第一篇：變速恒頻雙饋風力發電機組控制技術研究

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變速恒頻雙饋風力發電機組控制技術研究 作者：張鳳 張曉紅 盧業蕙

來源：《科技創新導報》2012年第35期

摘 要：該文分析了變速恒頻雙饋風力發電系統的運行區域，并針對高低風速區采取不同的控制策略，實現低風速區最大風能追蹤和高風速區的額定功率保持。

關鍵詞：風力發電機組 變速恒頻 控制策略

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-0

1在當今新能源技術開發中，風電成為最成熟、最具開發利用的發電技術。風電機組是風電系統的重要裝置，直接影響輸出電能的質量和效率，因此選取合適的控制策略是保證系統安全、高效運行的關鍵。變速恒頻雙饋感應風力發電系統

變速恒頻雙饋感應風力發電系統中，風力機通過齒輪箱與發電機轉子相連，發電機定子直接連接到電網，轉子通過變頻器并網。“雙饋”是指發電機的定、轉子同時向電網饋電。

根據不同的風速，風力發電機組主要有五個運行區域，如圖1所示，每個運行區域機組的輸出功率不同。

圖1 雙饋風力發電機組的運行區域

其中，A為并網區；B為最大風能追蹤（MPPT）區域；C為過渡區；D為功率限制區。E為切出停機區。

由于風速的不斷變化，風電機組運行在不同的運行區域。通常將發電機組的運行策略確定為：低風速區域，實現最大風能的追蹤或使發電機的轉速最大。高風速區域，實現發電機組保持額定功率輸出。低風速區風力發電機組的控制策略

（1）矢量控制雙饋發電機組矢量控制的目標是對發電機中復雜變量間的關系解耦，使實現控制變得簡單。基于雙饋發電機的動態數學模型利用基于定子磁鏈定向的矢量控制實現有功功率P和無功功率Q的解耦控制，再分別對其施行閉環控制，實現風電系統的變速恒頻運行和最大風能捕獲[1]。

（2）直接轉矩控制（DTC）直接轉矩控制是通過對感應發電機的磁鏈和轉矩做滯環比較，再適當選擇逆變器的開關狀態實現對發電機轉矩的控制，進而實現對發電機最大轉速的控制。

直接轉矩控制的磁鏈軌跡有兩種形式，一種正六邊形，六條邊對應于六個電壓矢量，通過切換逆變器的開關狀態，實現對磁鏈軌跡的控制[2]；另一種圓形，通過實時計算發電機的轉矩和磁鏈的誤差，結合定子磁鏈的空間位置選擇相應的開關矢量。

（3）滑模變結構控制滑模變結構控制是利用其高速開關特性將系統的相軌跡引導到一個設計好的曲面上，使系統的狀態變量在設計好的的曲面上做滑模運動。雙饋感應發電系統以功率相對誤差作為切平面，實現誤差跟蹤和風能最大捕獲[3]；以力矩為控制信號，解決滑動模切換抖動的問題。高風速區風力發電機組的控制策略

當風速達到或超過額定風速后，風力發電機組進入功率限制區。變槳距控制技術是指通過調節槳葉的節距角，改變氣流對槳葉的攻角，進而控制風輪捕獲的轉矩或者功率，在高風速區域通過對槳葉節距角的調整，調節發電機的輸出功率保持

恒定。

（1）模糊PID控制。模糊PID控制在雙饋風電系統的應用是將控制規則利用模糊集表示成規則庫存入到計算機，計算機根據實際響應狀況進行模糊推理，實現對PID參數的最優調整，改善了系統的動態性能，提高系統的抗干擾性和魯棒性。給定信號為發電機的限制功率或轉速，反饋信號與給定信號比較，對誤差和誤差的變化率進行模糊推理，對PID參數進行調整后發出槳葉節距角信號，控制節距角增大或減小[4]。

（2）H∞魯棒控制。H∞魯棒控制是指在Hardy空間中通過一些性能指標的無窮范數將被控系統的設計問題轉變為H∞范數最小化的問題。在風速和風向不斷變化的情況下，利用魯棒控制器設計的轉速控制器使發電機在設定好的風速范圍內運行，實現在低風速區的最大風能追蹤和高風速區的保持額定功率控制[5]。結語

