風力發電機組控制技術學習心得體會

第一篇：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。這是因爲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，分散佈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後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。其中轉速控制分爲定槳距控制和變槳距控制，變槳距控制又可分爲恆速恆頻和變速恆頻控制。定槳距控制的策略是在風速過大時採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恆速運行發展到基於變速恆頻技術的變速運行，對於風力機的變速恆頻運行，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係。對於某一固定的槳距角，存在唯一的最佳速比使得功率因數最大。而對於任意的葉尖速比，槳距角爲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，變速恆頻控制的策略就是在額定功率前都將槳距角置於最小的位置，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範圍之內。

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後工作的重要一環

第二篇：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

2014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。

爲了能夠清楚地瞭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徵及其簡要說明。

(1)運行狀態：

1)機械剎車鬆開；

2)允許機組併網發電；

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)機械剎車鬆開；

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，因爲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)機械剎車鬆開

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)開啓；

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。

第三篇：大功率風力發電機組併網控制技術的研究

大功率風力發電機組併網控制技術的研究

摘要：本文綜合了幾種常用風力發電機的併網控制技術，分析比較了它們各自應用於風力發電上的優缺點，並指出風力發電技術今後的發展趨勢爲：無刷雙饋發電機將在變速恆頻風力發電系統中得到廣泛應用，最後對在鄱陽湖風力發電機組中應用無刷雙饋發電機的具體案例進行了分析。

關鍵詞：風力發電併網技術無刷雙饋電機

一．引言

近年來，全球化能源危機日趨嚴重，資源短缺和環境惡化，使各國開始重視開發和利用可再生、無污染的能源。風能，是當今可再生的、資源豐富的清潔能源。由於電力電子技術的飛速發展和廣泛應用，使許多新的風力發電系統技術不斷提出，如異步發電機、同步發電機、磁阻電機等，但由於這些系統成本比較高，在增加風能捕獲能力的同時，要求系統增加更多成本，是的額外的捕獲風能變得意義不大。目前，交流勵磁變速恆頻發電技術在理論上是最優化的一種調節技術。此方法通過在雙饋發機轉自側施加三相交流電進行勵磁，來調節勵磁電流的幅值、頻率和相位，使定子側輸出恆頻恆壓。這樣不但可以大大提高能量轉換效率，還能實現有功和無功功率的解耦控制，提高電力系統的調節能力和穩定性。因此，運用該技術進行風力發電系統的併網控制，具有非常重要的意義。

二．風力發電機組的併網控制技術

1. 同步發電機組的併網

在併網發電系統中普遍應用的是同步發電機。它在運行中，既能輸出有功功率，又能提供無功功率，輸出的電能質量高，已被電力系統廣泛應用。不過，把它移植到風力發電機組使用時，效果卻不夠理想，這是因爲風速隨機變化，作用在轉子上的轉矩很不穩定，使得併網時其調速性能達不到期望的精度，使得併網比較難。圖1爲其常見的原理圖。

圖1 同步發電機併網結構圖

2. 異步發電機的併網

異步發電機投入運行時，由於靠轉差率來調整負荷，因此對機組的調速精度要求不高，只要轉速接近同步轉速就可併網，而且併網後不會產生震盪和失步，運行非常穩定。同時也存在一些問題，如直接併網時產生的過大沖擊電流造成電壓大幅度下降，對系統安全運行構成威脅；它本身不發無功功率，需要無功補償等。圖2爲其總體發電結構圖。

圖2 異步電機併網結構圖

3. 無刷雙饋發電機的併網

無刷雙饋電機（bdfm）作爲一種新型電機，結構與運行機理異於傳統電機。它的定子上有兩套級數不同的繞組。一個爲功率繞組，直接接電網；另一個爲控制繞組，通過雙向變頻器接電網。其轉子結構爲籠型結構，無需電刷和滑環，但流過定子勵磁繞組的功率僅爲無刷雙饋電機總功率的一小部分。採用無刷雙饋發電機的控制方案後，不僅可實現變速恆頻控制，降低變頻器的容量，還可在矢量控制策略下實現有功和無功的靈活控制，起到無功補償的作用。無刷雙饋發電機取消了電刷和滑環，結構簡單，堅固可靠，適用於風力發電的工作環境，保障了併網後風力發電機組的安全運行。輸出側直接接電網而不經過變頻器，使得併網後的電能質量更好。圖

