小型风力发电机限速控制研究

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1、ELECTRONICSWORLD・技术交流小型风力发电机的限速控制研究许昌学院电气信息工程学院李跃磊【摘要】本文从变桨距风力机的空气动力学理论入手，运用对空气动力学分析求得贝兹理论的极限值，通过风能的利用系数及叶尖速比之间的关系，从而得出风力发电的系统变桨距控制方法，最后对变桨距的运行状态进行仿真及变桨调节加以分析，验证了此模型的可靠性。【关键词】空气动力学；PID控制；双馈发电机；变桨调节经由增加β值，使CP的值下降，从而减少发电机的输出能量。1.引言2.2统一变桨距控制策略统一变桨距就是改变风力机整个的风力机叶片的节距角β，也随着国家对风力发电机的重视以及发电技术的快速发展，高新同时使

2、其改变统一的角度。一般情况下依据输出功率和风速作为控技术不断运用到风力发电之中，使得风力发电的性能得到了很大的制量给桨距角指令，传统的风力发电变桨距控制框图如1图所示。提升。风力发电机有效利用了可再生能源，而中国是世界上风能资其中，速度控制器的作用是风力机组的起动阶段和风速不高于额定源现存比较丰富的国家之一，更需要开发风电技术。风力发电也能风速的欠功率阶段时来控制发电机转速，由控制欠功率阶段的转速很大程度上减缓我国电力欠缺以及能源的急需，中小型风力发电机来保持叶尖速比使其运行在最好状态。而变桨距控制主要的是发生的控制比较灵活，对中小型风力电机组特性加以研究，同时控制技在风速大于额定后，这时

3、风电机组将进入额定运行状态。将给定值术应用运用风力发电当中可以提高中小型风机的利用率和可靠性，和功率反馈信号加以比对，若是功率大于额定功率时，桨叶节距角因此对其研究具有重大的意义。就会提高，反之则下降。2.风力机变桨距控制多变量的变桨距电机组，具有复杂的非线性特性。要想更好的利用PID控制，就需要对其进行数学建模。通过PID参数的整定，使线性系统控制的精确性得到提升，而风电系统是利用风能转化为机机械能的装置，在风能系统中它的控制是比较复杂的。在风电机图1变桨距风力电机的控制图组中，如果齿面的硬度较高，则在正常使用时不会带来太大的损失，在这种的情况下，系统的空气动力学模型可表述为：3.变桨距

4、执行机构3.1风力发电机变桨控制（1）在风力发电机的变桨距控制系统中，其对桨叶节距角的控制式中：P为风轮吸收功率；ω为风轮旋转的角速度；c为风能的具有非常关键的作用的是它的执行机构的结构，如今主要利用的是利用系数；ρ为空气的密度；r为风轮的半径；v为上风向的风速。电动和液压执行机构。在这两个执行方式中，液压驱动的变桨系统系统变桨距执行机构：具有漏油和卡涩等一些问题，如果用电机驱动叶片旋转带动变桨系统，则每个叶片的单独控制就很容易实现了，然对桨叶的控制也将（2）非常容易实现。电动变桨距控制系统框图如图2所示。其中：Tβ—变桨距执行机构时间常数值；β—桨距角的实际值；βr—桨距角参订值。2.1

5、变速变桨距控制系统策略对于各式各样的电机组来说，在变速变桨距模型上增加变桨距执行机构后，对它的控制就很难来估计，这样要想对变桨控制的精确度的提升，就必须添加另外两个控制机构控制器和对输出功率控制的控制器。（1）主控制器在控制系统中占有主要部分，它不但对风机进行控制，而且也控制功率控制器，然后对变桨距控制器进行调整，图2电动变桨距系统框图从而使风机进行稳定运行。图2可以看出，在变桨控制系统图中，电路经过不间断电源（2）当风速达到额定功率时，改变变速恒频控制对齿轮箱进（UPS）作为补偿点能保护,经过UPS到达逆变器直流变为可利用的行控制，间接的控制桨叶转动，使风轮在良好的尖速比下运行；功平稳交

6、流电，输出功率的参考值与风速反馈值进行比较后传送到数率控制器控制变流器，这样就可以使功率稳定的输出。字信号处理器中进行信息处理，然后传送到逆变器中重新逆变整（3）若风速高于额定的输出值时，通过改变桨距调节器的值控流；永磁同步电机另一部分经过减速器进行调节，同时调动桨距角制电机转速，使电机的转速调节CP值，达到使空气流动时的动能能更的大小，再经过双馈发电机对桨距角和风速的一个测量和比较，得多的被风力机转化；当风速增加甚至大于到额定风速的值以后，此时出反馈电流值；最后输出的功率反馈到变桨控制器中进一步对桨距基金项目：河南省高等学校重点科研项目，15A470020。•198•万方数据ELECTR

7、ONICSWORLD・技术交流角从新的调整，接着进行数字信号处理，把合适的数据值传输到逆真，仿真用的软件是Matlab10.0/Simulink。如图4，5，6，7所示变器中调节电压的大小，这样迅速的对变桨控制做出精确的调整。额定风速分别是5m/s和18m/s的仿真结果图，PID的控制器参数是3.2变桨距电动执行机构系统的控制kp=0.006，kI=0.002，kD=0.002。电动变桨距控制就是伺服电机的位置控制，根据