风力发电机组控制系统
风力发电机组的控制系统
04
风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
谢谢观看
偏航控制
01
偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
03
常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
03
02
桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组的控制系统设计与仿真
风力发电机组的控制系统设计与仿真一、引言风力发电作为可再生能源的一种重要形式，受到越来越多国家和地区的广泛关注和重视。
风力发电机组的控制系统对于提高发电效率和确保机组安全稳定运行具有至关重要的作用。
本文旨在介绍风力发电机组的控制系统设计和仿真，并探讨其在风力发电行业中的重要性和应用前景。
二、控制系统设计1. 控制系统架构风力发电机组的控制系统通常包括主控制器、传感器、执行器和通信模块等组成部分。
其中，主控制器负责整个系统的运行控制和监测；传感器用于采集风速、转矩、温度等参数；执行器控制叶片角度、转速等；通信模块用于与外部网络进行数据交互。
2. 控制策略风力发电机组的控制策略包括风轮转速控制、叶片角度控制和电网连接控制等。
其中，风轮转速控制可以通过调整叶片角度和变桨控制实现，以优化风轮在不同风速下的转速；叶片角度控制可以根据风速和转速等参数进行自适应调整，以达到最佳发电性能；电网连接控制包括对电力系统的稳定性和功率因数等进行监测和调整。
3. 仿真模型设计为了对风力发电机组的控制系统进行仿真验证，需要建立相应的仿真模型。
仿真模型应包括风速、转速、叶片角度和发电功率等参数，并结合风场条件和机组特性进行模拟。
在仿真过程中，可以通过改变参数和策略，评估不同控制系统设计对机组性能的影响，并找出最优解。
三、仿真应用与优化1. 性能评估通过仿真模型，可以对不同控制系统设计的风力发电机组进行性能评估。
包括发电效率、稳定性和可靠性等方面的指标。
根据评估结果，可以对控制系统进行优化设计，提高发电机组的整体性能。
2. 变桨控制优化变桨控制是风力发电机组中的重要环节，直接影响着叶片的角度和风轮的转速。
通过仿真模型，可以对不同变桨控制策略进行比较和优化。
例如，调整叶片角度的时机和角度范围，以提高风力发电机组的发电效率和稳定性。
3. 智能优化算法应用利用智能优化算法，可以对风力发电机组的控制系统进行优化设计。
例如，遗传算法、模糊控制和人工神经网络等算法可以结合仿真模型，寻求最佳的控制策略和参数配置，以提高机组的发电效率和适应性。
风力发电机组控制系统
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：切入风速到额定风速区域。
控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。
•第三：超过额定风速区域。
通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。
叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。
风力发电机电气控制系统
电气控制系统电气控制系统的作用是确保风力机运行过程的安全性和可靠性，提高机组的运行效率和发电供电质量。
离网型风力发电机组电气控制系统分为直流和交流系统。
直流系统是由风力机驱动直流发电机、经过调压限流器向蓄电池充电及向电阻性负载供电。
交流系统包括交流发电机、整流装置、控制器、分流卸载电阻箱、蓄电池组、逆变器和负载。
它是一个由交流发电机经整流装置整流后向蓄电池充电及向电阻性负载供电，还可以在蓄电池之后连接逆变器向交流负载供电的交直流供电系统。
发电机按类型分为同步和异步发电机；励磁和永磁发电机；直流和交流发电机。
按运行方式又分为内转子和外转子。
现有国产离网型风力发电机多采用同步三相永磁式交流发电机，而且是直接驱动的低转速、内转子运行方式。
这种发电机为永磁体转子，无励磁电流损耗，它比同容量电励磁发电机效率高、重量轻、体积小、制造工艺简便、无输电滑环，运转时安全可靠，容易实现免维护运行。
它的缺点是电压调节性能差。
一种爪极无刷自励磁交流发电机，具备励磁电流自动调节功能。
在为独立运行的小型风力发电机配套时，可以有效的避免因风速变化，发电机转速变化而引起的端电压波动，使发电机的电压和电流输出保持平稳。
控制器功率容量几千瓦的离网型风电系统常配置简易的控制器。
它包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10kVA以下逆变电源。
