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1、风力发电控制系统研究综述摘要：在现行的风力发电系统屮，控制系统需要解决的基本矛盾是如何在风速变化的情况下,获得较稳定的电压输出,以及如何解决无风时的用电问题。控制系统的设计必须结合风能的特点及用户的需要。本文将从能量控制方式、应用范围、经济性以及未来技术导向这几个方面对风力发电控制系统进行综述。—、风力发电系统风能作为一种清洁的能源，已经成为除水能以外，技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业发展前景的能源之一。在近20年来，风能在风力发电领域的应用技术飞速发展。常规的风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元控制
2、系统组成。能皐转换结构如下⑴:风能通过风力机械转换为机械能并驱动发电机工作，从而转諛为电能向负载或电网输出,或者经由储能设备存储。整个从风能转换为电能的过程则由风电控制系统控制。风电控制系统是综合性控制系统，除了要对电网、风况和机组运行参数进行监视，以确保运行过程的安全性和可靠性，述要根据风速、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二、风电控制系统上世纪八九十年代，现代风力发电产业开始崛起。20世纪80年代初，风力发电机组电气控制系统得以实现,但仍局限于采用模拟电子器件⑵。到了80年代中后期，随
3、着计算机技术的发展及其在控制领域的应用，出现了基于微处理器的风力发电机组电气控制系统⑵。步入90年代,随着微处理器在电力电子、数据采集、信号处理、工业控制等领域的广泛应用，风力发电机组的电气控制系统往往采用基于单板机、单片机或可编程控制器的微机控制⑵。风力发电控制系统的基本忖标分为3个层次:保证可靠运行、获取最大能量、提供良好的电力质量⑴。为了达到这一控制目标,风力发电系统的控制技术从定桨距发展到变桨距又发展到近年来采用的变速控制技术⑴。20世纪80年代小期开始进入风力发电市场的定浆距风力发电机组，主要解决了风力发
4、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、空气动力刹车技术等并网运行的风力发电机组需要解决的最基本问题⑴。20世纪90年代以后,风力发电机组的可靠性己不是问题，变距风力发电机组开始进入风力发电市场⑴。此种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^^动性能和功率输出特性都有显著改善。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，到了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市场。现行的风电控制系统主要为变速风力发电机组控制系统。其基本控制方
5、式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:低于额定风速吋,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,增加了传动系统的柔性,使功率输出更加稳定，特別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⑶。风力发电机组控制系统的作用是对整个风力发电机组实施止常操作、调节和保护。除了常规的启动控制、并/脱网控制、偏航与解缆、限速及刹车等控制功能外，还具有以下功能:根据功率以及风速自动进行转速和功率控制;根据功率因数自
6、动投入（或切出）相应的补偿电容;机组运行过程屮，对电网、风况和机组运行状况进行检测和记录,对出现的并常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，而且还能根据记录的数据生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能指标;对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信功能⑷。目前绝大多数风力发电机组的控制系统都选用集散型或分布式（DCS）工业控制计算机。风力发电机组DCS控制系统的结构如下图所示⑶：三、风电系统的环保特性风能是风力发电的主要载体，风能资源具有可再生、洁净、规模大的优势，目前，国际倡导的正是清洁能源。其具有良好的
7、发展前景和其它能源无可比拟的优越性。大体可归纳为以下几点。风力发电是一种干净无污染的可再生自然资源，取之不尽，用之不竭，没有常规能源（煤电、油电、核电）会造成坏境污染的问题。风电技术装备在风电领域里扮演着重要的角色，是风电产业发展赖以生存的基础，国际上已风电作为一种温室气体零排放的替代能源技术⑸，被广泛认为有可能在未来取代传统燃料,成为新增发电量的主力军。随着能源短缺和全球经济的强劲增长导致环境问题激增，公众环保意识增强，风电在世界能源电力市场中发展最为迅速，其所拥有的技术含量高、易开发、能量大等特点使其一举成为了
8、最具发展潜力的一大洁净能源。发展风能、光伏发电等新能源是缓解全球资源瓶颈、确保能源供给的流畅性以及安全性、可靠性的不二之选；是保护环境生态、改善人类居住环境的有效方式；是实现可持续发展，构建和谐社会的最佳选择。四、风电系统的经济特性风电系统的成本主要rti容量系数，风机价格，风机使用寿命，风资源状况以及电量损失决定同。容量系数是风力发电成本的影响因素之一，在
