并網型風力發電機組的調節控制
隨著計算機技術與先進的控制技術應用到風電領域,并網運行的風力發電控制技術得到了較快發展,控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發展,甚至向智能型控制發展。作為風力資源較為豐富的之一,我國加快了風電技術領域的自主開發與研究,“十五”期間,600kw風力發電機組開始產業化實施,兆瓦級失速型。兆瓦級變速恒頻的風力發電機組國產化已列入“863”科技攻關頂目。本文針對當前并網型風力發電機組的幾種功率凋節控制技術進行了介紹,并指出其各自的優缺點。
l 定槳距失速調節型風力發電機組 定獎距是指槳葉與輪載的連接是固定的,槳距角固定不變,即當風速變化時,槳葉的迎風角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性,當風速高于額定風速69,氣流的攻角增大到失速條件,使槳葉的表面產生渦流,效率降低,來限制發電機的功率輸出。為了提高風電機組在低風速時的效率,通常采用雙速發電機(即大/小發電機)。在低風速段運行的,采用小電機使槳葉縣有較高的氣動效率,提高發電機的運行效率。 失速調節型的優點是失速調節簡單可靠,當風速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調節而控制系統不作任何控制,使控制系統大為減化。其缺點是葉片重晏大(與變槳距風機葉片比較),槳葉、輪載、塔架等部件受力較大,機組的整體效率較低。
2 變槳距調節型風力發電機組 變獎距是指安裝在輪載上的葉片通過控制改變其槳距角的大小。其調節方法為:當風電機組達到運行條件時,控制系統命令調節槳距角調到45”,當轉速達到一定時,再調節到0“,直到風力機達到額定轉速并網發電;在運行過程中,當輸出功率小于額定功率時,槳距角保持在0°位置不變,不作任何調節;當發電機輸出功率達到額定功率以后,調節系統根據輸出功率的變化調整槳距角的大小,使發電機的輸出功率保持在額定功率。隨著風電控制技術的發展,當輸出功率小于額定功率狀態時,變槳距風力發電機組采用OptitiP技術,即根據風速的大小,調整發電機轉差率,使其盡量運行在佳葉尖速比,優化輸出功率。變槳距調節的優點是槳葉受力較小,槳葉做的較為輕巧。槳距角可以隨風速的大小而進行自動調節,因而能夠盡可能多的吸收風能轉化為電能,同時在高風速段保持功率平穩輸出。缺點是結構比較復雜,故障率相對較高。
3 主動失速調節型風力發電機組 將定槳距失速調節型與變槳距調節型兩種風力發電機組相結合,充分吸取了被動失速和槳距調節的優點,槳葉采用失速特性,調節系統采用變槳距調節。在低風速肘,將槳葉節距調節到可獲取大功率位置,槳距角調整優化機組功率的輸出;當風力機發出的功率超過額定功率后,槳葉節距主動向失速方向調節,將功率調整在額定值以下,限制機組大功率輸出,隨著風速的不斷變化,槳葉僅需要微調維持失速狀態。制動剎車時,調節槳葉相當于氣動剎車,很大程度上減少了機械剎車對傳動系統的沖擊。主動失速調節型的優點是其言了定獎距失速型的特點,并在此基礎上進行變槳距調節,提高了機同頻率后并入電網。機組在葉片設計上采用了變槳距結構。
其調節方法是:在起動階段,通過調節變槳距系統控制發電機轉速,將發電機轉速保持在同步轉速附近,尋找佳并網時機然后平穩并網;在額定風速以下時,主要調節發電機反力轉矩使轉速跟隨風速變化,保持佳葉尖速比以獲得大風能;在額定風速以上時,采用變速與槳葉節距雙重調節,通過變槳距系統調節限制風力機獲取能量,保證發電機功率輸出的穩定性,獲取良好的動態特性;而變速調節主要用來響應快速變化的風速,減輕槳距調節的頻繁動作,提高傳動系統的柔性。變速恒頻這種調節方式是目前公認的優化調節方式,也是未來風電技術發展的主要方向。變速恒頻的優點是大范圍內調節運行轉速,來適應因風速變化而引起的風力機功率的變化,可以大限度的吸收風能,因而效率較高;控制系統采取的控制手段可以較好的調節系統的有功功率、無功功率,但控制系統較為復雜。
