风电控制技术国内外概况和发展趋势讲义(PPT 37张)

现状和趋势2：变桨技术发展
由于变桨功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，近 年来在大型风力发电机组上得到广泛采用。随着大型风力发电机组风轮 直径的增加，每个叶片在实际运行过程中的受力不均衡性也越来越明显， 为了保证安全顺桨，需要研究独立变桨控制技术。该项技术涉及变频技 术、电机驱动、精确控制、机械联动、空气动力学等多学科领域，是大 型风力发电机组控制领域研究的热点之一。
直驱型风力发电机组是无齿轮箱的变桨距变速风力发电机组，风轮轴直接与 低速永磁发电机连接。直驱型风力发电机组要采用全功率变流器。
混合型风力发电系统
混合型风力发电机组采用单级齿轮箱和中速永磁发电机，是 直驱型风力发电机组和传统型风力发电机组的混合。混合型风力
发电机组也要采用全功率变流器。
第二部分:风电技术现状及趋势
3.6MW、GE公司的3.6MW、Repower公司的5MW、华锐的3MW机组。
Repower的5MW海上风电机组
现状和趋势4：风力发电与电网之间的关系日益密切
风力发电与电网互连时有三类广泛的相应问题：1）并网瞬间的 安全问题。包括并网时是否有足够的容量，以及并网后对电网以及网 内其他用户产生什么影响；2）电网稳定性要求，国外已经制定了相 关的规定来规范化风力发电的发展，我国已经着手准备这方面的工作， 相关研究工作正在进展；3）依据电网与风力发电之间的匹配关系， 进一步规划电网，来加快风力发电大规模应用的进程。
风电控制技术国内外概况和发展趋势
保定科诺伟业控制设备有限公司
风电控制技术国内外概况和发展趋势
• • • • • 第一部分:主流风电机组介绍 第二部分:风电技术现状及趋势 第三部分:风电控制系统行业国内外现状 第四部分:风电控制行业技术发展趋势 第五部分:科诺伟业风电控制一体化解决 方案、产品应用情况及实验平台介绍 • 第六部分:几点思考
把扰动跟踪控制（DTC）引入了桨叶控制中，采用设计状
态器的办法来估计出作为干扰量输入的风速，采用这类控制方
法可以有效的减小叶片的拍打振动、改善桨叶和整机的受力状
现状和趋势1：风力发电机组单机容量持续增大
目前，世界风力发电市场中的单机容量正持续增大。在1997年以前MW级风力发电机 组的市场份额还不及10%，2001年则超过一半，2003年达到70.5%，2005年增至81 ％,2006年高达87.5%（根据BTM－2006年世界风力发电市场统计报告）。随着单机容量 的不断增大和利用效率提高，世界上主流机型已经从2000年的500～1000kW增加到2009 年的2MW～5MW。近年来，近海风能资源的开发进一步加快了大容量风力发电机组的发 展，世界上已运行的最大风力发电机组单机容量已达到6MW， 8～10MW风力发电机组的 概念设计已经开始。如何降低大功率风力发电机组并网时对机组本身和电网的冲击，保证 风力发电机组的安全稳定运行，对大型风力发电机组的控制技术提出了更高的要求。
风力发电控制技术的发展历程
• 风力发电技术 定桨距恒速恒频→变桨距变速恒频→功率平 稳控制(有功有限调度、无功电压控制、电网 故障穿越) →大规模风电输送和分配
• 控制目的 （1）最大的风能捕获，提高风能采集、利用程 度、提高风电机组运行效率 （2）提高机组对电网的适应性，对电网更友好
失速型风电机组控制技术现状
现状和趋势3：海上风力发电技术
鉴于海上风速大，湍流度小，发电量比陆上风电场高20％～40％。 另外，对景观和噪声的要求可以放宽，风力机布局有规则。所以可靠性 高、单机容量大海上风力发电会成为今后风能技术发展的主要驱动力。 但海上风电机组所处环境较复杂，对风电机组控制技术、运输、安装和 维护提出了更高的要求。 目前，海上风力发电机组主要有 Vestas 公司的 3MW 、 Siemens 公司的
国内在失速型风电机组控制技术方面已经掌握了其核心 技术，相应的产品也已经大批量应用。但在雷击保护、无 功功率补偿、极端气候可靠性等方面的还需要继续改进。
变速恒频风电机组控制技术现状
国外在2MW容量以下控制技术比较成熟，主要有Wintec、GH、 AERODYN、Repower、Enercon、Made、ABB、LUST等厂家。国内 大部分整机制造商目前使用的控制基本上是基于这些国外技术。 国内目前主要有科诺伟业、合肥阳光等少数厂家在电控系统、 变流器、变桨控制的核心技术上拥有自主知识产权，走自主研 发的道路。其他很多相应的国内厂家都是走引进国外技术发展 道路。
双馈变速恒频型风力发电系统
双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电 机可以变速，并输出恒频恒压电能。在低于额定风速时，它通过改变转速 和叶片桨距角使风力发电机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而 在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。
直驱型风力发电系统
现状和趋势5：直驱式、半直驱式全功 率变流技术应用
无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的 机组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本， 因而得到了市场的青睐。2006年，ENERCON公司生产的直驱式风力 发电机组在德国市场销售量第一。
第三部分:风电控制系统行业 国制技术基本上已经相对成熟， 如VESTAS、GH、MITA等厂家的技术目前都有实际应 用。 目前，国内电控系统、变流器、变桨控制的厂家 对海上3MW、5MW的控制技术也在加大研发力度，争 取尽快做出产品样机。
第四部分:风电控制行业技术 发展趋势
发展趋势1：风机柔性控制的基础理论 研究与设计
第一部分:主流风电机组介绍
失速型风力发电系统
定桨距失速型风力发电机组是通过风轮叶片失速来控制风力发电机组在 大风时的功率输出，以及通过叶尖扰流器来实现极端情况下的安全停机问题。
变桨距失速型（主动失速型）风力发电机组在低风速时通过改变桨距角 或保持一定的桨距角，使其功率输出增加，而在高风速时通过改变叶片桨距 角来控制功率输出。