风力发电技术-第三章：双馈式变速变桨风电机组运行控制(T)

风力发电技术

华北电力大学电气与电子工程学院

刘其辉

第三章

双馈型变速变桨风力发电系统

运行控制

第三章：双馈型变速变桨风力发电系统

运行控制

纵览

⏹机组主结构及控制系统

⏹运行区域及控制目标

⏹励磁变换器结构及原理

⏹DFIG控制（机侧变换器控制）

⏹网侧变换器控制

⏹变桨机构及其控制

⏹偏航机构及其控制

⏹其他机构及控制、保护

第三章：双馈式变桨变速风电机组控制一.机组主结构及控制系统

机组主结构：主要的机电设备

控制系统：微机控制软、硬件

（一）机组主结构

风轮系统

传动链系统

发电机系统

偏航/解缆系统 刹车系统

辅助系统

机组主结构示意图

1. 风轮系统

●桨叶

●轮毂

●变距（桨矩）机构

2. 传动链系统

●低速轴

●齿轮箱

☐多级变速，变比较大（接近100）

☐采用行星齿轮和正（斜）齿轮实现多级变速☐润滑油冷却或加温机构

●高速轴

●联轴器

⏹通用标准型膜片联轴器

☐连接齿轮箱和发电机

☐补偿轴向、径向和角度偏

差

☐易于装拆维护

☐实现电绝缘

☐力矩限定

传动链系统布局

3. 发电机系统

●DFIG

☐发电机本体

☐冷却系统

☐保护系统

●励磁变流器

☐四象限运行能力、输入、输出特性优良☐设计容量为机组容量30％

☐IGBT器件，PWM调制技术

●并网机构

4.偏航/解缆系统

●偏航机构

☐风向标

☐偏航饲服电机（或液压马达）

☐减速装置

☐偏航液压制动器

☐偏航行星齿轮

●对风/解缆操作

☐根据风向标控制对风

☐计算机控制的自动解缆

☐纽缆开关控制的安全链动作报警及人工解缆

●偏航的作用

☐对风，获取最大发电量

☐减少斜风给机组带来的不平衡载荷

5.刹车系统

●机械抱闸刹车*

☐液压驱动和电气驱动

⏹通过制定卡钳和连轴器上制动盘配对实现，一般在气

动刹车后转速降低后采用

⏹安装位置：高速轴，低速轴

●气动刹车

☐变桨控制

变桨控制系统控制桨距角为90度

☐偏航控制

●电磁刹车

6.辅助系统

●塔架

●机舱罩

●机舱底盘

●变压器

●防雷系统及电气保护装置

●冷却系统

●发热部件

●液压系统

●齿轮箱

●发电机

●变频器

●冷却方式：空气冷却，液体冷却，混合冷却●其他部分

（二）控制系统

1. 概述

●与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综

合性控制系统。它不仅要监视电网风况和机组运行参数，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。

●比较普遍采用的是分布式控制系统。信号处理通常有两个

独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主控制器在地面控制室的开关柜内,从机设在机舱内。主控制器监控风轮

所有的运行状态。主控制器和从控制器间通过光纤达到可靠快速地交换信息。

2. 结构与功能

●结构

⏹硬件系统和软件系统

⏹主控制器和从控制器

●功能

⏹运行控制

◆变桨距控制、偏航控制、刹车控制、变流器（发电机）控制

◆本地控制与远程控制

⏹信号采集与监视

◆采集量：电压、电流、频率、功率、转速、油温、压力

◆本地监视与远程监视

3. 主从分布式控制系统

●主控制器（PLC, PID控制算法）

⏹变桨控制

⏹偏航控制

⏹制动控制

⏹参数监视与远程通讯

⏹系统级控制协调

主控制器实现案例

●从控制器（DSP，矢量动态控制算法）

⏹机侧变流器控制

⏹网侧变流器控制

第三章：双馈式变桨变速风电机组控制 从控制器实现案例

英国EU-ENERGY WIND公司SEG1250型风机变频器控制系统

二. 运行区域及控制目标

主要运行区域

各运行区域的控制目标

1.运行区域的划分

一般按照风速和机组运行特性分为五大运行区域：

●并网区

●MPPT区

●转速限制区（过渡区）

●功率限制区

●切出停机区

并网控制区域

转速控制区域 最大风能追踪区域

功率控制区域

不同运行区域的功率特性

λλλ

p C p C p C max p C max

p C max

p C （a）（b）（c）O O O (a)最大风能追踪区；(b)转速限制区域；(c)功率限制区域。

2. 不同运行区域的风能系数

德国AERODYN公司GD77/82(1.5MW)机组控制算法

三.励磁变换器结构及原理

DFIG转子励磁电源的要求 双PWM变流器的结构和特点