逆变电源输出的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。
比较完善的控制器采用：PWM斩波整流，使电气控制系统具备了AC-DC/DC-AC 双向变换功能；（2）PWM升压型（Boost型）整流，弥补了永磁发电机在低风速、低转速时电压偏低的缺陷；（3）根据风力发电机的运行特性切入了最大功率跟踪技术（PTTP）；（4）向蓄电池智能充电功能；（5）通过改善输出的交流波形，大幅提高风力发电系统的运行效率和年发电量；（6）设置风速及风力机转速传感器并在风速和转速达到限定值时启动执行机构实施制动停机；（7）设置了状态显示和主参数通讯接口。
风力发电机组 控制系统及SCADA系统
自动运行控制要求
► 1、开机并网控制
当风速十分钟平均值在系统工作区域内，机 械刹车松开，叶片开始变桨，风力作用于风 轮旋转平面上，风机慢慢起动，当转速即将 升到发电机同步转速时，软启动装置使发电 机连入电网呈异步电动机状态，促使转速快 速升高，待软启动结束旁路接触器动作，机 组并入电网运行。
自动运行控制要求
► 伺服驱动单元 ► 紧急变桨蓄电池及监视单元 ► 紧急变桨模块 ► 超速保护继电器 ► 小型断路器,各种继电器及端子板 ► 各种按钮,指示灯及维护开关
轮毂控制柜功能
► 变桨及紧急收桨控制 ► 紧急收桨系统在线检测 ► 超速保护
► 轮毂速度检测
► 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制
► 轮毂温度监视
滑环装置
风机运行状态划分
► 运行状态
1）机械刹车松开 2）允许机组并网发电 3）偏航系统投入自动 4）变桨系统选择最佳工作状态 5）发电机出口开关闭合，若风速够大可以 发电，则大、小发电机的相应开关闭合
风机运行状态划分
► 停机状态
1）机械刹车松开 2）偏航系统停止工作 3）叶片收回至90°变桨系统停止工作 4）发电机出口开关闭合，其余开关均断开
机舱控制柜
► 机舱控制柜组成
1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块（本地PC维护接口） DIO AIO模块 2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等
机舱控制柜主要功能
► 手动/自动偏航控制包括液压刹车 ► 气象站数据检测（风速、风向、温度） ► 润滑系统控制
温度记录模块PTAI216
温度记录模块PTAI216有4路模拟输 入和12路PT100传感器输入 ► 单端或差分模拟输入信号 ► 可输入2线Pt100传感器 ► 分辨率14位（AI） / 12位（ Pt100 ） ► 取样时间2.5毫秒（AI） / 600毫秒 （ Pt100 ） ► 输入与系统电隔离 ► 断线监测投入 ► 监测外部电源电压
风力发电机组控制系统
风力发电机组控制系统一风电控制系统简述风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。
现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。
风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
风电控制系统的网络结构。
1、塔座控制站2、塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。
控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
3、控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
4、2、机舱控制站5、机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
风力发电机组控制系统设计与性能优化
风力发电机组控制系统设计与性能优化一、引言风力发电作为一种可再生能源，正逐渐成为全球能源结构调整中的重要组成部分。
风力发电机组控制系统作为风力发电系统中的核心部分，起到了控制和优化发电机组运行的重要作用。
本文将从风力发电机组控制系统的设计和性能优化两个方面进行探讨。
二、风力发电机组控制系统设计1. 系统结构设计在风力发电机组控制系统的设计中，需要首先确定系统的结构。
一般来说，风力发电机组控制系统由传感器、执行器、控制器和监控系统等多个组成部分构成。
在确定系统结构时需要考虑系统的稳定性、可靠性以及适应性。
2. 传感器选择与配置风力发电机组控制系统中的传感器起到了采集各种运行参数的作用，对系统的控制和优化至关重要。
传感器的选择和配置需要根据风力发电机组的实际情况进行考虑，包括风速传感器、转速传感器、温度传感器等。
在传感器的选择与配置中，需要考虑到其稳定性、精度以及可靠性等因素。
