第三章 双馈风力发电机运行控制

第三章

双馈型变速恒频风力发电系统运行控制机组主结构及控制系统

运行区域及控制目标

总体控制方案

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

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（桨距）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

动作频率为数kHz-十几kHz

并网机构

4.偏航/解缆系统

偏航机构

风向标

偏航伺服电机（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

通过控制发电机电磁阻转矩实现

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。

不要小看风力发电控制，它是高科技，曾经的国家级科技攻关计划，沈阳工业大学曾经申请过863计划。为什么是高科技？

主要是由几个方面：

①风的随机性

②风电机组工作环境恶劣，对控制

系统可靠性要求较高

③叶片设计制造技术需要很高的

空气动力学基础

④高功率大容量的变频器具有很

高的工艺和控制难度。

比较普遍采用的是分布式控制系统。分为三个控制柜

①塔底柜

②变流柜

③机舱柜

一般情况下，塔底柜和变流柜都位于塔筒内部，而机舱柜在机舱内。塔底柜和机舱柜通过光线通信，变流柜和塔底柜则一般是工业Ethernet网联络。

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

从控制器实现案例

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（一）主要运行区域

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（maximum power point track）区

转速限制区（过渡区）

功率限制区

切出停机区

不同运行区域的功率特性

2. 不同运行区域的风能系数（二）各运行区域的控制目标

三. 总体控制方案

总体控制方案主要内容

几种典型总体控制方案

优选总体方案及其优越性

（一）. 总体控制方案主要内容

总体控制方案指在不同运行区域内主、从控制器间的分工与协调控制方法。

不同运行区域指并网区、MPPT区、转速限制区、功率限制区、切出停机区。

主控制器中主要讨论变桨控制部分，从控制器即指发电机控制。

（二）.几种典型总体控制方案典型总体控制方案概述

不同方案中各运行区域的划分标准和实现措施一致。