該文針對不同運行區域的控制目標，分析了風力機特性，研究了實現最大風能追蹤的控制策略，通過調節機組轉矩或轉速，保持最佳葉尖速比，追蹤最佳功率曲線。在高風速區域，對發電機組的變槳距控制技術進行研究，并對各控制方式進行分析總結。

參考文獻

[1] 張志，清靈，朱一凡.變速恒頻雙饋風力發電系統最大風能捕獲[J].電機與控制應用，2010，37（4）：18-21.[2] 邢作霞，鄭瓊林.雙饋變速恒頻風力發電機組直接轉矩控制[J].遼寧工程技術大學學報，2006，25（4）：556-559.[3] 劉遠濤，楊俊華，謝景鳳，等.雙饋風力發電機有功功率和無功功率的滑模解耦控制[J].電機與控制應用，2010，37（4）：39-43.[4] 王江.風力發電變槳距控制技術研究[D].合肥：合肥工業大學，2009.[5] 張先勇，吳捷，楊金明，等.額定風速以上風力發電機組的恒功率H∞魯棒控制[J].控制理論與應用，2008，25（2）：321-324.

第二篇：風力發電機組檢測與控制

?風力發電機組檢測與控制?

課程編號:

課程名稱：?風力發電機組檢測與控制?英文名稱：《monitoring and control of wind turbine generator system 》總 學 時：48

總 學 分：

3適用對象: 風能與動力工程專業本科學生

先修課程：?自動控制原理、風力發電原理?

一、課程性質、目的和任務

該課程為風能與動力工程本科專業學生必修課，目的使學生了解風力發電機組檢測與控制系統的組成與結構原理；掌握與風力發電機組相關信號、過程參數的檢測方法；控制系統構成與控制方法分析。為今后從事風力發電機組設計、運行與維護工作打下基礎。

二、教學要求和內容

?基本要求?：學習并掌握不同風力發電機組對檢測與控制系統的要求，學習掌握機組主要測量參數的測量原理，控制對象與控制系統結構與工作原理。

?基本內容?：風力發電機組檢測與控制系統的組成，機組運行過程電氣、風力、機組狀態參數檢測，機組啟動、運行、故障等過程控制。

三、教學安排及方式

采取以課堂講授為主，課堂討論和實驗為輔的教學手段，結合控制系統實驗臺使學生有直觀形象的知識掌握。

五、推薦教材和教學參考書

教材：自編

參考書：《風力發電機組的控制技術》葉杭冶編著 機械工業出版社

六、補充說明

大綱執筆者：呂躍剛大綱校對者： 大綱審核者： 制定日期：

第三篇：雙饋風力發電機功率解耦控制的研究

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雙饋風力發電機功率解耦控制的研究

作者：齊向東 史巖鵬

來源：《現代電子技術》2012年第18期

摘要：介紹雙饋風力發電機的基本原理，利用矢量控制并結合定子磁場定向的矢量控制，建立基于Matlab的雙閉環控制系統仿真模型。為了更為準確地實現定子磁場定向并考慮到定子繞組電阻對磁場定向的影響，采用改進型的定子磁鏈觀測模型。通過仿真驗證了采用改進型定子磁場定向的雙饋風力發電控制系統，實現了有功功率和無功功率解耦。

關鍵詞：矢量控制；磁場定向；雙饋風力發電機；雙閉環控制系統

中圖分類號：TN911—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0185—03引言

風能作為一種清潔可再生能源，在資源消耗日益增長的今天，其發展前景相當可觀。而采用雙饋風力發電機作為風力發電設備有著顯著的發展優勢，風力發電的發展將大規模減少常規能源的消耗，有效地改善我國的能源結構。

變速恒頻風力發電控制技術[1—2]是目前最優的控制方式。交流勵磁變頻器只需提供轉差功率就能大大減小變頻器的容量，它可以通過調節電機轉子勵磁電壓頻率，實現定子電壓恒頻輸出，通過磁場定向調節轉子電流的轉矩分量和勵磁分量[3—4]，實現功率的獨立調節，進而實現風力發電機的最大風能跟蹤。