3. 控制算法设计风力发电机组控制系统的核心是控制算法的设计。
控制算法的设计需要考虑到风力发电机组的输出功率以及转速等关键参数。
常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和遗传算法等。
在控制算法设计中，需要考虑到系统的稳定性和响应速度等因素。
三、风力发电机组控制系统性能优化1. 功率曲线优化风力发电机组的输出功率与风速之间存在着复杂的非线性关系。
通过对风力发电机组的功率曲线进行优化，可以获得更高的发电效率。
在功率曲线优化中，可以通过调整控制算法参数、叶片角度以及系统的响应速度等因素来实现。
2. 风速跟踪与预测风速的变化对风力发电机组的发电效率有着重要影响。
通过对风速的跟踪与预测，可以实现对风力发电机组的控制和优化。
在风速跟踪与预测中，可以使用神经网络、模糊控制等方法进行建模和预测。
3. 故障诊断与容错控制风力发电机组在运行过程中可能会出现各种故障，如变桨系统故障、传感器故障等。
通过故障诊断与容错控制，可以有效提高系统的可靠性和稳定性。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
00风电机组控制系统介绍
00风电机组控制系统介绍风电机组控制系统是风力发电系统中的关键设备，主要负责监测和控制整个风电机组的运行。
它包括了多个子系统，如风速测量系统、风向测量系统、电力系统、机械系统等，这些系统协同工作，确保风电机组安全稳定地运行并发挥最大发电效率。
风电机组控制系统的核心是风机控制器（Wind Turbine Controller，简称WTC），它是整个系统的大脑，负责监控风力发电机组的运行状态，调节叶片角度、转速和发电机功率等参数，以实现最佳的发电性能。
WTC通常包括了多个模块，如数据采集模块、信号处理模块、控制算法模块、人机界面模块等，每个模块都扮演着关键的角色，确保整个系统的正常运行。
风速测量系统是风电机组控制系统中一个非常重要的子系统，它通过安装在风车塔顶端的风速传感器来监测周围的风速情况。
这些传感器通常是基于超声波或光学原理工作的，能够精确地测量风速并将数据传输给WTC。
WTC根据接收到的风速数据来调节叶片角度和转速，以确保风电机组在不同风速下都能够高效发电。
与风速测量系统类似，风向测量系统也是风电机组控制系统中的一个重要组成部分。
通过安装在风机塔顶端的风向传感器，它能够准确地测量周围的风向，帮助WTC判断风的来向并做出相应的调整。
在不同的风向下，WTC会调节叶片的角度和转速，以确保风电机组在不同风向下都能够稳定发电。
电力系统也是风电机组控制系统中的关键组成部分，它包括了发电机、变频器、电网连接器等设备。
WTC通过监测电网电压、频率等参数，来控制变频器的输出功率，确保风电机组与电网之间的功率平衡。
此外，电力系统还负责将风机生成的交流电转变为直流电，并通过逆变器将其转换为电网所需的交流电。
机械系统是风电机组控制系统中的另一个重要组成部分，它主要包括了叶片调节系统、转子系统、转速监测系统等。
WTC通过监测这些机械系统的运行状态，来调节叶片的角度和转速，确保风电机组的整体稳定性和可靠性。
叶片调节系统负责调节叶片的角度，以适应不同的风速和风向；转子系统则负责控制整个转子的运行，保证其在各种工况下都能够安全运行。
风力发电机控制系统介绍
风力发电机控制系统介绍风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。
这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。
第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。
上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。
当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。
这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。
目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。
后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。
PLC的控制顺序主控制系统（PLC）WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
风力发电机组的控制与安全系统技术要求
风力发电机组的控制与安全系统技术要求简介风力发电机组是一种利用风能转化为电能的设备，越来越多地被应用于能源领域。
为了保证风力发电机组的安全运行，需要进行控制和监管。
