风力发电机组控制系统探析

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1、风力发电机组控制系统探析　　摘要风力发电场运行情况多样，动态特性复杂,在电气设备、保护控制系统的选型和设计上有一定的特殊性，因此，在设计过程中尽可能多地熟悉掌握各类风电电气设备的技术特性。本文简要介绍了风力发电机组及其控制系统主要设备的工作原理和技术特点，并对风力发电控制设备的关键技术研究进行了探讨。关键词：风力发电；变流器；现场控制中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1引言6在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近20年来风电技术有了巨大的进步，风电开发在各种能

2、源开发中增速最快。德国、西班牙、丹麦、美国等欧美国家在风力发电理论与技术研发方面起步较早，因而目前处于世界领先地位。风电是电力行业的先进生产力，资源无尽、成本低廉。我国已将风力发电作为新能源发展的一个重点，在风力资源好、用电量需求大的地方，有计划、有步骤地建设一定规模的风力发电场。在经济高速发展的过程中，既要解决电力供应不足问题，又要保护好生态环境。在今后的规划建设过程中，调整能源结构，逐步开发清洁能源，兴建核电、天然气发电、风力发电等清洁能源电站，实现电力结构多元化，是今后我省电力发展的重要方向。但是风力发电与其他发电方式相比，遭遇自然条件复杂，设备技术含量高，给电力设计又

3、带来了许多新课题。譬如风力电场运行情况多样，动态特性复杂，在风电大量并网前，应对其功率特性和潜在风险进行分析；而且风电单机容量小，分布分散，需要采取集群式控制。这在电气设备、保护控制系统的选型和设计上有一定的特殊性，电力设计单位在进行风电设计时需要应尽可能多地详细掌握各类风电电气设备的技术特性。2风力发电场及其机组控制系统风电场设备包括风机、输变电装置和集中监控系统等。风电场设备常年在野外运行，风向、风速不可控，风电机组承受极为复杂恶劣的交变载荷。又因为风的能量密度小，风电机组需要庞大的机体，因此对风力发电机组材质要求高，设计和制造难度均较大。国际上生产风电设备的知名企业有：

4、西班牙GamesaEólica公司，丹麦Vestas6公司，美国GE公司等，其技术已比较成熟，应用也比较多。国内现有的风电机组制造商尚处于技术引进和经验积累阶段。风力发电机按发电机驱动方式可分为双馈和直驱两种。国际先进的无齿轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变流器将频率变化的风电送入电网，其中电控产品的特点可根据风速改变风轮转速，而保持上网频率不变，提高了风能利用率；还可以调节发电机有功功率、无功功率和功率因数，有利于电网稳定。风力发电机组的主要设计难点在于齿轮箱（仅限于双馈机组）、叶片和电控系统。本文着重介绍电控系统的技术原理和技术关键。双馈电机

5、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相电源激励，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-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。风力发电机组的电控系统主要包括风力发电变流器，现场控制设备，变桨传动的驱动机构等，主要结构和原理为：（1）风力发电并网变流器国际先进的兆瓦级变速恒频直驱风力发电系统多沿用低速多极永磁发电机，使用一台全功率变流器，通过交直交变流器将风机发出的变化的电压和频率的电能，经过交直交变流器变为稳定电压和频率的电力馈入电网。是将发电机输出电能通过整流、逆变变换成要求频率的电能（交－直－交方式），然而由于电力变流装置处于

6、主功率通道，其容量一般为发电机容量的1.1～1.36倍，双馈风力发电变流器则是交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流调整交流励磁电流的幅值、频率和相位。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，可达到调节有功功率和无功功率的目的。（2）现场控制设备现场控制设备主要包含顺序控制，数据采集与通信，联锁保护三部分。作为顺序控制，其主要包含的功能有：①迎风机构的控制；②电机各种工况的切换；③机组的起动与停机；④紧急停机控制；⑤自动并网/解列控制。保

7、护系统主要是传感器和工控机的集成，主要为停机和紧急停机。保护系统具有最高的优先权，它可以进入至少两套刹车系统，一旦超出正常的设定值，保护系统立即动作起动刹车，同时还可以使风机90°侧风。使系统处于安全状态。3风力发电机组控制系统的关键技术3.1风力发电机变流器6风力发电变流装置采用经过验证的成熟的电力电子变频技术，可以根据要求进行有功功率、无功功率及频率输出的任意调节，谐波分量低，具有很强的低电压穿越能力以适应电网扰动，并网特性完全满足目前国际上最新风电并网技术标准的要求。风能的随机性、阵风性、不确定性