永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究.pdf

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1、第32卷第9期可再生能源V01．32No．92014年9月RenewableEnergyResourcesSept．2014永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究陈晓红，王一飞，尚鹏，蒋苗苗，金立军(1．山东电力集团公司济宁供电公司，山东济宁272000：2．同济大学电子与信息工程学院，上海201804)摘要：控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键，文章在分析变速变桨距风力发电机特性的基础上，针对永磁同步风力发电机．提出了一种综合控制策略．研究了变桨距控制和基于转速外环、电流内环的电机侧矢量控制；并且对描述发电机工作过程的风

2、速模型、空气动力学模型、机械传动模型、发电机模型、控制系统模型等进行了研究，基于Matlab／Simulink搭建了模型，对风速变化时机组运行情况进行了仿真，验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性。关键词：永磁风力发电机；建模；变桨距控制；转速控制中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292(2014)09—1306—060弓I言机的功率限制在某一设定值，以免风机进入不安风力发电作为一种可持续发展的新能源．在全运行状态『3_。针对以上问题，本文选取变桨距永电力行业中将占有越来越重要的地位。风能具有磁同步风力发电机，

3、研究了风力机部分的变桨距能量密度低、随机性和不稳定性等特点，给大型风控制和发电机侧的转速控制，提出了一种综合控力发电机组的控制带来极大困难。我国风力资源制策略，实现了风能的有效利用和机组的安全运行。主要集中于中西部，中西部风电大量并网输送给1控制目标东部发达地区使用，因此对风机输出的电能质量风机的控制是风力发电系统运行中的核心技有较高要求。术之一，在不同的风况下，风机的不同运行方式对如何更加有效地利用风能、提高风力发电系风力发电系统的运行影响很大，此时所选择的控统的效率、减小并网冲击和电力谐波、提高功率因制策略至关重要，控制策略的验证

4、还涉及到风速数也给风力发电系统的控制技术提出了更高的要部分、空气动力学部分、机械传动部分、发电机部求。分，最终建立包含控制系统的机组模型，分别实风力发电是将风能转换为机械能再将机械能现低风速时风能的最大利用和高风速时功率的稳转换为电能的过程『1]。风力机是风力发电系统的定。重要部件之一，风力机及其控制系统将风能转换2控制策略为机械能，直接影响着整个系统的性能、效率，功风能利用系数G。是表征风力机效率的重要率调节是风力机控制的关键技术之一：发电机及参数。它与风速、风轮转速、风轮半径、桨叶节距角其控制系统是风力发电系统的另一核心部分．它均

5、有关系。将机械能转换为电能，也决定着整个系统的性能、C=P／(o．5pV3A)(1)效率和输出电能质量嘲式中：P为空气密度；为风叶扫掠面积：为风目前，风机功率控制的关键是在低风速条件速。下实现风能的最大捕获，而在高风速条件下将风风能利用系数cD可近似用以下公式表示同：收稿日期：2014—02～14。作者简介：陈晓红(1968一)，女，硕士，高级工程师，研究方向为电气工程技术。E-mail：Chenxiaohong719@sohu．c0m通讯作者：'~(1990一)，女，硕士研究生，研究方向为新能源及分布式电源继电保护技术。E-mail

6、：490495857@qq．c(】m·1306·陈晓红，等永磁同步风力发电机转速桨距综合功率控制策略研究图2是一组不同风速下的风力机输出功率和，删e最佳输出功率曲线l10．035一0—A+O—可以看出，在同一个风速下，不同转速会使风．OSfl一丽力机输出不同的功率，要想追踪曲线，必须在式中：为桨叶的桨距角；A为叶尖速比，A：；风速变化时及时调整转速，保持最佳叶尖速比为风机的机械角速度；为风轮半径。在这个控制过程中，不断追踪最佳功率曲线．由公式(2)得到变桨距风力机特性曲线。实际上就是要求风能利用系数恒定为C一，也可称此过程为恒C一控制

7、过程。2．2风速高于额定风速变速风力发电机组受到两个基本条件限制[63：①所有电路及电力电子器件受功率限制；②所有妊旋转部件的机械强度受转速限制。因此，风力机的旺转速和输出功率是有限度的，超过限度，风力发电匿机组的某些部分便不能正常工作当风速超过额定风速后，通过变桨距系统改叶尖速比变桨距角来限制风轮捕获的能量，使风力发电机组保持在额定功率发电。在传统的变桨距控制方图1变桨距风能利用系数曲线式中，这时将转速控制切换到功率控制，变桨距系Fig．1Rotorpowercoeficient统开始根据发电机的功率信号进行控制。由此可见，对于某一

8、固定桨叶节距角，存在唯从图1可以看出，增大桨叶节距角，风能的利一的最大风能利用系数C；对于任意的尖速比，用率明显减小，风轮捕获功率也相应减小，因此当桨叶节距角卢=0。的风能利用系数最大，随着风速大于额定风速时，通过调节桨