本文将介绍风力发电机组控制与安全系统的技术要求。
控制系统风力发电机组的控制系统是由控制器、传感器、执行机构等组成的，用于控制风力发电机的运行和维护。
控制器风力发电机组的控制器是核心部件，功率变换器、功率调整器、变桨器等都需要通过控制器来控制。
控制器需要支持各种常见的通讯协议，如Modbus、CAN等。
控制器需要具备以下技术要求：1.快速响应：控制器需要在短时间内响应并调节系统的状态，以保证发电机的安全运行。
2.稳定性：控制器需要能够保持在复杂多变的环境中的稳定性。
3.可靠性：控制器需要遵循良好的电路设计和质量控制标准，确保可靠性。
传感器风力发电机组的传感器用于检测风速、转速、温度等参数，为控制器提供可靠的反馈信息。
传感器需要具备以下技术要求：1.高效准确：传感器需要精确地检测各种参数。
2.可靠性：传感器需要具备较高的可靠性，以确保风力发电系统的正确工作。
执行机构风力发电机组的执行机构用于控制转子和叶片的角度，控制风力发电机的转速，从而确保风电机组能够按照预定要求工作。
执行机构需要具备以下技术要求：1.响应速度：执行机构需要具有较快的响应速度，以进行精密控制。
2.稳定性：执行机构需要能够保持在复杂多变的环境中的稳定性。
3.可靠性：执行机构需要遵循良好的电路设计和质量控制标准，确保可靠性。
安全系统风力发电机组的安全系统是通过对控制系统、电气设备、机械设备等的监测，实现风力发电机组的安全运行。
控制系统风电控制系统的安全要求主要包括以下几个方面：1.控制系统故障保护：确保控制器在故障情况下能够自动断电并防止发电机的持续运行。
2.防止电网反向流：避免电网中产生反向电流，对电气设备和控制器造成损害。
3.突发状况下的控制系统安全：应对发电机的速度和输出功率的变化，确保发电机及其附件的安全。
风力发电机组控制系统介绍
故障预警机制
建立故障预警机制，提前预测可能出现的故 障，避免意外停机带来的损失。
04 功能模块详解
偏航控制系统
风向标与传感器
实时监测风向变化，为偏航控制提供准确数据。
偏航电机与减速器
驱动机组偏航，确保风轮始终对准风向。
偏航轴承与润滑系统
风力发电机组控制系统介绍
目录
• 引言 • 控制系统组成与原理 • 关键技术与实现方法 • 功能模块详解 • 操作与维护管理 • 发展趋势与挑战
01 引言
背景与意义
能源危机与环境污染
风力发电技术的发展
随着化石能源的日益枯竭和环境污染 的加剧，可再生能源的开发利用成为 迫切需求。
随着风力发电技术的不断进步和成熟， 风力发电机组在电力系统中的比重逐 渐增加。
高风能利用率。
独立变桨控制
通过对每个叶片的独立变桨控制，减 少风力发电机组在复杂风况下的载荷 波动，提高稳定性。
安全保护控制
在极端天气或机组故障等情况下，及 时采取制动、停机等保护措施，确保 风力发电机组的安全运行。
03 关键技术与实现方法
传感器技术应用
风速风向传感器
用于实时监测风速和风向，为 控制系统提供输入信号。
01
02
03
智能化监测与诊断
利用先进传感器和算法， 对风力发电机组进行实时 监测和故障诊断，提高运 维效率。
智能化控制策略
基于大数据和人工智能技 术，优化风力发电机组的 控制策略，提高发电效率 和稳定性。
智能化运维管理
利用物联网和云计算技术， 实现风力发电机组的远程 监控和运维管理，降低运 维成本。
风力发电机组控制系统设计与仿真
风力发电机组控制系统设计与仿真一、引言风能作为一种可再生的清洁能源，受到越来越多的关注和应用。
风力发电机组是利用风能将其转化为电能的设备，而风力发电机组控制系统则是保证风力发电机组安全可靠运行的核心。
本文将介绍风力发电机组控制系统的设计与仿真，涵盖系统的功能、架构、控制策略和仿真实验等方面。
二、功能需求1. 风力发电机组控制系统的主要功能是对风力发电机组进行全面控制和监测，包括对风轮、发电机和变流器等的控制和保护。
2. 控制系统应能自动调节风轮转速和变桨角度，以确保最大化风能转化效率。
3. 控制系统应具备实时检测和响应的能力，能够对外部环境变化做出及时调整，并保证机组的安全运行。
4. 控制系统应能对发电机和变流器进行功率控制和电流保护，以确保电网的稳定性和可靠性。
三、系统架构设计1. 风力发电机组控制系统的架构主要分为三层：监控层、控制层和执行层。
2. 监控层负责对整个风力发电机组系统进行实时监测和数据采集，包括风速、转速、功率等参数的测量。
3. 控制层负责根据监控层的数据进行决策和控制策略制定，实现对风力发电机组的自动调节和保护。
4. 执行层负责根据控制层发出的指令对风轮和变桨系统进行控制，以及实现发电机和变流器的功率控制和保护。
四、控制策略设计1. 风力发电机组控制系统的控制策略需要考虑到外部环境和内部状态的变化，以实现最佳的风能转化效率和系统的安全运行。
2. 针对风速变化，控制系统应根据实时风速数据自动调整风轮的转速和变桨角度，使其始终处于最佳工作状态。
