大型风电场及风电机组的控制系统设计方案毕业设计（论文）

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1、酒泉职业技术学院毕业设计（论文）10级风能与动力技术专业题目：大型风电场及风电机组的控制系统设计方案毕业时间：二O一三年六月13大型风电场及风电机组的控制系统设计方案摘要：风力发电技术的发展将带动大型风电场的建设。以大型风力发电机组组成的大型风电场，可为电网提供可再生的绿色能源，也可解决边远地区的能源供应紧张形势，大型风电场的运行管理己提上议事日程。目前，我国各大风电场在引进国外风力发电机组的同时，一般也都配有相应的监控系统。但各有自己的设计思路，致使风电场监控技术互不兼容。如果一个风电场中有多种机型的风电机组的话，就会给风电场的运行管理造成很大困难。因此，国家计委在“九五”科技攻关计划中实

2、施对大型风电机组进行攻关的同时，也把风电场的监控系统列入攻关计划，以期开发出适合我国风电场运行管理的监控系统。关键词：恒速恒频；双馈发电机；变桨距控制；无功补偿控制13目录一、风力发电机组的基本控制系统3（一）风电机组的软启动并网设计3（二）大小发电机的切换控制设计3（三）无功补偿控制设计（四）恒速恒频频与变速恒频机组的特点5二、风力发电机组的控制内容5（一）变桨距控制方式设计5（二）偏航与自动解缆控制设计6（三）停车控制设计6三、变速恒频发电机组的控制设计7（一）同步发电机交一直一交系统的控制设计7（二）双馈发电机的控制设计9四、大型风电场的计算机监控系统设计11（一）通讯方式设计11（二

3、）上、下位机通讯接口的设计12致谢14参考文献1513一、风力发电机组的基本控制系统（一）风电机组的软启动并网设计在风电机组启动时，控制系统对风速的变化情况进行不间断的检测，当10分钟平均风速大于起动风速时，控制风电机组作好切入电网的一切准备工作:松开机械刹车，收回叶尖阻尼板，风轮处于迎风方向。控制系统不间断地检测各传感器信号是否正常，如液压系统压力是否正常，风向是否偏离，电网参数是否正常等。如10分钟平均风速仍大于起动风速，则检测风轮是否已开始转动，并开启晶闸管限流软起动装置快速起动风轮机，并对起动电流进行控制，使其不超过最大限定值。异步风力发电机在起动时，由于其转速很小，切入电网时其转差

4、率很大，因而会产生相当于发电机额定电流的5～7倍的冲击电流，这个电流不仅对电网造成很大的冲击，也会影响风电机组的寿命。因此在风电机组并网过程中采取限流软起动技术，以控制起动电流。当发电机达到同步转速时电流骤然下降，控制器发出指令，将晶闸管旁路。晶闸管旁路后，限流软起动控制器自动复位，等待下一次起动信号。这个起动过程约40S左右，若超过这个时间，被认为是起动失败，发电机将被切出电网，控制器根据检测信号，确定机组是否重新起动。异步风电机组也可在起动时转速低于同步速时不并网，等接近或达到同步速时再切入电网，则可避免冲击电流，也可省掉晶闸管限流软启动器。（二）大小发电机的切换控制设计在风电机组运行过

5、程中，因风速的变化而引起发电机的输出功率发生变化时，控制系统应能根据发电机输出功率的变化对大小发电机进行自动切换，从而提高风电机组的效率。具体控制方法为:1.小发电机向大发电机的切换在小发电机并网发电期间，控制系统对其输出功率进行检测，若1秒钟内瞬时功率超过小发电机额定功率的20%，或2分钟内的平均功率大于某一定值时，则实现小发电机向大发电机的切换。切换过程为:首先切除补偿电容，然后小发电机脱网，等风轮自由转动到一定速度后，再实现大发电机的软并网;若在切换过程中风速突然变小，使风轮转速反而降低的情况下，应再将小发电机软并网，重新实现小发电机并网运行。132.大发电机向小发电机的切换检测大发电

6、机的输出功率，若2分钟内平均功率小于某一设定值（此值应小于小发电机的额定功率)时，或50S瞬时功率小于另一更小的设定值时，立即切换到小发电机运行。切换过程为:切除大发电机的补偿电容器，脱网，然后小发电机软并网，计时20S，测量小发电机的转速，若20S后未达到小发电机的同步转速，则停机，控制系统复位，重新起动。若20S内转速已达到小发电机旁路转速则旁路晶闸管软起动装置，再根据系统无功功率情况投入补偿电容器。（三）无功补偿控制设计由于异步发电机要从电网吸收无功功率，使风电机组的功率因数降低。并网运行的风力发电机组一般要求其功率因数达到0.99以上，所以必须用电容器组进行无功补偿。由于风速变化的随

7、机性，在达到额定功率前，发电机的输出功率大小是随机变化的，因此对补偿电容的投入与切除需要进行控制。在控制系统中设有四组容量不同的补偿电容，计算机根据输出无功功率的变化，控制补偿电容器分段投入或切除。保证在半功率点的功率因数达到0.99以上。（四）恒速恒频与变速恒频在风力发电中，当风力发电机组与电网并网时，要求风电的频率与电网的频率保持一致，即保持频率恒定。恒速恒频即在风力发电过程中，保持风车的转速（也即发电机