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風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間：2015-08-04 18:01

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)由多個(gè)部分組成，而控制系統(tǒng)貫穿到每個(gè)部分，相當(dāng)于風(fēng)電系統(tǒng)的神經(jīng)。因此控制系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)、發(fā)電量的多少以及設(shè)備的安全。目前風(fēng)力發(fā)電亟待研究解決的的兩個(gè)問(wèn)題：發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量都和風(fēng)電控制系統(tǒng)密切相關(guān)。對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，取得了一定進(jìn)展，隨著現(xiàn)代控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，為風(fēng)電控制系統(tǒng)的研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　控制系統(tǒng)的組成

　　風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)分為三個(gè)層次：這就是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行，獲取最大能量，提供良好的電力質(zhì)量。

　　控制系統(tǒng)組成主要包括各種傳感器、變距系統(tǒng)、運(yùn)行主控制器、功率輸出單元、無(wú)功補(bǔ)償單元、并網(wǎng)控制單元、安全保護(hù)單元、通訊接口電路、監(jiān)控單元。

　　具體控制內(nèi)容有：信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉(zhuǎn)速控制、自動(dòng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制、功率因數(shù)控制、偏航控制、自動(dòng)解纜、并網(wǎng)和解列控制、停機(jī)制動(dòng)控制、安全保護(hù)系統(tǒng)、就地監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)然對(duì)于不同類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制單元會(huì)不相同。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：

　　針對(duì)上述結(jié)構(gòu)，目前絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)都采用集散型或稱(chēng)分布式控制系統(tǒng)(DCS)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。采用分布式控制最大優(yōu)點(diǎn)是許多控制功能模塊可以直接布置在控制對(duì)象的位置。就地進(jìn)行采集、控制、處理。避免了各類(lèi)傳感器、信號(hào)線(xiàn)與主控制器之間的連接。同時(shí)DCS現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，便于控制程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及在機(jī)組運(yùn)行時(shí)可隨時(shí)修改控制參數(shù)。并與其他功能模塊保持通信，發(fā)出各種控制指令。目前計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對(duì)順序邏輯控制發(fā)展起來(lái)的電子設(shè)備，目前功能上有較大提高。很多廠(chǎng)家也開(kāi)始采用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(FCS)在進(jìn)入九十年代中期以后發(fā)展也十分迅猛，以至于有些人已做出預(yù)測(cè)：基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。

　　控制系統(tǒng)技術(shù)

　　風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的控制技術(shù)和伺服傳動(dòng)技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)，這是因?yàn)樽匀伙L(fēng)速的大小和方向是隨機(jī)變化的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)和退出電網(wǎng)、輸入功率的限制、風(fēng)輪的主動(dòng)對(duì)風(fēng)以及對(duì)運(yùn)行過(guò)程中故障的檢測(cè)和保護(hù)必須能夠自動(dòng)控制。同時(shí)，風(fēng)力資源豐富的地區(qū)通常都是邊遠(yuǎn)地區(qū)或是海上，分散布置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常要求能夠無(wú)人值班運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控，這就對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和可靠性提出了很高的要求。

　　與一般工業(yè)控制過(guò)程不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是綜合性控制系統(tǒng)。它不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行控制。而且還要根據(jù)風(fēng)速與風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電量。

　　由于變距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)的效果仍不理想，到了20世紀(jì)90年代中期，基于變距技術(shù)的各種變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始進(jìn)入風(fēng)電場(chǎng)。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系

　　整個(gè)控制系統(tǒng)可分為：轉(zhuǎn)速調(diào)整單元、有功功率調(diào)整單元和電壓調(diào)整單元(無(wú)功功率調(diào)整)。它們分別接受風(fēng)速和轉(zhuǎn)速，有功功率、無(wú)功功率指令，并產(chǎn)生一個(gè)綜合信號(hào)，送給勵(lì)磁控制裝置，改變勵(lì)磁電流的幅值、頻率與相位角，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機(jī)既可調(diào)節(jié)有功功率，又可調(diào)節(jié)無(wú)功功率，有風(fēng)時(shí)，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電;無(wú)風(fēng)時(shí)，也可作抑制電網(wǎng)頻率和電壓波動(dòng)的補(bǔ)償裝置。

　　雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中，可以解決風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)。機(jī)組效率低等問(wèn)題。同時(shí)，由于雙饋電機(jī)對(duì)無(wú)功功率、有功功率均可調(diào)，對(duì)電網(wǎng)可起到穩(wěn)壓。穩(wěn)頻的作用，提高了發(fā)電質(zhì)量。與同步機(jī)交一直一交系統(tǒng)相比，它還具有變頻裝置容量小(一般為發(fā)電機(jī)額定容量的10%～20%左右)、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。但這種結(jié)構(gòu)也還存在一些問(wèn)題，如控制電路復(fù)雜一些，不同的控制方法效果有一定差異。另外該結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)更容易受到電網(wǎng)故障的影響。目前國(guó)內(nèi)有多家開(kāi)發(fā)成功雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)，如蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司與清華大學(xué)、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)合作研制的兆瓦級(jí)變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制設(shè)備，采用全數(shù)字化矢量控制方法。中科院電工研究所研制的兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用IGBT技術(shù)、雙PWM雙向可逆變流控制。