一种变速风力机全风速范围发电策略

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1、第44卷第2期2012年4月南京航JournalofNanjing空航天大学学报V01．44UniversityofAeronautics＆AstronauticsApr．一种变速风力机全风速范围发电策略陈冉陈志辉陈杰陈家伟龚春英严仰光(南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室，南京，210016)摘要：由于风力机系统复杂的机械阻尼和大惯量等强非线性因素的存在，增大了控制策略设计与实现的难度。同时，对于变速风力发电系统而言，风力机的转速控制器设计是实现发电控制策略的重要环节。本文首先分析了定莱距变速风力机全风速段的发电策略，针对传统方案所存在的问题，提出了新

2、型的控制策略，该策略在不同运行状态之问的过渡过程迅速平滑，有效降低了系统的动态载荷；其次，基于现有的风力发电系统分析了定桨距风力机的小信号模型，推导了风力机系统的传递函数，并为转速控制环设计了PID控制器；最后，通过仿真和实验。验证了全风速段发电策略的可行性和有效性。关键词：风力发电，风力机模型，转速控制；最大功率艰踪阶段}发电策略中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)02—0211—06FullRangeControlStrategyofVariable—SpeedWindTurbinesNo．22012ChenRan，C

3、henZhihui，ChenJie，ChenJiawei，GongChunying，YanYangguang(Aero-PowerScienceTechnologyCenter，NanjingUniversityofAeronautics8LAstronautic，Nanjing，210016，China)Abstract：Theturbinespeedloopadjustmentisakeylinkofthedesigningofthecontrollerforthefixedpitchvariablespeedwindenergyconversionsys

4、tem(WECS)．Becauseofthestrongnonlinear，biginerti—aandmechanicaldampingcharacteristics，itisdifficulttodesignthecontrollerofthewindpowersys—tems．Acontrolstrategyforvariable-speedwindpowerconversionsystemisproposed，whichcanreachthemaximumpowerpointorkeeptherotatingspeedconstantwhenwinds

5、peedisundertheratedvalue，andkeeptheratedoutputpowerabovetheratedwindspeed．Then，asmallsignalmodelispresented，andawindturbinespeedloopregulatorisdesigned．Finally，simulationsystemisbuilt，andtheresultsofthesimulationandexperimentsshowthattheperformanceofthecontrolleralgorithmmeetthere—q

6、uirementsofWECSwithoutwindmeasurement．Keywords：windpowergeneration；windturbinemodeling；speedcontrol；maximumpowerpointtrack—ing(MPPT)；controlstrategy风力发电技术作为可再生能源开发和利用的一种主要方式，因为技术和政策上的优势脱颖而出。与潮汐、太阳能发电相比，风力发电的效率可高达50％，具有与常规发电方式可比的竞争力[1】。得益于大功率电力电子变换设备的实用化，现今的商业风力发电机组已从早期的恒速恒频发展为主流的变速恒

7、频风力机组。相对于恒速风电机组，变速机组在提高风能利用效率、避免对电网造成闪变、减小噪声污染以及降低机械应力等方面具有较大的优势[2]。并网型风力机组从20世纪80年代开始商用，容量从数十千瓦发展到兆瓦级。尽管在兆瓦级风力机组设计中已经采用了变桨距控制技术，但由于增加了控制和伺服系统，对机组的成本和可靠性提出基金项目：国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)(2007CB210303)资助项目．收稿日期：2011—07—13；修订日期：2011—11—11通讯作者：龚春英，女．教授．博士生导师，1965年生，E—mail：zjnjgcy@nuaa．edu．c

8、n。212南京航空航天大学学报第44卷