变速恒频风力发电系统控制方案综述_张广明
变速恒频风力发电自动控制系统的设计
变速恒频风力发电自动控制系统的设计叶金海【摘要】本设计简单介绍了变速恒频风力发电系统的自动控制,按照相关文献的介绍,首先阐述了变速恒频风电技术的优点,论述了当今变速恒频系统对风力发电有重要的促进作用.其次简单分析了变速恒频风机的工作原理,最后从控制角度分析了风力机的自动捕风原理,通过对其数学模型以及曲线的分析,了解其工作的基本步骤,以及如何实现自动捕风的过程.通过对上述内容的整理逐渐形成本篇论文设计.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2011(033)010【总页数】4页(P133-135,138)【关键词】变速恒频;数学模型;风力机;自动控制【作者】叶金海【作者单位】浙江绍兴文理学院元培学院,绍兴,312000【正文语种】中文【中图分类】TP273当今社会，能源短缺和环境污染问题影响着社会的可持续发展，可利用化石能源不能满足日益增长的电力需求，为此需要大力发展清洁能源，而风能作为清洁可再生能源，并且我国也就有丰富的风力资源，因此发展风力发电具有不容忽视的战略意义，同样有效利用风能发电是当今世界关注的焦点。
随着风力发电机组的容量变大，有效的提高发电机组的运行效率成为风能利用的潮流，对于此类要求，变速恒频自然成为不容忽视的手段。
太阳辐射到地表导致不同的温度差，进而形成风。
随着化石燃料的利用，风能也越来越引起人们的重视。
据相关估计，全球风能总量约为3亿兆瓦，，但是可以利用的风能约占总量的1%，相比于水电，这是非常巨大的能量储存。
对于我国来说，风能资源非常丰富，据不完全统计我国可以利用的风能资源在2.53亿千瓦，这相当于约1000座百万瓦量级发电站，因此风能作为清洁能源越来越受到世界各国的重视，基于风能发电的各项研究也相继展开。
我国风力发电起源于50年代末的布篷式风车，在80年代更是得到了迅速的起步发展。
例如80年代初，我国生产的10KW容量以下的风电机，大大解决了相关居民生活用电情况，对发展有很大的作用。
风力发电中的变速恒频技术综述
风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。
进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。
第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。
随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。
前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。
到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。
但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。
风力发电又进入迅速发展阶段。
先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。
2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。
我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。
2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。
图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点：（1）风力发电机单机容量稳步变大。
现在单机容量已达到兆瓦级；（2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。
目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术；（3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效；（4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。
这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。
2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。
简述变速恒频风力发电系统的控制策略
简述变速恒频风力发电系统的控制策略一、引言随着近年来可再生能源的发展，风力发电作为其中的一种重要形式，其技术也在不断地发展。
变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，其控制策略对于提高系统效率、保证系统安全运行至关重要。
二、变速恒频风力发电系统概述1. 变速恒频风力发电系统组成变速恒频风力发电系统主要由风机组、传动装置、变速器、功率转换装置、控制器等部分组成。
2. 变速恒频风力发电系统原理变速恒频风力发电系统通过控制叶片角度和转子转速来调节输出功率。
