风力发电机组的电气控制

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1、万方数据2006年6月第21卷第6期电工技术学报TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYV01．21NO．6Jun．2006风力发电机组的电气控制马小亮(天津电气传动设计研究所天津300072)摘要综述了风力发电机组的电气控制。在简述风力涡轮机特性的基础上，介绍恒速发电和变速发电的特点和应用场合，重点是基于同步发电机的“直接在线”发电和基于绕线异步机的双馈发电系统，以及桨叶倾角控制系统。最后介绍一种新型锥形转子风力发电机组的设想。关键词：风力发电恒速发

2、电直接在线双馈倾角控制锥形转子．中图分类号：TM614ElectricalControlSystemsofWindTurbineGeneratorsMaXiaoliang(TianjinDesign&ResearchInst．ofElectricalDrivesTianjin300072China)AbstractThepaperisasurveyofelectricalcontrolsystemsofwindturbine．Basedoncharacteristicsofwindturbine

3、，thefeaturesandapplicableareasoffixedandvariablespeedgeneratorsareintroduced，whereemphasesareplaeedonthe“direct-on—line’’systemsofsynchronousgeneratorsand“doubly—fed”systemsofwoundrotorinductiongeneratorsaswellasblade—pitchanglecontrolsystem．Asaprosp

4、ect，akindofnewwindturbinegeneratorbasedonconingrotorisdiscussed．Keywords：Windturbinegenerator,fixed·speedgenerator，direct—on—line，doubly—fed，pitchanglecontrol，coningrotor1引言2风力涡轮机特性可再生的绿色新能源开发是世界上最重要和急需解决的任务之一，风力发电是其中最接近实用和推广的一种，已引起人们极大关注。风力发电涉及空气动力学

5、、机械、电机和控制诸多技术领域，本文简要介绍它的电气控制部分。首先简单说明控制对象的特性——风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系，作为控制策略制定的基础。随后介绍现有的两大类发电方法：恒速发电(刚性发电)和变速发电(弹性发电)的特点及应用场合。变速发电又有两类：基于同步发电机的“直接在线”发电和基于绕线异步机(双馈电机)的“双馈”发电，它们的主电路及控制系统在第3节中讨论。除电机控制系统外，还需要一套桨叶倾角控制，它将在第4节介绍。最后介绍一种新型风力发电机组——锥形转子机组(柔性发电)的设想，

6、据估计可以节省约30％投资。风力发电机组输出给电网的是电功率，在制定控制策略前，需要知道原动机功率与什么有关。风力涡轮机的输出功率是风速、转速和桨叶倾角的三维非线性函数。在桨叶倾角口固定为最小值的条件下，输出功率P，PN与涡轮机转速n／nN的关系示于图l。从图中譬j粤丑丹霉图1PIPN=f(nlns)Fig．1PfPN-4(n／ns)万方数据12电工技术学报2006年6月看出，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应的转速越高。如果能随风速变化改变转速，使得在所有风速

7、下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角罗有关，关系曲线示于图2，图中横坐标为桨叶尖速度比五，纵坐标为输出功率系数C，。3L=o瞎nRIV(1)式中‰——涡轮机角速度尺——桨叶半径‰霆——桨叶尖线速度卜风速在图2中，每个倾角对应一条CP-，(五)曲线，倾角口越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段(若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，砌口大，CP减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点)，它是工

8、作区段。在工作区段中，倾角∥越大，脚G越小。0500406030籁_l蠕5褥020雷0103。参考庙9。．，，。。＼12。／＼，n、●‘＼由缎介＼曲封；I＼／V}、LI’l●

9、、I—Z’．，I＼L’、～l0l234567891011131415叶尖速比A图2Cp=，(见)Fig．2Cp-，(见)3恒速发电和变速发电现在使用的风力发电技术有两大类：恒速发电和变速发电。3．1恒速发电恒速发电采用笼型异步电机，其动力系统和电机的机械特性示于图3。发电时涡轮机拖动异步发电机转动，转速略超过同步转速后，转