于保证高效安全的控制至关重要，系统状态、测量、控制命令及限制条件等信息在本层和控制层之间传递。进一步地，可将本层划分为三个模块，模块1包括疲劳载荷、极限载荷及故障诊断；模块2为健康管理模块，包括载荷评估和容错机制；模块3为白维持体系，在检测层充当“大脑”的角色，协调整个系统更安全高效地工作。2.1.2风能发电控制

7、系统的特点（1）对风系统控制方式自然界的风方向多变，只有让风垂直地吹向风轮转动面，风力机才能最大限度地获得风能。对于小容量的风力发电机，往往在风轮后面装一个类似风向标的尾舵，来实现对风的控制。对于大容量的风力发电机组，通常配有专门的对风装置一一偏航系统，一般由风向传感器和伺服电机组成。在机舱后面的顶部有两个互相独立的传感器（风速计和风向标）。当风向发生改变吋，风向标登记这个方位，并传递信号到控制器，然后控制器控制偏航系统采用电力或液压拖动来完成对风动作，偏航方式通常釆用齿轮驱动转动机舱。（2）发电机/变流器控制方式1

8、）发电机控制方式矢量控制是风力发电机的经典控制方式，此外还有直接转矩控制、复合控制等，并在此基础上衍生11!一系列改进的控制技术。例如，基于无速度传感器的矢量控制和基于多重化滑模观测器的矢量控制技术，通过设计观测器來估计转子位置或转速，将估计与控制相结合以改善控制精度，但实时性和抗干扰性偏低。2）变流器控制方式采用双PWM变流控制是最常见的方式