当风速较低时，通过调节叶片角度使得转子旋转较慢，从而保证输出功率稳定；当风速较高时，则通过调节变速器使得转子旋转更快，从而提高输出功率。
三、变速恒频风力发电系统控制策略1. 整体控制策略整体控制策略是指对整个变速恒频风力发电系统进行控制。
其中包括对于叶片角度、变速器及功率转换装置的控制。
整体控制策略可通过PID控制器进行实现。
2. 叶片角度控制策略叶片角度控制策略是指通过调节叶片角度来调节输出功率。
在低风速下，系统需要保持输出功率稳定，此时需要通过调节叶片角度来实现；在高风速下，系统需要提高输出功率，此时也需要通过调节叶片角度来实现。
3. 变速器控制策略变速器控制策略是指通过调节变速器来调节转子转速，从而提高输出功率。
在高风速下，系统需要提高输出功率，此时可以通过增加变速器齿轮比例来实现。
4. 功率转换装置控制策略功率转换装置控制策略是指通过调节功率转换装置的电压和频率来实现对于电网的连接。
当系统输出过多电能时，可以通过降低电网连接频率或者增加电网连接阻抗来减少电能输出。
四、总结变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，在其控制策略方面有着多种不同的方法。
整体控制策略、叶片角度控制策略、变速器控制策略和功率转换装置控制策略都是常用的控制方法。
在实际应用中，需要根据不同的情况进行选择，以保证系统稳定运行和高效输出。
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨前言随着能源危机的日益加剧，可再生能源逐渐成为人们关注的热点。
风能作为最具潜力的可再生能源之一，引起了众多研究人员的关注。
近年来，变速恒频双馈风力发电系统控制技术成为研究热点之一，具有广阔的应用前景。
本文将对变速恒频双馈风力发电系统控制技术进行探讨。
双馈发电机和变频控制双馈发电机是目前风力发电机中最常使用的一类发电机。
传统的风力发电系统采用异步发电机作为发电机，随着风速的改变，输出电压、频率和电流也会跟随变化。
而采用双馈发电机后，输出电压和频率能够稳定控制在一个合适的范围内。
变频控制技术是指通过调整发电机输出电压和频率，使其与电网的电压和频率同步，从而实现电能的输送。
传统的电力系统一般采用恒频输电，这种方式下，不同的发电机必须调整其转速，以达到跟电网同步的效果，导致效率低下。
而采用变频控制技术，可以根据需要调整发电机的转速，使其在不同的风速下都能保持较高的效率。
变速控制技术变速控制技术是指通过改变风力发电机的转速，使其在不同的风速下都能保持较高的效率。
传统的风力发电系统中，往往采用固定转速的方式，无法灵活地调整转速以适应不同的风速。
而采用变速控制技术，则可以在不同的风速下，调整发电机的转速，以保证其输出的电量和质量。
曲线控制曲线控制技术是指通过调整双馈发电机的转速和输出电压，使其输出的电量和质量符合电网的要求。
传统的控制方法是基于刚性控制，不能灵活地调整发电机的参数。
而曲线控制技术，则可以根据电网的要求，调整发电机的控制参数，以保证其稳定地、高效率地运行。
软件控制技术软件控制技术是指通过计算机程序控制风力发电系统的运行。
传统的控制方式大多采用硬件控制，控制方式复杂、扩展性不强。
而采用软件控制技术，则能够通过计算机程序实现控制功能，提高系统的自动化程度。
结语变速恒频双馈风力发电系统控制技术是风力发电的研究热点之一，具有广阔的应用前景。
本文通过介绍双馈发电机和变频控制、变速控制、曲线控制、软件控制技术等方面，对其进行了探讨。
简述变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统的控制策略1. 引言随着可再生能源的快速发展，风力发电在新能源领域扮演着重要的角色。
变速恒频风力发电系统是一种常见的风力发电技术，它采用变频器和传感器等设备来控制风机的运行。
本文将对变速恒频风力发电系统的控制策略进行全面、详细、完整和深入的探讨。
2. 变速恒频风力发电系统的基本原理变速恒频风力发电系统由风机、变频器、传感器和控制器等部分组成。
变速恒频风力发电系统的基本原理是将风机的机械能转化为电能，并通过变频器控制输出电压的频率和电压大小。
变速恒频风力发电系统的控制策略主要包括风机的启停控制、叶片角度调节、电网同步控制和功率控制等方面。
2.1 风机的启停控制风机的启停控制是变速恒频风力发电系统控制策略的关键。
当风力较小时，系统需要启动风机以利用可用的风力资源。
启动风机时，控制器会发送启动指令给变频器，将电机的转矩逐渐增加，使风机启动加速。
当风力达到一定的阈值后，控制器会发送恒频指令给变频器，使风机保持恒定的转速。
2.2 叶片角度调节变速恒频风力发电系统通过调节叶片角度来控制风机的输出功率。
当风力较大时，控制器会通过传感器获取风机旋转速度和风速等参数，然后根据预设的功率曲线计算出应该调整的叶片角度。
调整叶片角度可以控制风机的风能利用率，使其在不同风速条件下都能输出最佳功率。
2.3 电网同步控制电网同步控制是变速恒频风力发电系统将风机的电能输出与电网相连接的关键。
在将风机的电能输出给电网之前，控制器需要检测电网的频率和电压等参数，然后将风机的输出电压调整到与电网同步。
