变浆距风力发电机组的控制系统

变浆距风力发电机组的控制系统

【摘要】风能作为一种可再生能源受到全球越来越多的关注，本文就变桨距风力发电机组的控制系统进行了分析，发现采用新型控制系统后，保持了发电机功率的稳定输出，减少了风机不稳定功率对电网的影响。

【关键词】额定功率；变距控制；速度控制；功率控制

21世纪，风力发电机组的可靠性已经不是问题。与定桨距风力发电机组相比，变桨距风力发电机组具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。所以变桨距机组适合于额定风速以上风速较多的地区，这样发电量的提高比较明显。

1变桨距风力发电机组的控制系统

新型变桨距控制系统框图如图1所示。

在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A根据发电机转速反馈信号直接控制；发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。功率控制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并确定速度控制器B的速度给定。

2变距控制

变距控制系统是一个随动系统，其控制过程如图2所示。

变桨距控制器是一个非线性比例控制器，它可以补偿比例阀的死带和极限。变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号控制比例阀，驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角变化。活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。

3速度控制

变桨距风力发电机组的速度控制包括两个部分，即：速度控制A和B。

3.1速度控制A（发电机脱网状态）

转速控制系统A在风力发电机组进入待机状态或从待机状态重新起动时投入工作，在这些过程中通过对节距角的控制，转速以一定的变化率上升。控制器也用于在同步转速时的控制。当发电机转速在同步转速±10r/min内持续1s发电机将切入电网。发电机转速通过主轴上的感应传感器测量，每个周期信号被送到微处理器作进一步的处理，以产生新的控制信号。

3.2速度控制B（发电机并网状态）

发电机并入电网后，速度控制系统B起作用。速度控制系统B受发电机转速和风速的双重控制。在达到额定值前，速度给定值随功率给定值按比例增加。额定的速度给定值是1560r/min，相应的发电机转差率是4%。如果风速和功率输出一直低于额定值，发电机转差率将降低到2%，节距控制将根据风速调整到最佳状态，以优化叶尖速比。

如果风速高于额定值，发电机转速通过改变节距来跟踪相应的速度给定值。功率输出将稳定地保持在额定值上。在风速信号输入端没有低通滤波器，节距控制对瞬变风速并不响应。

与速度控制器A的结构相比，速度控制器B增加了速度非线性化环节。这一特性增加了小转差率时的增益，以便控制节距角加速趋于0。

4功率控制

为了有效地控制高速变化的风速引起的功率波动，新型的变桨距风力发电机组采用了RCC技术。通过对发电机转子电流的控制来迅速改变发电机转差率，

从而改变风轮转速，吸收由于瞬变风速引起的功率波动。

功率控制系统如图5所示。

该控制系统由功率伺服环（内环）和通过测量转速产生功率参考曲线（外环）两部分构成，称为双闭环控制。

外环，是转速控制环，使输出交流电频率控制在50Hz。

内环，也就是功率控制环，实际上是一个发电机转子电流控制环。转子电流控制器由快速数字式PI控制器和一个等效变阻器构成。它根据给定的电流值，通过改变转子电路的电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差率能够从1%到10%变化（1515～1650r/min），相应的转子平均电阻从0到100%变化。当功率变化时，PI控制器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值。如果从主控制器传出的电流给定值是恒定的，它将保持转子电流恒定的，从而使功率输出保持不变。与此同时，发电机转差率却在作相应的调整以平衡输入功率的变化。如图6所示。

转子电流控制器的动作时间在毫秒级以下，变桨距机构的动作以秒计，因此在短暂的风速变化时，仅仅依靠转子电流控制器的控制作用就可保持发电机功率的稳定输出，减少对电网的不良影响；同时也可降低变桨距机构的动作频率，延长变桨距机构的使用寿命。

5结论

对风力发电机组的控制系统进行了分解和分析，对变浆控制、速度控制和功率控制分别进行了简单研究，发现采用新型控制系统后，保持了发电机功率的稳定输出，减少了风机不稳定功率对电网的影响，（下转第262页）（上接第236页）降低变桨距机构的动作频率，延长了变桨距机构的使用寿命。

【参考文献】

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