兆瓦级风力发电机组核心控制器设计,本论文为免费优秀的关于风力发电论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
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摘 要：为实现风力发电设备核心控制器国产化, 通过分析风力发电机核心控制器所要解决的主要问题、硬件选型方法和软件控制流程,对兆瓦级变桨变速风力发电机组核心控制器提出基于叶轮转速、加速度和角度PID控制的变桨控制算法解决方案.该算法保证风机在实现较高发电效率、最大功率限制的同时,跟踪并补偿风速变化带来的负荷突变,避免给风机传动链造成冲击和给电网带来谐波、闪变危害,提高风机运行的安全可靠性和发电上网的电能质量.数值仿真计算和动态模拟实验证实了该方法的有效性.
关键词：风力发电机；变桨控制；控制器；安全
中图分类号：TM303；TM315 文献标志码：A
Design of MW wind turbine generator controller
QU Longxiang
(School of Electric Engineering,Shanghai Dianji Univ.,Shanghai 200240,China )
Abstract： In order to produce domestic controllers of wind turbine generators, by analyzing core problems, hardware type-choosing methods and software control processing, a solution to the pitch control algorithm of the MW wind turbine generator controller is proposed, based on the PID control of blade’s rotate speed, accelerated speed and pitch angle. This algorithm can ensure the windmill to implement high efficiency of wind power generator, maximum output limitation, and compensate the sudden load changes caused by wind speed fluctuation to oid the impact on windmill driving-chain and harms, such as harmonic and flickers on power grid, and improve the safe running reliabilities of the generators and the power quality connected to the grid. Numerical simulation calculations and dynamic simulation tests show the effectiveness of this method.
Key words： wind turbine generator；pitch control；controller;safety
0 引 言
随着国家能源政策的完善和对环境保护要求的日益提高,风力发电受到国内各大电力公司和电力生产企业的关注.国内风资源较好的地区纷纷开始建立风电场,对风力发电整机设备的需求迅速增加.［1］国内许多大型机电设备生产企业、原风电设备零部件生产厂和许多投资公司开始建立风电设备厂,进军风电产业.国内新兴风电设备厂进军风电产业的模式主要有：（1）引进全套设备图纸、生产装配工艺和产品许可证,在国内采购生产零部件进行组装,实现整机的国产化目标；（2）委托国外风机设计公司与国内有经验的零部件设计生产厂进行联合设计生产.
通过以上2种方式,风机总装企业掌握风机生产和总装的主要技术资料,如设备零部件图纸、加工工艺和总装工艺等.风机核心控制器和变流器往往由国外第3方直接提供,风机的主要控制、运行工艺、现场运行调试和故障诊断维护等功能都集中在核心控制器中,而国外的控制器生产厂出于技术保密等原因提供的技术资料较少,仅限于使用说明书和维护手册等,给控制器国产化带来很大难度,同时使风机整机的控制、运行工艺成为技术盲区,给风机调试和维护带来极大障碍,很多厂家的现场调试和故障诊断维护必须依靠外国技术人员.
目前风电技术的发展方向以单机容量的大型化为主［2］,老牌风电国家以发展海上风电为主要目标［3］,大容量单机机型有利于提高系统运行的性价比.机型方面,国内老机型以600 kW和750 kW机型为主,采用定桨距、失速型叶片,双速异步发电机.进口机型中除上述定桨双速型风机之外,还有部分Vestas变桨变速型风机,采用可变滑差控制的绕线式异步电机,有一定技术先进性,但故障率较高.兆瓦级风机机型以变桨、变速机型为主,传动和电机部分采用双馈技术和永磁直驱技术的机型为主,2种机型都需要有大功率的变流器完成调速及电能转换工作,其桨机构又可分为电动变桨和液压变桨2种驱动方式.其他非主流机型还有主动失速型、半直驱型、电励磁直驱型、多电机型和液力耦合器驱动型等多种机型.［4］目前国产化的兆瓦级风机以引进全套技术图纸和生产许可证的生产方式为主,部分新机型采用委托国外设计公司设计、国内部件厂家生产零部件、国内总装厂安装调试的生产方式.当前我国尚未掌握大型风电机组的总体设计技术,大多数国内风电企业自主创新能力很弱,不具备设计能力和完整的风能产业体系,缺乏具有自主知识产权的风电技术,关键零部件如电控系统主要依赖进口.［5］
国内许多风机总装厂都意识到,要打破这一被动局面必须实现核心控制器国产化.由于风机核心控制器在风机整机生产成本中所占比重非常低,总装厂自己投入大量人力进行国产化设计生产并不经济,需要借助国内高校和科研院所的技术力量共同分析、研究,摸清风机的控制、运行工艺,进行国产化设计生产.
1 风机控制器设计过程和原则
1.1 风机控制器设计流程
图1 风机控制器设计流程对于最底层的风机控制器设计,风机整机设计过程按照图1所示的5个步骤进行.前4个步骤主要由整机设计制造商完成,最后1步由控制器供应商完成.
控制器设计总则是：严格按照整机工艺流程需要,忠实执行整机工艺要求,同时还须满足安全性、稳定性和精确性的要求.
1.2 风机控制器与整机的关系
风机控制器对风机整机各部件进行监控,按照不同安全级别（或者故障状态）给出各部件的相应运行模式并监控其运行.
风机控制器与整机的关系可以简单理解为图2所示的结构,与逆变器之间只有状态的逻辑关联,没有真正意义上的控制连接.
图2 风机控制器与整机的关系
2 风机控制器变桨控制设计基本原理
风能转化为机械能Pm输出的公式［2］为Pm等于0.5ρACpv3(1)式中：ρ为空气密度;A为风力机扫掠面积;Cp为风能利用率;v为迎风速度.
在一定风速条件下,Cp值越高,机械能Pm的效率越高.Cp与叶尖速比λ的关系接近1个正态分布曲线,对应最大的Cp值有最佳的λ,λ的公式［6］为
结论：关于本文可作为风力发电方面的大学硕士与本科毕业论文风力发电论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
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