通过电网同步控制，变速恒频风力发电系统可以保持与电网的稳定连接，并将多余的电能输送给电网。
2.4 功率控制功率控制是变速恒频风力发电系统的关键功能之一。
通过控制风机的转速和叶片角度等参数，系统可以实现对风机输出功率的精确控制。
功率控制在应对电网需求变化、风力波动等情况下起到重要作用，可保持风机输出功率在合适范围内，确保系统的安全和稳定运行。
变速恒频风力发电自动控制系统的设计
变速恒频风力发电自动控制系统的设计摘要：变速恒频风力发电自动控制系统具有众多优点，它主要是由变速恒频风电技术实现的，同时，这项技术也促进了变速恒频风力发电的改革和优化，本文将通过对变速恒频风力发电自动控制系统的数据模型以及各项取现进行分析，对变速恒频风力发点自动控制系统进行系统的介绍，重点介绍该系统的工作原理和工作基本步骤，以及其自动捕风过程的如何实现。
关键字：变速恒频；风力发电自动控制；数学模型；捕风原理Abstract:speed constant frequency wind power automatic control system has many advantages, it main is by speed constant frequency wind electric technology achieved of, while, this items technology also promoting has speed constant frequency wind power of reform and optimization, this article will through on speed constant frequency wind power automatic control system of data model and the take now for analysis, on speed constant frequency wind made points automatic control system for system of describes, focus describes the system of work principle and work basic steps, and its automatically catching wind process of how achieved.Keywords: variable speed constant frequency; wind power automatic control; mathematical model; principles of catch the wind在当前环境问题下，能源短缺，环境污染严重，这要的环境情况不符合我国可持续发展的战略要求。
变速恒频风力发电技术综述
变速恒频风力发电技术综述摘要：随着世界经济的深入发展和国际工业化进程的加快，世界各国对能源的需求日益增加，能源消耗速度不断增长，煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。
为了缓解能源危机，人类越来越重视可再生能源的利用，而风能作为一种取之不尽、用之不竭、清洁无污染、具有大规模开发利用前景的能源，是可再生能源中最廉价、最具潜力的“绿色能源”。
风力发电是利用风能的一种有效形式，它通过风力发电机的旋转将风能转化为可以方便利用的电能。
利用风能发电由于其“环保节能”的特点，已经引起了许多国家的关注。
关键词：风力发电；风力机；变速恒频；发展趋势；风力发电正在以前所未有的速度发展,变速恒频风力发电是一门新技术。
介绍了风力发电机的组成和分类。
通过和恒速恒频风力发电机进行比较,分析了变速恒频风力发电技术的优点。
展望了风力发电的前景。
一、变速恒频风力发电技术的优点风力发电机主要由风力机、发电机和其他辅助部件组成。
大中型风力发电机组大多采用异步发电机,因为它制造简单,并网容易,励磁功率可直接从电网中获得。
风力机组主要有两种类型:定桨距失速型风力机和变桨距风力机。
定桨距失速型风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能,功率调节由风轮叶片来完成,对发电机的控制要求比较简单。
这种风力机的叶片结构复杂,成型工艺难度较大。
而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。
由于采用的是异步发电机,无论是定桨距还是变桨距风力发电机,并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定,异步发电机转子的转速变化范围很小,转差率一般为3%～5%,故属于恒速恒频风力发电机。
恒速恒频风力发电机的主要缺点有以下几点:一是风力机转速不能随风速而变,从而降低了对风能的利用率;二是当风速突变时,巨大的风能变化将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件,在这些部件上产生很大的机械应力;三是并网时可能产生较大的冲击电流。
变速恒频风力发电技术是目前国内外风力发电技术的最优化方案,这是20世纪70年代发展起来的一种新型发电方式,它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中,获得了一种全新的、高品质的电能获取方式。
