风电机组控制与优化运行第3章-风力发电系统的转速和功率控制教学教材.ppt

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1、风电机组控制与优化运行第3章-风力发电系统的转速和功率控制§3.1风力发电机组转速、转矩和功率控制基本原理在大型风电机组控制系统中，其转速、转矩和功率控制系统最为重要，也最为复杂。因为该系统几乎涉及到风力发电系统中的所有重要部件如风力机、传动系统、发电机、变流器、桨距伺服系统等等。§3.1.1风力发电机组的调节方式风力发电机组的调节方式是围绕着如何控制风力机接近风速模型的理想功率曲线运行。在不同的运行区域，其调节手段不同：定速/变速和定桨/变桨都是常见的方法。故调节方式可分成四类：定速定桨距调节定速变桨距调节变速定桨距调节变速变桨距调节§3.1

2、.1风力发电机组的调节方式定速定桨距调节方式的主要特点是：桨叶和轮毂的连接是固定的，其桨距角固定不变；将FSIG直接接到电网上，发电机的转速由电网频率确定，风能转换系统在固定速度下运行；控制简单，成本低；在额定风速以下运行区域内，由于电机转速恒定，不能达到功率的最大获取，捕获能力低于理想的功率曲线；在额定风速以上运行区域内，其功率调节能力弱，功率不稳定，电压波动也大，电能质量不好。鉴于这些缺点，该类型的风力发电机正逐渐淘汰，取而代之的是更先进调节方式的风力发电机。一、定速定桨距调节方式§3.1.1风力发电机组的调节方式安装在轮毂上的叶片，可以通

3、过桨距伺服系统改变其桨距角的大小。其优点是桨叶受力较小，桨叶可以做的比较轻巧。当风速在额定风速以上时，通过改变桨距角的控制，从而改变作用在风轮上的气动扭矩，使功率保持在恒定值。当风速在额定风速以下时，恒定转速运行使得转换效率不能优化，即一种非优化的稳态能量获取，且结构比较复杂，故障率较高，发电品质较差。二、定速变桨距调节方式§3.1.1风力发电机组的调节方式发电机的转速可以随风速而变化，在风力发电系统中应用较普遍，特别适合低风速下运行。在风速低于额定风速时体现在能量的捕获能力提高，机械振荡减小，电能的质量也有所改善。在风速高于额定风速时，采用变

4、速被动失速控制方式和变速辅助失速控制两种基本操作方式，可能会引起瞬间载荷增大和电压起伏，发电品质还有待提高。三、变速定桨距调节方式§3.1.1风力发电机组的调节方式变速变桨距控制结合了变速定桨控制和定速变桨距控制的优点，风电机组的发电品质相对采用其它几种调节方式的风电机组发电品质更高、更好，是目前国际流行的控制方式。当风速低于额定风速时，以变速模式运行，风能捕获效率高于采用失速控制的风电机组，具有优化的气动特性；当风速高于额定风速时，采用变桨距调节，通过桨距角的改变，改变作用在风轮上的气动转矩，使功率保持在恒定值。四、变速变桨距调节方式§3.1

5、.1风力发电机组的调节方式变速变桨距风能转换系统的主要特点是：①与定桨距相比，具有在额定风速以上输出功率平稳。②在额定点具有较高的功率系数。③桨距角是由发电机输出功率的反馈信号跟踪额定功率来确定的，不受气流密度的影响。④在额定风速以下时，桨叶节距可以调整到合适的角度，使风轮具有更大的起动力矩；当需要脱离电网时，可以调整叶片桨距角使功率逐渐减小到零，减小了发电机与电网断开时对电网的冲击。⑤低风速时能根据风速变化，调整发电机运行工作点，保持最佳叶尖速比以捕获最大风能。⑥高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更

6、加平稳。四、变速变桨距调节方式§3.1.2风力发电机组的运行区域vinvNvout风速vPN最优功率P0ABDECv1转速ω桨距角βωNωmin90°0°⑴区域A：v

7、ω桨距角βωNωmin90°0°⑶区域C：v1vout风速高于切出风速

8、，调整节距角至90°，叶片不再捕获风能，转速也下降到0。为避免强风损坏风力机，风力机将被锁定并进入停机模式。§3.1.3风力发电机组在各运行区域的控制