3爲無刷雙饋電機風力發電系統的原理圖。

圖3無刷雙饋電機風力發電系統的原理圖

如上圖所示，無刷雙饋發電機的變速恆頻控制，就是根據風力機轉速的變化相應的控制轉子勵磁電流的頻率，使無刷雙饋發電機輸出的電壓頻率與電網保持一致。傳統的風力發電機組多采用異步發電機，併網時對電網的衝擊大，而無刷雙饋發電機可通過對轉子勵磁電流的控制，實現軟併網，避免併網時發生電流衝擊和電壓波動。在併網前用電壓傳感器分別檢測出電網和發電機功率繞組的頻率、幅值、相位和相序，並通過雙向變流器調節控制繞組的勵磁電流，使功率繞組輸出的電壓與電網相應電壓頻率、幅值和相位一致，這就滿足了自動併網運行。

三．無刷雙饋發電機在鄱陽湖風力發電機組中的應用

1. 無刷雙饋發電機的發電系統原理圖

圖4無刷雙饋發電機的發電系統原理圖

由圖4可知，整個發電系統由風機、齒輪箱、無刷雙饋發電機、變換器及其控制構成。其中無刷雙饋發電機和變換器是發電系統的主要部分。

2. 變換器電路的結構

圖5爲變換器的結構圖。

圖5變換器電路拓撲結構

3. 發電系統的網側變換器

圖6爲網側變換器的結構圖。

圖6 變換器的結構圖

由圖可知，變流器結構包括6個電力電子開關器件組成的逆變環節、輸出濾波器和其它輔助控制環節。

4. 無刷雙饋電機調速系統的仿真

（1）仿真模型的建立

圖7爲假想的鄱陽湖風力發電機組調速系統的仿真模型。由該圖可知，本系統是雙閉環串級調速系統，它由速度調節器、電流調節器、觸發電路、速度變換等部分組成，其中整流器和逆變器是主要電能轉換部分。

圖7 無刷雙饋電機的調速系統仿真模型

其中子系統爲變流器和電機部分的仿真圖。結構如圖8所示。

圖8變流器及電機的仿真模型

（2）仿真結果

參數設置：假定給定轉速n=1500r/min,轉矩t=15n*m,電壓u=220v交流電。仿真結果如圖9所示。從上到下爲轉速n和轉子電流i的波形。由圖可知，在1s時進行了調速，使轉速n下降，轉子電流i基本保持不變。

圖9 仿真結果

四．結論

本文對三種不同的大功率風力發電機組併網控制技術進行了分析，指出了它們各自的優缺點。在此基礎上，提出無刷雙饋發電機將在變速恆頻風力發電領域得到廣泛的應用。最後，假想無刷雙饋發電機在鄱陽湖風力發電機組中的應用，並對此進行了分析，還對無刷雙饋發電機的雙閉環串級調速系統進行了仿真研究。由仿真結果可知，發電機轉速急速上升並趨於穩速運行，在t=1s時另加一突增恆值負載，發電機轉速即可下落，直到與此負載相對應的轉速便穩定運行。這說明系統實際速度能夠實現對給定輸入與擾動輸入信號的良好跟蹤。由於採用pi調節器的轉速—電流雙閉環結構，具有良好的動態過程。

第四篇：風力發電機組併網技術

風力發電機組併網技術

20世紀90年代，, bhowink, machromoum, 等學者對雙饋電機在變速恆頻風力發電系統中的應用進行了理論、仿真分析和試驗研究，爲雙饋電機在風力發電系統中的應用打下了理論基礎。同時，電力電子技術和計算機技術的高速發展，使得采用電力電子元件(igbt等)和脈寬調製(pwm)控制

的變流技術在雙饋電機控制系統中得到了應用，這大大促進了雙饋電機控制技術在風電系統中的應用。八十年代以後，功率半導體器件發展的主要方向是高頻化、大功率、低損耗和良好的可控性，並在交流調速領域內得到廣泛應用，使其控制性能可以和直流電機媲美。九十年代微機控制技術的發展，加速了雙饋電機在工業領域的應用步伐。近十年來是雙饋電機最重要的發展階段，變速恆頻雙饋風力發電機組已由基本控制技術向優化控制策略方向發展。其勵磁控制系統所用變流裝置主要有交交變流器和交直交變流器兩種結構形式:(1)交交變流器的特點是容量大，但是輸出電壓諧波多，輸入側功率因數低，使用功率元件數量較多。(2)採用全控電力電子器件的交直交變流器可以有效克服交交變流器的缺點，而且易於控制策略的實現和功率雙向流動，非常適用於變速恆頻雙饋風力發電系統的勵磁控制。