变速恒频风力发电系统控制方案分析
制 方式来得到恒 定 的频率 。
风 能 与 风 速 的 三 次 方成 正 比 ， 当风 速 在 一 定 范 围 内 变 化 时 。若 允 许 风 力 机 作 变 速 运 行 ， 那 么 可 以 更 好 地 利 用 风 能 。 是 因 为风 力 机 的 风 能 利 用 系 数 Ｃ 在 某 一 确 定 的 风 轮 这 叶 尖 速 比 入下 达 到 最 大 值 ， 图 １ 示 。 速 恒 频 发 电 系 统 如 所 恒 的 风 力 机 由 于 只 能 固定 在 某 一 转 速 上 。 而 风 能 又 具 有 随 机
根 据 风 力 发 电过 程 中 发 电机 的 运 行 特 征 和 控 制 技 术 。
风 力 发 电 系 统 分 为 恒 速 恒 频 发 电 系 统 和 变 速 恒 频 发 电 系
究 较 多 的 变 速 恒 频 风 力 发 电 技 术 主 要 有 以下 几 种 ： １ 鼠茏 异 步发 电 系统 ． 系 统 如 图 ２所 示 ， 用 的 发 电机 为 笼 型 转 子 。 力 机 通 采 风
调 整 以及 环 境 保 护 将 起 到 重 要 作 用 。
变 速 恒 频 风 力 发 电是 近 年 来 发 展 起 来 的一 种 新 型 风 力 发 电 系 统 。 国 外 新 建 的 大 型 风 力 发 电 系 统 大 多 数 采 用 变 速
恒频 方式 。 目前 成 为 风 力 发 电 的 发 展 方 向 。 近年 来 世 界 上 研
维普资讯
＜ 陡 浇 饲 瓠 ）０７ ２０ 年第 ２ 期
工 程 科 技
变 速 恒 频 风 力 发 电系 统 控 制 方 案 分 析
倪 琳
合肥 ２００ ） ３ ０ ９ （ 肥工 业大 学 ， 徽 合 安
变速恒频风力发电系统运行与控制探讨
变速恒频风力发电系统运行与控制探讨作者：蒋聪迪来源：《电子技术与软件工程》2015年第21期摘要本文结合对变速恒频风力发电技术的介绍，提出了几种风力发电技术，对系统的运行和控制进行了分析，以期为相关从业人员提供理论研究依据。
【关键词】变速恒频风力发电运行控制在化石能源逐渐紧张的环境下，风能作为一种新型的可再生无污染的能源被充分开发出来。
大自然中的风能储量极为丰富，可以缓解当今社会能源的供应压力，在风能开发利用的过程中，风力发电技术的发展十分迅速。
根据风力发电过程中发电机组的运行特征和控制技术的不同，将风力发电系统分为变速恒频发电系统和恒速恒频发电系统，本文主要介绍变速恒频发电系统。
1 风力发电系统介绍1.1 发电系统分类风力发电机组主要有两种运行方式，即独立的供电运行系统和常规电网供电系统，其中常规电网供电系统以电网为主要电源，与电网并联运行。
从经济的角度考虑，并网风力发电是大规模利用风能最好的方式，在风里发电机组与电网并联的过程中，风力发电机组的运行频率需要与电网的频率相一致，即常说的恒频发电，在发电过程中，保持发电机组的转速不变，以求得到恒定的频率，这就是恒速恒频风力发电；若发电机组的转速可以根据风速的变化实现控制，以得到恒定的频率，这就是变速恒频风力发电。
1.2 变速恒频风力发电系统其中风力发电机组的功率系数CP是叶尖速比S与桨叶节距角d的函数，S=wmR/v，其中wm是风力发电机机械角的速度，R是风轮半径。
风能与风速的三次方呈正比，在实际应用中，风速在一定范围类变化，如果一定程度上允许风力机作变速运行，将可以实现风能的最大化利用。
从理论上面分析，风力机的风能利用系数CP随着叶尖速比S的变化而变化，在风能利用系数不断变化的过程中，必定有一个时间点的叶尖速比S使得风能利用系数CP最大，二者的变化图象如图1所示。
图1中横坐标表示叶尖速比S，纵坐标表示风能利用系数CP。
对于恒速恒频风力发电系统的风力机而言，它只能固定在某一转速上，但是自然界的风能具有较大的随机性和爆发性，风速也不可能固定不变，在风速发生变化的过程中，风力机必定偏移设定的最佳速度，显然风能利用系数CP不能维持在最佳值，所以必定导致风力资源的浪费，很大程度上降低发电效率。
变速恒频风力发电系统运行与控制研究
变速恒频风力发电系统运行与控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
变速恒频风力发电系统作为风力发电的一种重要形式，其运行与控制策略的研究对于提高风力发电的效率和稳定性具有重要意义。
本文旨在深入研究变速恒频风力发电系统的运行与控制技术，探讨其在实际应用中的性能表现和优化策略。
文章首先介绍了变速恒频风力发电系统的基本原理和组成结构，包括风力发电机组、变速恒频控制器、并网逆变器等关键部分。
然后，文章重点分析了变速恒频风力发电系统的运行特性，包括风速变化对系统运行的影响、最大功率跟踪策略的实现等。
在控制策略方面，文章详细探讨了变速恒频风力发电系统的控制技术，包括变速恒频控制、最大功率跟踪控制、并网控制等。
文章还分析了现有控制策略的优缺点，并在此基础上提出了一种优化的控制策略，以提高系统的运行效率和稳定性。
文章通过仿真实验和现场测试验证了所提控制策略的有效性和可行性，为变速恒频风力发电系统的实际应用提供了理论支持和技术指导。
