风力发电机：低于额定风速时的转速控制

《风力发电机：低于额定风速时的转速控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第四编!风力发电机的控制与供电质量技术#######################################第七章!低于额定风速时的转速控制额定风速以下是风力发电机组的运行可以不受功率限制的风速范围。在这一运行区域，风力发电机组控制系统的主要任务是通过对转速的控制来跟踪最佳"#曲线以获得最大能量。通常对转速的控制是通过对发电机转矩的控制来实现的。图$%&绘出了具有最佳"#值的转矩一转速曲线。图$%&!最佳转矩—转速特性有两种方法可以实现对最佳转矩一转速曲线的跟踪，第一种方法是根据转矩与转速的平方关系式来控

2、制发电机转矩(-’()*+#,!（$%&）(式中!’(———转矩期望值；*+#,———具有最佳"#值的比例系数。这一关系式比较容易实现，但风力机的转速不是被直接控制的，我们称之为“间接速度控制（./"）”。第二种方法是将任一给定时刻所需要的最佳发电机转速设置为风速的函数。这称为“直接速度控制（0/"）”。直接速度控制可以通过测量风速，然后从风力发电机组的功率特性推算出发电机所需的最佳速度。这种方法要求测量的风速与作用在桨叶上的风速有良好的关联性。但是，风速必须在到达桨叶之前就测出，而且风速在整个桨叶扫掠面积上是不

3、一致的，所以做到这点非常困难。为了实现直接速度控制策略，有一种可行的技术是运用转矩观测器来预测风力发电机组的机械传动转矩。发电机转速可根据下式进行设置：·1--·第四编,风力发电机的控制与供电质量技术########################################"$!。(!（)*+）!%&’((式中,!———发电机转速的期望值；#"———转矩的观测值（转矩观测值包含了对传动摩擦损耗的补偿项）。转矩观测器把风力发电机组当作风速仪，解决了对风速的测量问题。第一节,控制策略分析通常变速风力发电机组的控

4、制是按下式来设置发电机转矩的：(+#-!%&’(!*.!（)*/）式中,%&’(———最佳转速时的比例常数；.———系统的摩擦损耗。但在012策略中，我们按下式设置转速：#$!3-4!（)*5）%&’(式中,#$———驱动风力机的机械转矩；!3-4———转速控制系统的参考速度。图)*+6和)*+7分别是812和012策略的框图。由于风力机的转速控制实际上是一个跟踪问题，则对应最大能量捕获的转速值!&’(将作为系统的假定输入。!&’(和有效风速之间的关系可从式（)*9）的叶尖优化速比得到：图)*+,速度控制策略6）

5、间接速度控制策略,7）直接速度控制策略·:+/·第四编5风力发电机的控制与供电质量技术#######################################""#$%!!（&’(）#"#$当所控制的变速发电机得到转矩的反应时，产生电转矩的延时一般低于)*+,，与机械系统的时间常数相比，可认为是瞬态过程。这一假设简化了风力发电机组的模型，因为所有的电气状态参数都有快速动态特性，相对机械系统可被忽略。一、-./策略的小信号模型稳态时（即01)0+），风力发电机组的机械转矩可由下式计算：)301!$%/（0#，

6、&）%!2（&’4）2式中5%———桨叶半径；&———桨叶节距角；/0———转矩系数；#———叶尖速比；$———空气密度。根据式（&’4），气动转矩可以写成01!（6!，"，&）（&’&）在节距角固定时，01在运行点附近的小变化量可表示如下；(01(01’01!’!7’"（&’8）(!("速度控制环节的输入参考量0;+"9:6!<"#$式中假设了一个0+的理想观测值。在最佳运行点（!*，"*，0+*）附近，由0+变化所产生的"9:6变化可表示如下：("9:6)<"#$’"9:6!’0+!’0+（&’=）(0+2<

7、"#$!0+图&’3是一个带有理想转矩观测器的-./策略的模型。图&’35-./策略的线性化模型·42>·第四编!风力发电机的控制与供电质量技术#######################################!!图中"!"#$%&#’()。风力发电机组传动系统动态特性可通过以下一阶系统来描述：$*+$*+$!,-.")"#；")!#；"!,-.#（0123）$"$!$*/注意在图014及图015中，因为在感应滞后的频率响应中，%!的功率谱密度很低，因此假设")!%!不受感应滞后影响。同时还假设678

8、控制策略可以使风力机运行始终维持或接近于优化曲线。按照这些假设，优化范围内的函数8（,9）近似为一条直线，如图01:所示。图01:!桨叶8*（#）特性曲线从图01:中可得8（*#）#1/##;&#（0122）将式（0122）代入式（015），可得24<<*+#&’8（*#）$"#"（)1/##;&#）"（012<）<24式中，")#&’$。<将##$!%"代人式（012<