风力发电机控制系统发展现状和展望

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1、风力发电机控制系统发展现状和展望　　摘要:我国的风电产业在最近几年迅猛发展，主要部件配套基本已经实现了国产化，但其控制系统的自主配套能力仍然较弱，这是当前风电设备制造业中的最大障碍，本文对造成这一现象的原因进行了分析，并对风机控制系统发展状况提出了一些可行性构想。关键词:风机；控制系统；发展现状中图分类号：TS737+.1文献标识码：A引言7近年来，我国风电装机快速发展，风电装机容量已连续四年排名世界第一。快速增长的需求也使得我国风电设备制造业发生了相应的快速增长。到目前为止，进行风机整机生产的企业已超过70家，此外还有一些公司也正在筹备进入风机整机制造的工作。经过这些年内资和

2、合资企业生产规模的不断扩大和技术的提高，其市场占有率也逐步上升。风机整机制造企业及零部件企业的发展壮大，对我国风电制造业技术水平和生产规模的提高是一个巨大的促进。但这么多风机企业的生产规模、技术水平、服务能力相差很大，规模化、竞争能力强的还只是少数，目前风电设备制造业存在的一个突出问题就是大多数企业对于未来面临的巨大风险都估计不足。从未来的发展形势来看，为解决能源短缺和环境污染问题，大多数工业发达国家都将大规模发展风力发电，我国也是如此，预计到2020年，风力发电企业的比例将达到10%左右，风电装机容量将达到1.4亿千瓦，这表明，风电行业大发展的全盛时期即将到来。风机控制系统的

3、发展现状及其原因2.1、我国风机控制系统的发展现状风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机自动调节、监控的重要任务，能够实现最大风能捕获，并保证良好的电网兼容性，其主要组成部分包括主控系统、监控系统、变桨控制系统以及变频系统。其中监控系统对全风场风机状况进行监控与启、停操作，它有大型监控软件和完善的通讯网络构成。7主控系统作为风机控制系统的主体部分，它主要负责自动解列、自动调向、自动启动、故障自动停机、自动记录与监控等重要控制，并有很好的保护功能。它对外有三个主要接口系统，即变桨控制系统、监控系统和变频系统，风机实时数据及统计数据的交换就是通过监控系统接口完成的，同时它

4、还负责变桨控制系统接口对叶片的控制，从而使叶片获得最大风能捕获以及恒定的运行速度，还能通过变频系统接口控制有功功率以及无功功率的自动调节，在与主控系统配合的情况下，控制叶片节距角，进而提高风力发电机组的灵活性。目前，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式中又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。究竟采用何种方式主要取决于制造厂家多年来形成的技术路线及传统。变频系统（变频器）：与主控制系统接口，和发电机、电网连接，直接承担着保证供电品质、提高功率因素，满足电网兼容性标准等重要作用。以目前市场普遍采用的华锐SL1500型风机为例，它的电控系统是基于双馈发电机、变速

5、恒频技术和桨距调节技术的目前世界上主流风机控制系统，技术成熟可靠。系统采用双馈异步发电机。定子侧经接触器直接并入电网，转子侧经IGBT变频器及断路器与电网连接。采用电动偏航系统，一台偏航变频器同步拖动4台偏航电机，提供偏航动力。采用IGBT变频器；采用高开关频率的IGBT模块以及优化的触发脉冲产生算法来实现可调的功率因数范围及更小的谐波畸变。滤波电容采用长寿命的薄片式电容。7变速恒频发电机组具有以下优点：双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价。变频器的容量仅为总机组容量的1/3左右。在最大输出功率时，1170kW的有功功率来自定子，350

6、kW的有功功率来自转子。因此，双馈异步发电机产生的谐波要比所有功率都经逆变器流入电网的同步电机或异步电机变速系统小得多；转差频率调节,调速范围为发电机同步转速的33.3％。降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率；功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.95，感性0.90；低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳；先进的双PWM变频器，实现四象限运行；变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。图1变速

7、恒频发电机组的结构示意2.2、我国风机控制系统发展现状产生的原因从我国目前的情况来看，风机控制系统的上述各个组成部分的自主配套规模还不尽如人意，之所以如此，原因主要有以下几点。2.2.1机控制系统本身的特殊性和复杂性7就风机控制系统本身的要求来看，确有它的特殊性和复杂性。从硬件来讲，风机控制系统随风机一起安装在接近自然的环境中，工作有较大振动、大范围的温度变化、强电磁干扰这样的复杂条件下，因此其硬件要求比一般系统要高得多。从软件来讲，风机要实现完全的自动控制，必须有一套与之相适应的完善的控制