本文的研究对于推动风力发电技术的发展，提高风力发电系统的运行效率和稳定性具有重要意义。
二、变速恒频风力发电系统基本原理变速恒频风力发电系统（Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation System, VSCF-WPGS）是一种新型的风力发电技术，其核心在于通过变速运行的风力发电机组，实现电网频率的恒定输出。
这一系统相较于传统的恒速恒频风力发电系统，具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。
VSCF-WPGS的基本原理主要基于风力机、发电机以及控制系统的相互作用。
风力机通过风轮捕获风能，并将其转换为机械能。
由于风速的自然变化，风轮的转速也会相应变化，这就是所谓的“变速”特性。
接着，这种变化的机械能传递给发电机，通过电磁转换过程，将机械能进一步转换为电能。
1[1].5MW变速恒频控制技术
![1[1].5MW变速恒频控制技术](https://img.taocdn.com/s3/m/9653f822a21614791711289b.png)
一． 交流励磁发电机变速恒频运行原理1.风力机最大风能捕获运行机理风力是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源，但又是一种具有随机性﹑爆发性﹑不稳定性特征的动力源，因而存在一个如何使用风力机实现风能的高效采集﹑高效利用的问题。
由空气动力学原理，通过叶轮旋转面的风能只能被风力机吸收一部分，可用风能利用系数C p 来描述： C p =P m / P w （Ⅰ—1）其中：P m 为风力机吸收且输出的机械功率；P w 为通过浆叶输入风力机的功率。
故系数C p 反映了风力机吸收利用风能的效率。
风力机的风能利用系数C p 与风力机的一个重要运行参数叶尖速比λ密切相关，如图Ⅰ—1所示。
叶尖速比即叶轮的叶尖线速度与风速之比，即λ=R Ω/V=R2πn/(60V) （Ⅰ—2）式中R 为叶轮的半径，Ω为叶轮旋转的角速度，n 为叶轮的转速，V 为风速。
风力机的风能利用系数C p 与叶尖速比密切相关，风能利用系数与叶尖速比的关系曲线如图Ⅰ—1所示。
从图中可以看出只有在一个特定的叶尖速比λm 下，风能利用系数才能达最大值C pmax ，即获得最大风能利用（捕获）。
风力机从风能中吸收的功率，即风力机的输出功率为：p m C SV P 321ρ= （Ⅰ—3） 式中ρ为空气密度，S 为风力机叶轮的扫掠面积， V 为风速。
对于一个确定的风力机，从不同的风速和转速查得对应的C p 值，计算出不同风速下的输出功率，获得不同风速下风力机输出功率和风力机轴转速之间的关系曲线，如图Ⅰ—2所示。
可以看出，不同风速下风力机输出机械功率随叶轮转速而变化，每一个风速下存在一个最大输出功率点P max ，对应于图Ⅰ—1的最大风能利用系数C pmax 。
将各个风速下的最大功率点连接成线，即可得到最佳功率曲线P opt ，运行在这条曲线上，风力机将会获得最大风能捕获，有最大功率输出P max式中n 为风力机轴转速，ωm 为风力机机械角速度。
由此可见，实现最大风能捕获的关键是控制风力机转速。
变速恒频风力发电系统控制方案综述
∞ ＝ ２￣ｎ ６ ｒ／ ０
Ａ ＝ ＝
（） ２ （） ３
式 中 ：—— 空 气密 度 ； ｐ
ｃ ｎｒｌｓｒｔｇ ｓａ ａｙ ｅ ｙ ｃ ｍｐ ｒ ｇ ｗｉ ｏ ｓａ ｔｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｔｎ ｒｑ ｅ ｃ （ Ｓ Ｆ） ｃｎｒｌｓ ａｅ ，ｔｅ ｏ ｔ ｔ ｅ ｗａ ｎ ｌｚｄ ｂ ｏ ａｉ ｔ ｃ ｎ ｔｎ ｐ ｅ ｏ ｓａ ｔｆ ｕ ｎ ｙ Ｃ Ｃ ｏ ａｙ ｎ ｈ ｅ ｏ ｔ ｔ ｔｇ ｏ ｒ ｌ ｓ ａｉ ｌ ｓ ｅ ｄ ｃｎ ｔ ｔ ｒｑ ｅ ｃ Ｖ Ｃ ）ｃ ｎｒ ｔ ｔ ｙ ｈ ｄ ａ ｔ ｅ ｆ Ｓ Ｆ ｒ ｎ ｒｔ ｙｔ ｈ ｕｄｕ ｅｖ ｒ ｂｅ ｐ ｅ ｏ ｓ ｎ ｅ ｕ ｎ ｙ（ Ｓ Ｆ ｏ ｔ ｌ ｒ ｅ ．Ｔ ｅａ ｖ ｎａ ｓｏ Ｖ Ｃ ｇ ｒ ｅ ａ ａ ｆ ｏｓａ ｇ ｇ
摘 要 ：为满足风力发 电机组并 网运行 的要求 ， 风力发 电系统应 采用变速恒频控制策略 。通过 与恒速恒 频控制策略进行 比较 ， 分析 了变速恒频控制 策略的优点 。详细 阐述 了国内外 主要 的变速恒频 风力发电系统方 案： 笼型异步发电机 、 流励 磁双馈发 电机 、 交 无刷 双馈发 电机 、 直驱式 永磁 同步发 电机 。最后 对风力发 电机 的
屯 札 再拄 制 应 用 ２ １ ，９（ ） ０ ２３ ３
新能源与风 力发电 Ｅ Ａ ＭＣ
变 速 恒 频 风 力 发 电 系统 控 制 方 案 综 述 木
张广 明 ， 吴 煜琪 ， 梅 磊 ， 季 文娟 （ 南京 工业 大 学 自动 化 与 电气 工程 学院 ，江苏 南京 ２ ８ １ １ １ ６）
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ａｊ ｇ２ １ ， ｈｎ ） ｅｈ ｏｏ ，Ｎ ｎｉ １８ ６ Ｃ ｉａ ｇ ｎ １