第四篇：風力發電機組的基本控制策略

風力發電機組的基本控制策略

2008年10月29日 星期三 16:29

(一)風力發電機組的工作狀態

風力發電機組總是工作在如下狀態之一：①運行狀態；②暫停狀態；③停機狀態；④緊急停機狀態。每種工作狀態可看作風力發電機組的一個活動層次，運行狀態處在最高層次，緊停狀態處在最低層次。

為了能夠清楚地了解機組在各種狀態條件下控制系統是如何反應的，必須對每種工作狀態作出精確的定義。這樣，控制軟件就可以根據機組所處的狀態，按設定的控制策略對調向系統、液壓系統、變槳距系統、制動系統、晶閘管等進行操作，實現狀態之間的轉換。

以下給出了四種工作狀態的主要特征及其簡要說明。

(1)運行狀態：

1)機械剎車松開；

2)允許機組并網發電；

3)機組自動調向；

4)液壓系統保持工作壓力；

5)葉尖阻尼板回收或變槳距系統選擇最佳工作狀態。

(2)暫停狀態：

1)機械剎車松開；

2)液壓泵保持工作壓力；

3)自動調向保持工作狀態；

4)葉尖阻尼板回收或變距系統調整槳葉節距角向90°方向；

5)風力發電機組空轉。

這個工作狀態在調試風力發電機組時非常有用，因為調試風力機的目的是

要求機組的各種功能正常，而不一定要求發電運行。

(3)停機狀態

1)機械剎車松開

2)液壓系統打開電磁閥使葉尖阻尼板彈出，或變距系統失去壓力而實現機械旁路；

3)液壓系統保持工作壓力；

4)調向系統停止工作。

(4)緊急停機狀態：

1)機械剎車與氣動剎車同時動作；

2)緊急電路(安全鏈)開啟；

3)計算機所有輸出信號無效；

4)計算機仍在運行和測量所有輸入信號。

當緊停電路動作時，所有接觸器斷開，計算機輸出信號被旁路，使計算機沒有可能去激活任何機構。

第五篇：風力發電機組控制技術學習心得體會

風力發電機組控制技術學習心得體會

在風力發電系統中，控制技術和伺服傳動技術是其中的關鍵技術。這是因為自然風速的大小和方向是隨機變化的，風力發電機組的切入和切出、輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運行過程中故障的檢測和保護必須能夠自動控制。同時，風力資源豐富的地區通常都是海島或邊遠地區甚至海上，分散布置的風力發電機組通常要求能夠無人值班運行和遠程監控，這就對風力發電機組的控制系統的可靠性提出了很高的要求。

要研究一套可靠的風電控制系統，首先要了解風力機工作的基本原理，包括風力機的能量轉換過程、空氣動力特性、簡化葉素動量理論和渦流理論等。掌握以上知識，才能知道在何種情況下應進行何種控制以及對哪些參數進行控制才能達到相應效果。

在對風力機的控制策略進行歸納后得出風力機的控制要素主要有以下幾部分：轉速、偏航、停機、發電機。其中轉速控制分為定槳距控制和變槳距控制，變槳距控制又可分為恒速恒頻和變速恒頻控制。定槳距控制的策略是在風速過大時采取失速控制以防轉速過大，變槳距控制則相對靈活主要通過調節槳距角和轉速使風力機的運行符合要求。

目前風力發電機組的控制技術從機組的定槳距恒速運行發展到基于變速恒頻技術的變速運行，對于風力機的變速恒頻運行，除需要了解風力機的原理之外，還需掌握風電機組控制系統的特性。這種特性主要是風力機的功率因數與葉尖速比和槳距角的關系。對于某一固定的槳距角，存在唯一的最佳速比使得功率因數最大。而對于任意的葉尖速比，槳距角為0度時功率因數相對最大，槳距角增大，功率因數明顯減小。根據這種特性，變速恒頻控制的策略就是在額定功率前都將槳距角置于最小的位置，一般3度左右，這時調節發電機的轉速n，使得葉尖速比始終對應最佳功率因數點。當風速超過額定風速時，則增大槳距角使風力機的功率穩定在允許范圍之內。

可以說，這種控制策略已經基本實現了風力發電機組從能夠向電網提供電力到理想地向電網提供電力的最終目標。而依據這種策略研發風電機組的控制系統則是我們今后工作的重要一環