变速变桨风力发电机控制研究

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1、361索言汽粉按IDONGFANGTURBlNE为19．8dB，相位裕度为43．8度。图2变速变桨风力发电机的工作曲线torquecontro—～—’‘—＼、～～—＼V／^＼占≮●_●●●，-●●⋯●。_●●+●-＼＼【；M：19gdBFrcq：17rad／s~：cSt曲Ieoopl图3风速为9m／s，FD120A风力发电机力矩控制器当风力发电机达到额定功率时，发电机力矩器设计的时候可以增加驱动链阻尼，减少齿轮箱给定值恒定，这样低速轴阻尼很小嗍。对于风电机的疲劳载荷。通常在力矩给定值基础上增加一个组中的传动链则容易引起作用在齿轮箱上的扭矩传动链系统频率上的很小波动，通过相位调整

2、可大范围波动，增加齿轮箱疲劳载荷，在力矩控制以抵消谐振作用，有效地增)an-5~动链阻尼。传动豪言汽粉1f{}．37DONGFANGTURBINE链阻尼结构如图4所示，高通滤波器的形式如下：经达到额定转速，同时风速的变化可以作为外部扰动量来考虑，这样可以把变桨控制器设计简GU——————————■((2_／))+2E+⋯化为单输入单输出的系统。其中，G是增益，作用在发电机转速的测量在不同桨距角下，风力发电机气动扭矩对桨上，能够用来产生辅助波动。角频率09必须在阻距角的变化率不同，这样会引起在不同桨距角时尼振荡的频率附近。时间常数可以用来补偿系变桨控制器控制灵敏度不同。为了抵消这

3、种不利统的时间滞后。影响，可以采用增益表控制方式。图6为不同风速尽管可以设计出很有效的滤波器以便在很宽变桨需求到发电机转速Bode图，从图中可知，不的峰值上产生频率响应，但是这会影响系统的总同风速Bode图不同，这样很难统一对变桨控制器体性能，因为引入了低频时转矩和功率的变化。设计。图7为添加增益表控制后不同风速变桨需求即使峰值较窄，也会有很大的频率响应以桨叶穿到发电机转速Bode图，从图中可知，不同风速越倍数来干扰系统，如3P或6P，因此在高通滤波Bode图在变桨控制器设计带宽内基本相同，这样器上叠加一个或者多个陷波器。便于变桨控制器设计。图5为风速18m／s，FD120A风

4、机运行于三维湍流风场情况下的齿轮箱输入力矩累积变化。从图中可以看出增加驱动链阻尼以后，齿轮箱输入力矩累积变化明显减少，这样可以减少齿轮箱的疲劳载荷。由于增加的转矩纹波很小，这样对功率景车幂琴至攀蓠：·：⋯：‘：：：：：⋯：影响也非常小。it⋯'。十十{t}⋯⋯～‘1⋯}-⋯'：：_：：_：·：：⋯十t．⋯t⋯十⋯1⋯}。’。t‘‘转t一．-'{十十⋯⋯t—f-÷‘一·}。l{·}一I十十+÷-●tI}．¨1}⋯-‘。。⋯●t⋯+⋯{{●{·，‘荛}{：’●十t}}I{÷⋯』．；；·；；-i}⋯⋯⋯--{⋯---{；．⋯===．扣“-_i．*{：：·l：．{：：⋯十⋯●十呻'}⋯

5、⋯}{一}{{·}～}+{+-⋯t一-+⋯1⋯}}-t·{L；t：j：JI-：；：：：．；jLi：i玉tH●一—l图6不同风速变桨命令到电机转速Bode图图4传动链阻尼结构图lOe+jO一～⋯it4lIJ．ii．—⋯LLii⋯i．j'L；i；㈠i⋯；}iitiii：、ii{；jliljilijjij⋯⋯⋯r～，一r。?j1t{⋯⋯⋯，⋯～r—ry-1}‘}'⋯⋯⋯一}⋯t一}¨}。!。T}i一⋯⋯‘1⋯一t⋯!‘t叶。?‘竹主8．0e+09⋯⋯卜j，j～jjijj⋯一li；一jj潲ij；：⋯⋯ji’■_．⋯卜；}l：i；i÷：Zl}{ij{lii}】ijl{j；l】lI、_—÷

6、-—■—H竹60e+o940e+09图7添加增益表控制后不同风速变桨命令到电机转速2．0e+o9Bode图风力发电机变桨控制器的设计同样主要考虑0Oe4000l2345678910Frequency[I／S】保证系统稳定和良好的动态性能。现在风力发电图5风速18m／s，齿轮箱输入力矩累积变化机上广泛使用的变桨控制器同样也是比例加积分的PI控制器，采用比例环节来保证变桨动作快速响应，积分环节来保证变桨控制没有稳态误差。FD120A风力发电机变桨控制器Bode图如图8所示，风力发电机气动扭矩是桨距角、风轮转速和变桨控制器稳定，幅值裕度为8．56dB，相位裕度风速的函数。在变桨控制时

7、，风力发电机转速已为39．1度。38f圣右汔粉找1DONGFANGTURBINE本文分析了变速变桨风力发电机控制的一般原理。采用FD120A风力发电机控制器设计为例，分析了如何提高风力发电机风能的捕获，介绍了力矩控制器和变桨控制器的设计以及驱动链和塔筒阻尼器的设计。采用变速控制方式，在变速范图8风速为15m／s，FD120A风力发电机变桨控制器围内维持风力发电机运行在最佳叶尖速比可保证风力发电机塔筒前后振动是很弱的阻尼振最大风能捕获；采用PI控制器，可保证力矩和变荡，有很强的谐振响应。响应的