爲了改善發電系統的性能，國內外學者對變速恆頻雙饋發電機組的勵磁控制策略進行了較深入的研究，主要爲基於各種定向方式的矢量控制策略和直接轉矩控制策略。我國科研機構從上世紀九十年代開始了對變速恆頻雙饋風力發電系統控制技術的研究，但大多數研究還僅限於實驗室，只有部分研究成果在中，在小型風力發電機的勵磁控制系統中得到應用。因此，加快雙饋機組的勵磁控制技術的研究進度對提高我國風電機組自主化進程具有重要意義。

除了上面提到的雙饋風力發電系統勵磁控制技術研究以外，變速恆頻雙饋風力發電系統還有許多研究熱點包括:

(i)風力發電系統的軟併網軟解列研究

軟併網和軟解列是目前風力發電系統的一個重要部分。一般的，當電網容量比發電機的容量大得多的時候，可以不考慮發電機併網的衝擊電流，鑑於目前併網運行的發電機組已經發展到兆瓦級水平，所以必須要限制發電機在併網和解列時候的衝擊電流，做到對電網無衝擊或者衝擊最小。

(2)無速度傳感器技術在雙饋異步風力發電系統應用的研究

近年，雙饋電機的無位置以及無速度傳感器控制成了風力發電領域的一個重要研究方向，在雙饋異步風力發電系統中需要知道電機轉速以及位置信息，但是速度以及位置傳感器的採用提高了成本並且帶來了一些不便。理論上可以通過電機的電壓和電流實時計算出電機的轉速，從而實現無速度傳感器控制。如果採用無傳感器控就可以使發電機和逆變器之間連線消除，降低了系統成本，增強了控制系統的抗干擾性和可靠性。

(3)電網故障狀態下風力發電系統不間斷運行等方面

併網型雙饋風力發電機系統的定子繞組連接電網上，在運行過程中，各種原因引起的電網電壓波動、跌落甚至短路故障會影響發電機的不間斷運行。電網發生突然跌落時，發電機將產生較高的瞬時電磁轉矩和電磁功率，可能造成發電機系統的機械損壞或熱損壞，所以三相電網電壓突然跌落時的系統持續運行控制策略的研究是目前研究焦點問題之一。

此外，雙饋風力發電系統的頻率穩定以及無功極限方面也是目前研究的熱點。

在大型風力發電系統運行過程中，經常需要把風力發電機組接入電力系統並列運行。發電機併網是風力發電系統正常運行的“起點”，也是整個風力發電系統能夠良好運行的前提。其主要要求是限制發電機在併網時的瞬變電流，避免對電網造成過大的衝擊，併網過程是否平穩直接關係到含風電電網的穩定性和發電機的安全性。當電網的容量比發電機的容量大的多(大於25倍)的時候，發電機併網時的衝擊電流可以不考慮。但風力發電機組的單機容量越來越大，目前己經發展到兆瓦級水平，機組併網對電網的衝擊已經不能忽視。比較嚴重的後果不但會引起電網電壓的大幅下降，而且還會對發電機組各部件造成損害;而且，長時間的併網衝擊，甚至還會造成電力系統的解列以及威脅其它發電機組的正常運行。

因此必須通過合適的發電機併網方式來抑制併網衝擊電流。

目前，實現發電機併網的方式主要有兩種，一種被稱爲準同期方式，另一種被稱爲自同期方式。準同期方式是將已經勵磁的發電機在達到同期條件後併入電網;自同期方式則是將沒有被勵磁的發電機在達到額定轉速時併入電網，隨即給發電機加上勵磁，接着轉子被拉入同步。自同期方式由於當發電機合閘時，衝擊電流較大，母線電壓跌落較多而很少採用。因此，現在發電機的主要併網方式爲準同期方式，它能控制發電機快速滿足準同期條件，從而實現準確、安全併網。

異步風力發電機組併網

異步發電機投入運行時，由於靠轉差率來調整負荷，其輸出的功率與轉速近乎成線性關係，因此對機組的調速要求不像同步發電機那麼嚴格精確，不需要同步設備和整步操作，只要轉速接近同步轉速時就可併網。但異步發電機的併網也存在一些問題。例如直接併網時會產生過大的衝擊電流(約爲異步發電機額定電流的4～7倍)，並使電網電壓瞬時下降。隨着風力發電機組電機容量的不斷增大，這種衝擊電流對發電機自身部件的安全以及對電網的影響也愈加嚴重。過大的衝擊電流，有可能使發電機與電網連接的主迴路中自動開關斷開;而電網電壓的較大幅度下降；則可能會使低壓保護動作，從而導致異步發電機根本不能併網。另外，異步發電機還存在着本身不能輸出無功功率、需要無功補償、過高的系統電壓會造成發電機磁路飽和等問題。