3. 控制系统应实施齐备的故障检测和识别算法，能够快速准确地判断风力发电机组是否存在故障，并采取相应的保护措施。
4. 控制系统应具备电网响应能力，能够根据电网需求调整发电机的功率输出，以保持电网的稳定性。
五、仿真实验1. 通过仿真实验可以验证风力发电机组控制系统的设计方案和控制策略的有效性。
2. 使用仿真软件建立风力发电机组的数学模型，并根据实际工作情况设置仿真参数。
风力发电机组控制系统及智能化设计
风力发电机组控制系统及智能化设计一、风力发电机组控制系统概述风力发电是一种清洁、可再生的能源，已经被广泛应用。
风力发电机组控制系统是核心的控制部分，负责监测和控制风力发电机组的运行状态，确保其安全、高效地发电。
智能化设计使得风力发电机组控制系统更加智能和可靠，提高了发电效率和自动化程度。
二、风力发电机组控制系统的基本组成1. 控制器：风力发电机组的大脑，负责整个系统的控制和保护。
通过监测传感器获取各类数据，实现对风电场的风能、发电机组和传动系统的控制。
2. 传感器：用于收集环境和机组运行状态的各类数据，包括风速、风向、温度、湿度、转速、振动等。
传感器的数据是风力发电机组控制系统的重要输入。
3. 执行器：通过控制风机的旋转、倾斜角度、刹车等动作，实现风电场的运行和调节。
执行器包括驱动电机、转向齿轮、刹车系统等。
4. 通信模块：将风力发电机组控制系统与监控中心、其他风力发电机组进行数据交互和通信。
实现对整个风电场的集中控制和管理。
5. 数据存储：通过数据存储设备将风电场的历史数据和实时数据进行存储，为后续数据分析和系统优化提供支持。
三、风力发电机组控制系统的主要功能1. 监测和控制环境参数：通过传感器监测风速、风向、温度等环境参数，根据环境条件调整风力发电机组的运行状态和输出功率。
2. 系统保护：风力发电机组控制系统具备故障自检能力，能够监测和检测各个部件的工作状态，实时发现故障并采取相应的保护措施，避免发生事故。
3. 提高发电效率：通过智能化算法，对风力发电机组的转速、发电功率进行优化调节，提高发电效率，降低能源消耗。
4. 远程监控和管理：借助通信模块，风力发电机组控制系统可以实现对风电场的集中监控和管理，实时获取各个机组的状态，进行远程操作和故障处理。
5. 故障诊断和维护：通过数据存储和分析，风力发电机组控制系统可以进行故障诊断，根据故障类型提出相应的维护方案，减少停机时间和维护成本。
四、风力发电机组控制系统的智能化设计1. 引入人工智能技术：通过机器学习和深度学习算法，对风力发电机组控制系统的数据进行分析和处理，自动识别和判断运行状态，提出优化建议。
风力发电机组控制系统设计与实现
风力发电机组控制系统设计与实现风力发电机组是一种常见的可再生能源装置，它是利用风能驱动转子旋转，通过机械转换和电气转换等过程，将风能转化为电能，并输送到用电设备上。
为了确保风力发电机组能够正常、高效的工作，需要一个控制系统来监测和控制其运行状态。
因此本文将详细探讨风力发电机组的控制系统设计与实现。
一、风力发电机组的工作原理风力发电机组主要由塔架、轮毂、叶轮、机舱、发电机和电器设备等组成。
其工作原理是通过叶轮转动带动轮毂带动发电机旋转，利用发电机机械能转化为电能，并将电能输送到电网上。
二、风力发电机组控制系统的组成风力发电机组的控制系统主要由控制器、传感器、执行器等组成。
控制器负责采集各种传感器检测到的参数，如风速、转速、温度等，根据这些参数计算出当前的运行状态，并控制执行器调整叶片角度、转速等。
传感器是控制系统的重要组成部分。
它能够实时采集风速、转速、温度等各种参数，并且通过信号传输将这些参数传递给控制器，控制器依据这些参数做出相应的调节，以达到最优化的发电效果。
执行器是控制系统的另外一个重要组成部分，它通常包括电机、阀门、开关等等。
执行器与控制器通过控制信号进行通讯，以实现对发电机组的控制，例如调整叶片角度、控制发电机的电压、转速等等，以保持风力发电机组的稳定性和高效性。
三、风力发电机组控制系统的设计过程在风力发电机组控制系统的设计过程中，需要考虑几个关键因素：1、控制策略的制定控制策略是控制系统设计中最重要的因素之一。
控制策略的核心是确定发电机组的运行状态，并自动调整叶片角度、转速等参数，以实现最佳发电效果。
在制定控制策略时，需要考虑多种参数，如风速、载荷、温度等，以保证发电量和稳定性。
2、选择合适的传感器和执行器传感器和执行器是控制系统中必不可少的组成部分。
要选择合适的传感器和执行器，以保证控制系统的准确性和可靠性。
3、结构设计在结构设计中，需要考虑特定的环境条件，如温度、湿度、风速等，以保证控制器和电器设备的稳定性和可靠性。
风力发电机组的系统控制
风力发电机组的系统控制随着环境保护意识的不断提高和能源危机的加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式，逐渐受到人们的关注和推广。