l 定槳距失速調節型風力發電機組 定獎距是指槳葉與輪載的連接是固定的,槳距角固定不變,即當風速變化時,槳葉的迎風角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性,當風速高于額定風速69,氣流的攻角增大到失速條件,使槳葉的表面產生渦流,效率降低,來限制發電機的功率輸出。為了提高風電機組在低風速時的效率,通常采用雙速發電機(即大/小發電機)。在低風速段運行的,采用小電機使槳葉縣有較高的氣動效率,提高發電機的運行效率。 失速調節型的優點是失速調節簡單可靠,當風速變化引起的輸出功率的變化只通過槳葉的被動失速調節而控制系統不作任何控制,使控制系統大為減化。其缺點是葉片重晏大(與變槳距風機葉片比較),槳葉、輪載、塔架等部件受力較大,機組的整體效率較低。
2 變槳距調節型風力發電機組 變獎距是指安裝在輪載上的葉片通過控制改變其槳距角的大小。其調節方法為:當風電機組達到運行條件時,控制系統命令調節槳距角調到45”,當轉速達到一定時,再調節到0“,直到風力機達到額定轉速并網發電;在運行過程中,當輸出功率小于額定功率時,槳距角保持在0°位置不變,不作任何調節;當發電機輸出功率達到額定功率以后,調節系統根據輸出功率的變化調整槳距角的大小,使發電機的輸出功率保持在額定功率。隨著風電控制技術的發展,當輸出功率小于額定功率狀態時,變槳距風力發電機組采用OptitiP技術,即根據風速的大小,調整發電機轉差率,使其盡量運行在佳葉尖速比,優化輸出功率。變槳距調節的優點是槳葉受力較小,槳葉做的較為輕巧。槳距角可以隨風速的大小而進行自動調節,因而能夠盡可能多的吸收風能轉化為電能,同時在高風速段保持功率平穩輸出。缺點是結構比較復雜,故障率相對較高。
3 主動失速調節型風力發電機組 將定槳距失速調節型與變槳距調節型兩種風力發電機組相結合,充分吸取了被動失速和槳距調節的優點,槳葉采用失速特性,調節系統采用變槳距調節。在低風速肘,將槳葉節距調節到可獲取大功率位置,槳距角調整優化機組功率的輸出;當風力機發出的功率超過額定功率后,槳葉節距主動向失速方向調節,將功率調整在額定值以下,限制機組大功率輸出,隨著風速的不斷變化,槳葉僅需要微調維持失速狀態。制動剎車時,調節槳葉相當于氣動剎車,很大程度上減少了機械剎車對傳動系統的沖擊。主動失速調節型的優點是其言了定獎距失速型的特點,并在此基礎上進行變槳距調節,提高了機同頻率后并入電網。機組在葉片設計上采用了變槳距結構。
其調節方法是:在起動階段,通過調節變槳距系統控制發電機轉速,將發電機轉速保持在同步轉速附近,尋找佳并網時機然后平穩并網;在額定風速以下時,主要調節發電機反力轉矩使轉速跟隨風速變化,保持佳葉尖速比以獲得大風能;在額定風速以上時,采用變速與槳葉節距雙重調節,通過變槳距系統調節限制風力機獲取能量,保證發電機功率輸出的穩定性,獲取良好的動態特性;而變速調節主要用來響應快速變化的風速,減輕槳距調節的頻繁動作,提高傳動系統的柔性。變速恒頻這種調節方式是目前公認的優化調節方式,也是未來風電技術發展的主要方向。變速恒頻的優點是大范圍內調節運行轉速,來適應因風速變化而引起的風力機功率的變化,可以大限度的吸收風能,因而效率較高;控制系統采取的控制手段可以較好的調節系統的有功功率、無功功率,但控制系統較為復雜。










