目前，國內外採用異步發電機的風力發電機組併網方式主要有以下幾種。

(1)直接併網方式

這種併網方法要求併網時發電機的相序與電網的相序相同，當風力機驅動的異步發電機轉速接近同步轉速(90%一100%)時即可完成自動併網，見圖(2-6 )所示，自動併網的信號由測速裝置給出，然後通過自動空氣開關合閘完成併網過程。這種併網方式比同步發電機的準同步併網簡單，但併網瞬間存在三相短路現象，併網衝擊電流達到4～5倍額定電流，會引起電力系統電壓的瞬時下降。這種併網方式只適合用於發電機組容量較小或與大電網相併的場合。

(2)準同期併網方式

與同步發電機準同步併網方式相同，在轉速接近同步轉速時，先用電容勵磁，建立額定電壓，然後對已勵磁建立的發電機電壓和頻率進行調節和校正，使其與系統同步。當發電機的電壓、頻率、相位與系統一致時，將發電機投入電網運行，見圖(2-7)所示。採用這種方式，若按傳統的步驟經整步到同步併網，則仍須要高精度的調速器和整步、同期設備，不僅要增加機組的造價，而且從整步達到準同步併網所花費的時間很長，這是我們所不希望的。該併網方式合閘瞬間儘管衝擊電流很小，但必須控制在最大允許的轉矩範圍內運行，以免造成網上飛車。

(3)降壓併網方式

降壓併網是在異步發電機和電網之間串接電阻或電抗器或者接入自禍變壓器，以便達到降低併網合閘瞬間衝擊電流幅值及電網電壓下降的幅度。因爲電阻、電抗器等元件要消耗功率，在發電機進入穩態運行後必須將其迅速切除。顯然這種併網方法的經濟性較差。

(4)晶閘管軟併網方式

這種併網方式是在異步發電機定子與電網之間通過每相串入一隻雙向晶閘管連接起來，來對發電機的輸入電壓進行調節。雙向晶閘管的兩端與併網自動開關k2的動合觸頭並聯，如圖2-9所示。

接入雙向晶閘管的目的是將發電機併網瞬間的衝擊電流控制在允許的限度內。圖(2-9)示出軟併網裝置的原理。通過採集us和is的幅值和相位，對晶閘管的導通角進行控制。具體的併網過程是:當風力發電機組接收到由控制系統微處理機發出的啓動命令後，先檢查發電機的相序與電網的相序是否一致，若相序正確，則發出鬆閘命令，風力發電機組開始啓動；當發電機轉速接近同步轉速時(約爲99 % -100%同步轉速)，雙向晶閘管的控制角同時由180度到0度逐漸同步打開，與此同時，雙向晶閘管的導通角則同時由0度到180度逐漸增大，此時併網自動開關k2未動作，動合觸點未閉合，異步發電機即通過晶閘管平穩地併入電網，隨着發電機轉速的繼續升高，電機的轉差率趨於零，當轉差率爲零時，雙向晶閘管已全部導通，併網自動開關k2動作，短接雙向晶閘管，異步發電機的輸出電流將不再經雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關k2流入電網。在發電機併網後，應立即在發電機端併入補償電容，將發電機的功率因數(cos }p)提高到0.95以上。由於風速變化的隨機性，在達到額定功率前，發電機的輸出功率大小是隨機變化的，因此對補償電容的投入與切除也需要進行控制，一般是在控制系統中設有幾組容量不同的補償電容，根據輸出無功功率的變化，控制補償電容的分段投入或切除。這種併網方法的特點是通過控制晶閘管的導通角，來連續調節加在負載上的電壓波形，進而改變負載電壓的有效值。目前，採用晶閘管軟切入裝置((soft cut-in)已成爲大型異步風力發電機組中不可缺少的組成部分，用於限制發電機併網以及大小電機切換時的瞬態衝擊電流，以免對電網造成過大的衝擊。

晶閘管軟併網技術雖然是目前一種較爲先進的併網方法，但它也對晶閘管器件以及與之相關的晶閘管觸發電路提出了嚴格的要求，即晶閘管器件的特性要一致、穩定以及觸發電路可靠，只有發電機主迴路中的每相的雙向晶閘管特性一致，並且控制極觸發電壓、觸發電流一致，全開通後壓降相同，才能保證可控硅導通角在0度到180度範圍內同步逐漸增大，才能保證發電機三相電流平衡，