而风力发电机组的系统控制是实现稳定、高效发电的重要保障。
一、风力发电机组的系统组成和工作原理风力发电机组由风轮、转速控制系统、发电机和电力转换器等组成。
当风轮受风的作用旋转时，转动产生动能被传给发电机，经过电力转换器转化成交流电并输出。
其中，转速控制系统对风轮的转动进行调节，保证发电机在最大效率下运转。
二、风力发电机组的系统控制策略1.转速调节：转速调节是风力发电机组的基本控制策略。
其目的是保证风轮叶片旋转的速度达到最优区间，从而提高发电机的输出功率。
转速调节主要分为机械、电子和混合控制等方式。
机械控制：传统的机械控制方式采用转向浆的机械设计，通过改变羽片的角度来控制风轮转速。
该方式简单、成本低但稳定性不够。
电子控制：通过控制发电机转子上的磁场来改变发电机的输出功率，进而实现转速控制。
该方式精度高、稳定性好但成本较高。
混合控制：将机械和电子控制方式的优点结合起来，增强控制系统的稳定性和可靠性。
混合控制方式是当前主流的转速调节方式。
2.偏航控制：偏航控制是风力发电机组的必要控制策略，用来控制风轮的方向。
在复杂的气象条件下，通过偏航控制将风轮转向风向，并在突发的气象变化中及时调整风轮方向，减小因系统失控导致的风力发电机组运行出现事故。
3.电网支撑和功率平衡控制：电网支撑和功率平衡控制是指将风力发电机组的输出能量与电网负荷之间建立反馈控制，保证电能质量和电力系统的稳定性。
在市场化环境，对接电网的风力发电机组还需要实现功率平衡控制，控制机组的风电功率与基础负荷之和保持稳定。
三、风力发电机组的系统控制优化随着风力发电行业的快速发展，风力发电机组的系统控制的优化已成为实现高效、稳定发电的重要途径。
通过优化转速调节、偏航控制、电网支撑和功率平衡控制等关键系统控制策略，可以实现以下目标：1.提高机组发电效率，降低运行成本；2.提高机组的响应速度，保证风场运行的稳定性；3.实现对风力资源与市场需求的动态调整，提高风力发电系统的灵活性；4.通过风力发电机组的智能化控制系统，实现设备状态监测、故障诊断等高端需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
风力发电机组控制系统
风力发电机组控制系统功能研究
风力发电机组控制系统简介
风力发电机组由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，其相当于风电系统的神经。
因此控制系统的质量直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全性。
自热风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对封以及运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。
同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程控制，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求。
与一般的工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。
他不仅要监视电网、风况和机组运行参，对机组进行控制。
而且还要根据风速和风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率。
控制系统的组成
风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。
因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。
目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。
对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。
风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。
控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最
大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同。
控制系统结构示意图如图2-1所示：
图2-1 控制系统结构示意图
控制系统的类型 对于不同类型的风力发电机，控制单元会有所不同，但主要是因为发电机的结构或类型不同而使得控制方法不同案。
变
距系统 制动系统 液压系统
双馈发电机