风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计的开题报告
风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计的开题报告一、研究背景和意义随着全球对可再生能源的需求日益增加，风力发电作为一种具有广泛应用前景的清洁能源，其发展也日益迅速。
然而，由于风力发电的可变性，使得其发电机组输出功率和频率存在波动，这对于电网的安全稳定运行构成了一定的威胁。
因此，风力发电机组需要一个能够有效控制其输出功率和频率的控制器。
目前，风力发电机组的控制器主要有两种:变速恒频控制器和直驱控制器。
其中，变速恒频控制器由于其良好的稳定性和控制精度，成为了最受欢迎的一种控制方式。
它通过自适应控制算法控制风力发电机叶片的转速和角度，并将输出电压和频率调整到恒定值，从而实现了对风力发电机组的控制。
因此，本文旨在探索风力发电机系统变速恒频控制器的研究与设计，以提高风力发电的可靠性和稳定性，促进风力发电的发展和应用。
二、研究内容和目标本文研究内容包括以下两个方面：1.风力发电机系统的控制策略研究。
通过对风力发电机组的控制策略进行深入研究，探讨其变速恒频控制的原理和方法，为系统的稳定运行提供有效的控制手段。
2.风力发电机系统变速恒频控制器的设计与实现。
基于研究的控制策略，设计并实现风力发电机系统的变速恒频控制器，提高风力发电机组的稳定性和可靠性，使其能够更好地适应市场需求。
三、研究方法和步骤本文的研究方法主要包括文献调研、理论分析、仿真验证和实验验证等。
具体步骤如下：1.通过文献调研、市场调查等方式，深入了解风力发电系统的基本原理和现状，掌握系统变速恒频控制的主要思路和方法。
2.在理论分析的基础上，采用MATLAB等仿真工具进行系统仿真，以验证变速恒频控制器的控制效果和稳定性。
3.配合实验基地现场实验，进行实验验证和数据分析，验证变速恒频控制器在现实环境下的控制效果和稳定性，对系统进行优化。
4.总结控制器设计和实验结果，进一步验证本文研究的有效性和可行性，为风力发电系统的变频恒频控制提供技术参考和实践指导。
变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统是一种新型的风力发电技术，能够有效地利用风能，提高发电效率。
其控制策略是保证变速恒频风力发电系统正常运行的关键。
变速恒频风力发电系统的控制策略包括以下两个方面：
1. 风力机的控制：
在变速恒频风力发电系统中，风力机是关键的设备之一。
为了提高风能利用率，需要对风力机进行控制。
通常采用最大功率追踪控制策略，即通过调节风力机的桨叶角度或变桨距来使风力机能够跟随风速的变化，并在最大程度上输出功率。
同时，还需要考虑风力机的转速和扭矩的控制，以保证其正常运行。
2. 发电机的控制：
在变速恒频风力发电系统中，发电机的控制也是非常重要的。
为了实现恒频控制，通常采用电力电子变换器来调节发电机的输出频率。
同时，还需要对发电机的转子速度和电磁功率进行控制，以保证其输出功率的稳定性和安全性。
在实际应用中，变速恒频风力发电系统的控制策略还需要考虑各种因素，如电网的稳定性、发电机的容量和型号、风力机的参数和运行状态等。
因此，需要采取综合的控制策略，以确保变速恒频风力发电系统能够高效、稳定和安全地运行。
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨一、引言风力发电系统是一种可再生能源装置，其性质使其成为替代传统能源源的一个重要选择。
风力发电系统使用叶片接收风能，驱动发电机产生电力，为环境保护和可持续发展做出了积极贡献。
然而，由于风资源的不稳定性和不可预测性，风力发电系统的设计和控制面临着许多挑战。
本文将探讨变速恒频双馈风力发电系统控制技术的相关问题。
二、变速恒频双馈风力发电系统的基本原理变速恒频双馈风力发电系统是目前最常用的风力发电系统。
它由风能转换装置、变频控制装置和电网接口装置三部分组成。
其中，风能转换装置包括风轮、轴承、塔架、叶轮等部件，负责将风能转化为转动机械能；变频控制装置包括变频器、双馈异步发电机等部件，使发电机输出的电压和频率与电网匹配；电网接口装置包括变压器、保护装置、电缆等部分，将发电机输出的电能接入到电网中。
基本工作原理是：风轮和叶轮通过系泊装置固定在预定空中高度上，利用旋转的叶片捕捉风能，驱动发电机产生电能，经过变频器进行升压、逆变处理后接入电网。
同时，变频器可以根据风速的变化控制电机的转速，从而保持电机的输出功率不变。
由于双馈异步发电机有较好的抗干扰性能和相同功率下体积小、重量轻的特点，因此越来越多的风电塔采用双馈异步发电机。
三、变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究1. 变频控制技术变频控制技术是风力发电系统中最核心的技术之一，它直接决定了风力发电机的效率和质量。
变频控制技术是采用电流、电压和功率等参数作为控制对象，采用PWM模式以及单闭环、双闭环控制等方式进行控制。
通过对这些参数的调整，可以有效提高风力发电机的电功率输出、转速、功率因数等参数，使发电机具有更好的发电效率。
2. 变速控制技术变速控制技术是另一种常用的风力发电系统控制方法。
