风力机组风速下最佳状态控制

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1、风力机组风速下最佳状态控制摘要：在不同的风速下，风力发电机组控制系统应根据所测得的不同风速数据，及时的做出反应，本文将大体的分析机组基于DCS控制和PI、DCA控制下在低于额定风速时的转速控制以及高于额定风速时的功率控制，从分析风力机运行特性出发，研究实现最佳风能捕获的系统控制方法。并采用PWM控制技术，对双馈发电机转子进行交流励磁，实现发电机有功、无功及转速的独立控制，从而获得最大风能捕获的高效发电运行。使用仿真效果来验证控制策略的正确性和有效性。关键词：变速恒频PWM整流励磁电流转速控制功率控制直接速度控制等1．引言随着现代工业的飞速发展，人类

2、对能源的需求明显增加，而地球上可利用的常规能源日趋匮乏。据专家预测，煤炭还可开采221年，石油39年，天然气只能用60年如何实现能源的持续发展，从而保证经济的可持续站和社会的可持续发展，已经是各国政府必须解决的大问题，即能源战略问题。唯一的出路就是计划地利用常规能源、节约能源，开发新能源和可再生能源。现在作为占能源消耗首位的电能是二次能源。是由其他能源转换而来的。目前世界各国电能产生主要是靠火力发电。火力发电以碳氢化合物为主要成分的煤、重油等为燃料，燃烧后向大气排放SO2、CO2等有害气体及烟尘，并间接造成酸雨以及温室效应。为减少火力发电对大气的污

3、染，实现能源的持续发展，世界各国都在积极地发展风力发电。随着世界风力发电机组容量的快速发展和机组技术的成熟和不断完善，在今后的时间里，风电必然会成为世界新型重点开发的能源之一。风电一直是世界上增长最快的能源，装机容量每年增长超过30%。到2003年初，全球风力发电装机容量达到3200万千瓦，亦即其总量已经相当于32座标准的核电站，足以供应1600万欧洲居民的电力需求。-２０-国际上利用风力发电是本世纪发展壮大起来的，随着风电技术不断进步，容量逐步增大，单机容量已达几百千瓦，并有兆瓦级风力发电机问世，近十几年来风力发电机产品质量有了显著提高，作为一种

4、新的，安全可靠的，干净的能源而受到国际上风资源丰富国家的关注与大规模开发。目前，世界上风电总装电容量约为7000MW，美国最多，约有1700MW。中国是风资源丰富的国家，特别是新疆、内蒙古与沿海地区。我国风力发电在八十年代开始发展，初期大多是独立运行户用百瓦级风电机组，安装在边远，孤立无电地区供农牧民使用。近年来，大型并网风力发电机组引入我国，多台风电机组安装在风资源丰富地区组成风电场，接入地区电网供电，现在，我国并网风电机组装机总容量约为100MW风力12%蓝图勾画的数字基础来自于未来17年的所假设的每年20%—25%的平均增长率。然而每年20%

5、—25%的增长率对于风电产业而言并不是高增长，过去5年电机组装机容量的年均增长率接近36%；预计到2013年之后，增长率会降至15%。到2018年，会再下降10%。目前欧洲占全世界风电装机容量74%，其他地区也在崛起。约50个国家加入了风力发电的行列，整个行业就业的员工约9—10万人，其中7—8万人在欧洲。世界风电国家中德国位居世界风电发展之首，而后是丹麦和西班牙，发展中国家的先锋当属印度。相比之下，我国风电发展机器缓慢。尽管从上世纪80年代就开始发电，但是目前仍然停留在起步阶段，未有突破性进展。1995年电力部曾提出2000年底我国风机规模要达到

6、100万千瓦的目标，但事实上，截止到2003年底，全国风电场的装机容量电场总装机容量仅为56。7万千瓦，占全国总装机容量的0.14%。尽管已建有40个风电场，但平均每个风电场的装机容量不足1.5万千瓦，远未形成规模效益。此外，在风机设备的制造水平上，已经成为国际主流机型的兆瓦级机组在我国尚处于研制阶段，目前大型风机只能依赖进口，或与外商合作生产。1．1风力发电对中国经济发展的必要性根据邓小平同志三步走的发展战略，到2050年我国的人均国民生产总值必须达到4000USD/人·年，才能达到中等发达国家的水平。据预测2050年我国人口将达到15亿～16亿

7、。届时我国GNP将达到6万亿USD。根据世界各国经济发展的经验，要达到这一水平，人均年占有电量约为6000kwh。人均发电装机容量为1kw。全国总装机容量为15亿千瓦。15亿千瓦的装机容量的构成如表１示。-２０-表１2050年预计中国的发电装机容量的构成(KW)在我国的能源构成中，虽然煤的储存量最多，足够我们开采使用数百年之久。但由于环境的问题，交通运输的问题，到2050年9亿千瓦的火电(主要是煤电)容量已是开发利用的极限。由表１知2亿千瓦的水电和2亿千瓦的核电也一样达到了开发利用的极限，所以1亿千瓦的可再生能源就构成了我国能源发展的重要组成部分。

8、而且是最有潜力的部分。1．2风电对环境的正面影响由于风能是一种不消耗矿物燃料的可再能源。风电的使用，相当于节省相同数量电能