双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三根电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交一交变频器或交一直一交变频器供以低频电流。
图2-2 双馈风力发电机组结构示意图双馈电机励磁可调量有三个：一是可以调节励磁电流的幅值；二是可以改变励磁电流的频率；三是可以改变励磁电流的相位．通过改变励磁频率，可调节转速．这样在负荷突然变化时，迅速改变电机的转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电网的扰动远比常规电机小。
另外，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，来调节有功功率和无功功率。
双馈电机控制系统通过变频器控制器对逆变电路小功率器件的控制，可以改变双馈发电机转子励磁电流的幅值。
频率及相位角，达到调节其转速、有功功率和无功功率的目的。
既提高了机组的效率，又对电网起到稳频、稳压的作用。
下图是双馈电机控制简要框图。
图2-3 双馈风力发电机组控制系统示意
图
整个控制系统可分为：转速调整单元、有功功率调整单元和电压调整单元（无功功率调整）。
它们分别接受风速和转速。
有功功率、无功功率指令，并产生一个综合信号，送给励磁控制装置，改变励磁电流的幅值。
频率与相位角，以满足系统的要求。
由于双馈电机既可调节有功功率；又可调节无功功率，有风时，机组并网发电；无风时，也可作抑制电网频率和电压波动的补偿装置。
双馈电机应用于风力发电中，可以解决风力机转速不可调。
机组效率低等问题。
同时，由于双馈电机对无功功率。
有功功率均可调，对电网可起到稳压。
稳频的作用，提高了发电质量。
与同步机交一直一交系统相比，它还具有变频装置容量小（一般为发电机额定容量的10％～20％左右）、重量轻的优点。
但这种结构也还存在一些问题，如控制电路复杂一些，不同的控制方法效果有一定差异。
另外该结构比其他结构更容易受到电网故障的影响。
目前国内有多家开发成功双馈电机控制系统，如兰州电机有限责任公司与清华大学、沈阳工业大学合作研制的兆瓦级变速恒频双馈异步风力发电系统控制设备，采用全数字化矢量控制方法。
中科院电工研究所研制的兆瓦级变速恒频风电机组电控系统，该系统采用IGBT技术、双PWM双向可逆变流控制。
永磁直驱同步发电机
永磁直驱同步发电机系统结构图如图2-4所示。
图2-4 永磁直驱风力发电机组结构图由变浆距风轮机直接驱动永磁同步发电机，省去了增速用齿轮箱。
发电机输出先经整流器变为直流，再经IGBT（绝缘栅双极晶体管）逆变器将电能送到电网。
对风力发电机工作点的控制是通过控制逆变器送到电网的电流实现对直流环节电压的控制，从而控制风轮机的转速。
发电机发出电能的频率、电压、电功率都是随着风速的变化而变化的，这
样有利于最大限度地利用风能资源，而恒频恒压并网的任务则由整流逆变系统系统完成。
永磁直驱同步发电机系统存在的缺点是：对永磁材料的性能稳定性要求高，电机重量增加。
另外，IGBT逆变器的容量较大，一般要选发电机额定功率的120％以上。
发电机控制系统除了控制发电机“获取最大能量”外，还要使发电机向电网提供高品质的电能。
因此要求发电机控制系统：
①尽可能产生较低的谐波电流；
②能够控制功率因数；
③使发电机输出电压适应电网电压的变化；
④向电网提供稳定的功率。
目前国内外兆瓦级以上技术较先进的、有发展前景的风力发电机组主要是双馈型风力发电机组和永磁直驱风力发电机组，二者各有优缺点。
单从控制系统本身来讲，永磁直驱风力发电机组控制回路少，控制简单，但要求逆变器容量大。
而双馈型风力发电机组控制回路多，控制复杂些，但控制灵活，尤其是对有功、无功的控制，而且逆变器容量小得多。
风力发电机组控制系统的目标
风力发电机组是利用风轮系统实现了从风能到机械能的能量转换，再利用发发电机和控制系统实现了从机械能到电能的转换过程，在空阿里风力发电机组控制系统的控制目标时，必须结合他们的运行方式和工作特点。
风力发电控制系统的基本目标就是保证风力机发电机组安全可靠运行，获取最大风能，并提供良好的电力保证。
（1）控制系统应保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压稳定的交流电送人电网。
（2）控制系统曹勇计算机控制技术实现对风力发电机组的运行参数、工作状态进行监控、显示以及故障处理。
（3）利用计算机智能控制技术实现机组的功率优化控制。
对定桨距恒速风保证冲击电流小于额定电流。
力发电机组，主要是进行软切入、软切出及功率
因数补偿控制；对变桨距变速风力发电机组，主要是进行最佳尖速比和额定风速以上的恒功率控制
（4）在大于起动风速并且转速达到并网转速的条件下，风力发电机组能自动起动、软切入自动并网，。