通过控制电机的旋转速度，可以实现不同风速下的最佳发电功率。
同时，变速控制技术还可以提高发电机的风能利用效率，增加电机的寿命，减少发电机的损耗和维护成本。
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但是由于变频器在发电机的定子侧， 这样就 会使变频器的容量与发电机的容量相同， 导致了 变频器的体积和重量过大， 成本也相应提高。 2． 2 交流励磁双馈发电机 Fed 此系统采用的双馈异步发电机 （ DoubleInduction Generator，DFIG ） 结构与绕线式异步发 电机类似， 定子绕组直接接入工频电网， 转子采用 绕组接线端由三个 了三相分布式对称交流绕组， 滑环引出， 通过一台能量可双向流动的变频器接 ［10 ］ 。 入电网 图 2 为交流励磁双馈发电机结构图。
［4 5 ］ ： 变速运行还有如下优点 （ 1 ） 减少了由于阵风冲击而对风力机组造成
PWM 整流器可实现笼型发电机的磁链及转矩 构， PWM 逆变器可保持直流侧电压 分量的解耦控制， 谐波含量低， 逆变效果好， 此控制策略更加 稳定， 灵活和有利于提高系统的运行特性 。
的机械应力。它能在风速增加时把阵风余量储存 在风轮机转动惯量中， 并在风速下降时， 把风轮动 能重新释放出来， 通过一定的控制变为电能发给 电网。 （ 2 ） 可使发电机组与电网系统之间实现良好 降低风电系统与电网之间的影响 ， 避 的柔性连接， 免并网冲击电流过大， 相对于恒速恒频技术， 变速 。 恒频更易实现并网操作与运行 （ 3 ） 可降低风力机在低风速运行时的噪声 。 因为这些优势， 国内外已采用变速恒频技术 来取代恒速恒频技术， 并在最大限度捕获风能和 提高发电效率的技术上进行了深入研究 。
。
1
变速恒频风力发电技术的优势
变速恒频技术是指在风力发电过程中， 风力 机的转速随风速的变化而变化， 并通过一系列控 23］ 制方式来获得恒定的电能。 文献［ 介绍了风
* 基金项目： 江苏省科技支撑计划（ 工业） 项目（ BE2011188 ） ； 江苏省研究生科研创新计划项目（ CX10S_009Z）
［11 12 ］ f2 = 0 ， 。 此时转子采取了直流励磁
图3
BDFM 结构图
19］通过公式推导得出发电机功率绕 文献［ 组的电频率为 f p = n p p p / 60 = n r （ p c + p p ） / 60 ± f c fc — — —功率绕组、 式中： f p 、 控制绕组的频率； nc — — —向控制绕组通入励磁电流后产生旋 转磁场的转速； nr 、 np — — —转子、 功率绕组的转速； pc 、 pp — — —控制绕组、 功率绕组的极对数。 当转子转速 n r 发生变化时， 只要改变控制绕 组的输入电流频率 f c ， 就可以使发电机输出频率 f p 保持不变， BD从而实现变速恒频控制。 此外， FM 仍然继承了交流励磁双馈发电机变频器容量 小、 输入输出特性优良、 功率因素高的优点， 且可 实现有功功率和无功功率的解耦控制
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［7 ］
由电机学可知， 当发电机稳定运行时， 定、 转 子的旋转磁场在空间上是相对静止的 ， 因此定、 转 子旋转磁场的关系可表示为 n1 = n2 + n r 式（ 4 ） 也可写为 f1 = nr P + f2 60 （ 5） （ 4）
n2 — — —定、 式中： n1 、 转子磁场的转速； nr — — —转子的电转速；
Review of Control Strategy of Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generator
ZHANG Guangming， WU Yuqi， MEI Lei， JI Wenjuan （ College of Automation and Electrical Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 211816 ，China）
［1 ］
力机功率主要受三个因素的影响： 风速 V、 桨叶节 距角 β 和叶尖速比 λ 。风力机的机械功率 P m 为 1 2 3 P m = C P ( β， （ 1） λ ) ρπR V 2 （ 2） ω r = 2 πn / 60 ωr R πRn = （ 3） λ = V 30 V — —空气密度； 式中： ρ— R— — —风力机风轮半径； — —风轮角速度。 ωr — 从式（ 1 ） 和式（ 3 ） 中可看出， 风能的利用系数 C P 与叶尖转速比 λ 和桨叶节距角 β 有关， 当桨叶 C P 只由叶尖转速比 λ 来决定。 节距角 β 一定时， 风力机只有一个最大的风能利用系数 C pmax ， 此时 对应最佳叶尖速比 λ opt 。 在恒速恒频技术中， 风
［6 ］
图2
交流励磁双馈发电机结构图
。图 1 为笼型异步发电机结构图。
