2014年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组工程设计文件

2014年西门子杯

全国大学生工业自动化挑战赛

工程设计文件

工程应用型赛项

高校组

参赛队伍名称：XXXXXXXX

参赛学校名称：XXXXXXXX

年月日

一、方案设计依据、范围及相关标准

二、系统分析（包括甲方需求分析、对象特性分析、系统安全分析等）

三、控制系统设计（包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择，开机、停机等控制逻辑以流程图表达）

一、控制逻辑流程图

二、控制回路

三、控制算法的选择

双馈机组风电场控制系统采用PI控制和HCC算法。

1、PI控制算法：

发电机并网时的变桨系统功率控制功率控制系统如下图所示，它由两个控制环组成

外环是功率控制环，根据发电机实际功率值调整发电机的电流设定值。内环是一个功率伺服环，它通过转子电流控制器对发电机转差率进行控制，使发电机功率跟踪功率给定值。如果功率低于额定功率值，这一控制环将通过改变转差率，进而改变桨叶桨距角，使风轮获得大功率。如果功率参考值是恒定的，电流参考值也是恒定的。

变滑差发电机主要控制与输出功率成正比的转子电流。控制器向转子电流控制器发送要求电流基准值，然后实际转子电流会与基准值比较进而做相应调整，使用IGBT 作为直流开关，用转子电流控制单元的外部转子电阻的PWM 可获得转子电流。切换频率接近3kHz，这使得平均外部电阻在0 到100%之间几乎连续可调，发电机的转差率相应地能够从0.6%（转子自身电阻）到10%（转子电阻为自身电阻与外接电阻之和）之间连续变化。当功率变化即转子电流变化时，PI 调节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，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。

2、HCC算法：

HCC 算法是一种人工智能算法，可用于寻找未知函数的极大值点。该算法最基本的思想是连续地对控制对象应用一系列规则、约束，同时检验自身的输出，确保输出逐步接近极大值。

如果利用HCC 算法寻找风力发电机组的输出功率极大值，根据偏航误差角与电机功率关系来控制偏航电机动作，可精确地实现偏航控制。功率检测HCC 算法涉及的变量有：最新周期检测的功率值Pnew；次新周期检测的功率值Pold；功率差值∆P=Pnew−Pold；允许的最大功率误差Pe1、Pe2；功率给定值Pmax；初始偏航误差角θe；P1、P2、P3、P4为不同偏航误差角时的电机功率；2 次功率测量之间风力机偏航的角度为α。设风速恒定，当风向发生改变时，风力机获取的功率变小。图 2 是HCC 算法控制过程示意。微控制器获得当前功率值Pnew=P1，并判断|Pnew−Pmax|与Pe1的大小。仅当|Pnew−Pmax|>Pe1时，开启偏航电机。偏航电机顺时钟方向转动(首次转动时固定一个方向，本文将其方向固定为顺时钟)。

四、控制系统选型与系统连接

二、系统连接

风电场的功率综合控制系统

风电场功率控制的目标是控制整个风电场输出的有功和无功功率,使风电场可以像常规发电厂一样承担频率!电压调节任务,减小对接入电网的影响"风电场控制系统的整体控制框图如图3.H所示"风电场控制系统是一个单独的控制单元,它负责接收系统调度指令,测量接入点PCC的电气量及风力发电机可以输出的功率,同时计算生成每个风力发电机组的控制信号"

风电场的有功控制策略

风电场的优化运行"电力系统的调频需要对系统有功功率平衡进行控制,调压需要对系统无功功率平衡进行控制"当系统频率降低时,需要增加系统内发电机组的有功输出或降低负荷需求;当系统电压降低时,需要增加系统内无功源(无功补偿设备)的无功输出或降低负荷需求"而风电场作为供电电源,具有特殊的一面"首先,风力作为可再生能源,具有节约能源!保护环境的优势,在正常运行时,我们希望能够尽可能的利用风能发电"然而风电场的功率输出依赖于风电场风速的变化,这就使风电场在系统要求增加出力的时候,达不到要求;或在正常运行时输出率突然降低"这给系统调度和稳定运行带来不利影响"随着国家大力倡导发展可再生能源,风电装机容量不断增加,作为电力系统要接纳大容量的风电,需要付出更多的代价(如更多的备用电源,更多的系统网损)"在国外,对大型风电场的功率控制已经在实际风电场中得到了应用"本节正是在此基础上,设计了风电场的实时控制方案,力求控制风电场在满足一定系统要求的同时使风电场优化运行"当系统频率低于额定频率,调度要求增加有功功率输出时,风电场由于受风影

响可能不能够增加输出,相反可能会因为风速降低而减小功率输出,但这些该在可以接受范内(随着储能技术的发展,风电场引入储能装置可能会满足该要求,目前已有有关研究)"然而,当统频率升高,需要减小有功功率输出时,调度在保证常规机组满足一定出力的同时,要求风电场减小出力时,这是风这是风电场应该能够完成的。

风电场控制系统的有功功率控制系统框图如图3.13所示"

不同类型的风力发电机组控制单元的组成有所不同，但发电机组多采用的控制系统结构如下图所示。

五、实施效果

六、经济效益分析