该系统的变速恒频控制策略是在定子电路实 现的， 发电机的定子通过交 － 直 － 交变换器与电 网连接， 首先将风能转化为幅值和频率变化的交 流电， 经整流后变为直流电， 然后经过逆变器逆变 8］ 为三相频率恒定的交流电接到电网 。 文献［ 介绍了电力电子变流电路 （ 整流器和逆变器 ） 各 9］通 过 比 较 采 用 了 种不同的拓扑结构。 文献［ PWM 整流器后接电压源型 PWM 逆变器拓扑结
0
引
言
并网运行的风力发电机组要求发电机的输出 频率必须与电网频率一致， 为了将随机性很强的 风能转换为频率恒定的交流电， 目前国内外有两 种基本的方法， 即恒速恒频系统（ CSCF） 和变速恒 频系统（ VSCF ） 。 随着风力发电设备单机容量的 增大及电力电子技术的发展， 变速恒频技术以显 著的优势成为国内外主要采用的控制方式
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新能源与风力发电EMCA
变速恒频风力发电系统控制方案综述
磊， 季文娟 （ 南京工业大学 自动化与电气工程学院 ，江苏 南京 211816 ）
Abstract： In order to meet the requirements of the gridconnection operation of wind power generator， wind power generator system should use variable speed constant frequency （ VSCF） control strategy． The advantages of VSCF control strategy was analyzed by comparing with constant speed constant frequency （ CSCF ） control strategy，then some main programs of VSCF wind power generator system at home and abroad were presented in detail： squirrelcage induction generator、 ACexcited doublyfed generator、 brushless doublyfeed generator、 directdrive permanent magnet synchronous generator． Finally，a prospect about the development trend of wind power generator was presented． Key words： wind power generator； gridconnection； variable speed constant frequency（ VSCF）
［20 ］
13］从能量可双向流动和发电质量等 文献［ 要求上分析了如何选择双馈电机交流励磁用的变 频器， 提出了目前最为广泛应用的双 PWM 变频 器， 可灵活调节有功功率和无功功率 ， 实现两者的 解耦控制， 对电网还能起到无功补偿的作用。 由 变频器向转子 于控制方案是在转子电路实现的， 提供的转差功率仅为一小部分定子额定功率 。因 此， 流过变频器的容量仅为电机容量的一部分 （ 约为 25% ～ 30% ） ， 减少了变 频 器 的 容 量 和 体 积， 易于安装和维护， 降低了成本。 新电网运行规则要求风电机组有一定的低电 但是由于交流励磁发电机的定子侧 压穿越能力， 直接与电网相连接， 电网电压的跌落直接作用在 发电机的定子上， 因此交流励磁发电机的低电压 穿越能力不好， 也很难实现真正意义上的低电压 ［1415 ］ 。 穿越运行 2． 3 无刷双馈发电机 与交流励磁双馈发电机相比， 无刷双馈发电 Fed Motor， BDFM ） 最大的不 机（ Brushless Double同就是没有电刷和滑环， 既降低了系统的成本， 又 适合在恶劣环境的风电场 提高了系统的稳定性， ［16 ］ ， 连续运行 因此成为风力发电机的主要选择 。 BDFM 的定子侧有两套级数不同的绕组， 分 别为功率绕组和控制绕组。 功率绕组直接接电 网， 而控制绕组通过一个双向变频器与电网相连 接， 两套定子绕组在电路和磁路方面都是解耦的 。 转子可采用笼型或磁阻式结构， 由于转子同时耦 合着两套定子绕组， 其极对数应为。 极对数之和
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P— — —电机的极对数； f1 、 f2 — — —定、 转子电流的频率。 当风速变化时， 通过调节转子励磁电流频率 f2 来保证定子输出电流频率 f1 恒定， 从而实现变 速恒频 运 行。 当 DFIG 处 于 亚 同 步 运 行 状 态 时 （ 即 n r ＜ n1 ） ，f2 ＞ 0 ， 电网通过变频器向发电机转 子提供了转差功率和正相序低频交流励磁 ， 并由 定子将电能发给电网； 当 DFIG 处于超同步运行 f2 ＜ 0 ， 状态时（ 即 n r ＞ n1 ） ， 电网通过变频器向发 电机转子提供了负相序低频交流励磁。 同时， 转 子转差功率回馈给电网， 变频器的能量流向变为 逆向； 当 DFIG 处于同步运行状态时 （ 即 n r = n1 ） ，