否則會對發電機

不利。

適合交流勵磁雙饋風力發電機組的併網技術

目前，適合交流勵磁雙饋風力發電機組的併網方式主要是基於定子磁鏈定向矢量控制的準同期併網控制技術，包括空載併網方式，獨立負載併網方式，以及孤島併網方式。另外，對於垂直軸型的雙饋機組，由於不能自動起動，所以必須採用“電動式”併網方式。下面對各種併網方式的實現原理分別給予了簡要介紹。

(1)空載併網技術

所謂空載併網就是併網前雙饋發電機空載，定子電流爲零，提取電網的電壓信息(幅值、頻率、相位)作爲依據提供給雙饋發電機的控制系統，通過引入定子磁鏈定向技術對發電機的輸出電壓進行調節，使建立的雙饋發電機定子空載電壓與電網電壓的頻率、相位和幅值一致。當滿足併網條件時進行併網操作，併網成功後控制策略從併網控制切換到發電控制。如圖(2-10)所示。

（2)獨立負載併網技術

獨立負載併網技術的基本思路爲:併網前雙饋電機帶負載運行(如電阻性負載)，根據電網信息和定子電壓、電流對雙饋電機和負載的值進行控制，在滿足併網條件時進行併網。獨立負載併網方式的特點是併網前雙饋電機已經帶有獨立負載，定子有電流，因此併網控制所需要的信息不僅取自於電網側，同時還取自於雙饋電機定子側。

負載併網方式發電機具有一定的能量調節作用，可與風力機配合實現轉速的控制，降低了對風力機調速能力的要求，但控制較爲複雜。

(3)孤島併網方式

孤島併網控制方案可分爲3個階段。第一階段爲勵磁階段，見圖(2-12)所示，從電網側引入一路預充電迴路接交—直—交變流器的直流側。預充電迴路由開關k1、預充電變壓器和直流充電器構成。

當風機轉速達到一定轉速要求後，k1閉合，直流充電器通過預充電變壓器給交—直—交變流器的直流側充電。充電結束後，電機側變流器開始工作，供給雙饋電機轉子側勵磁電流。此時，控制雙饋電機定子側電壓逐漸上升，直至輸出電壓達到額定值，勵磁階段結束。

第二階段爲孤島運行階段。首先將kl

斷開，然後啓動網側變流器，使之開始升壓運行，將直流側

升壓到所需值。此時，能量在網側變流器，電機側變流器以及雙饋電機之間流動，它們共同組成一個孤島運行方式。

第三階段爲併網階段。在孤島運行階段，定子側電壓的幅值、頻率和相位都與電網側相同。此時閉合開關k2，電機與電網之間可以實現無衝擊併網。併網後，可通過調節風機的槳距角來增加風力機輸入能量，從而達到發電的目的。

(4)“由動式”併網方式

前面介紹的幾種併網方式都是針對具有自起動能力的水平軸雙饋風力發電機組的準同期併網方式，對於垂直軸型的雙饋機組(又稱達裏厄型風力機)由於不具備自啓動能力，風力發電機組在靜止狀態下的起動可由雙饋電機運行於電動機工況來實現。

如圖(2-13)所示，爲實現系統起動在轉子繞組與轉子側變頻器之間安裝一個單刀雙擲開關k3，在進行併網操作時，首先操作k3將雙饋發電機轉子經電阻短路，然後閉合k1連接電網與定子繞組。在電網電壓作用下雙饋電機將以感應電動機轉子串電阻方式逐漸起動。通過調節轉子串電阻的大小，可以提高起動轉矩減小起動電流，從而緩解機組起動過程的暫態衝擊。當雙饋感應發電機轉速逐漸上升並接近同步轉速時，轉子電流將下降到零。在此條件下，操作k3斷開串聯電阻後將轉子繞組與轉子側變頻器相連接，同時觸發轉子側變頻器投入勵磁。最後在成功投入勵磁後，調節勵磁使雙饋發電機迅速進入定子功率或轉速控制狀態，完成機組起動過程。

這種併網方式實現方法簡單，通過適當的順序控制就能夠實現不具備自起動能力的雙饋發電機組的起動與併網的需要，如果電機轉子側安裝有“crowbarprotection”保護裝置，則通過控制器投切“crowbar protection”就可以實現系統的起動與準同期併網。

空載併網方式併網前發電機不帶負載，不參與能量和轉速的控制，所以爲了防止在併網前發電機的能量失衡而引起的轉速失控，應由原動機來控制發電機組的轉速。獨立負載併網方式併網前接有負載，發電機參與原動機的能量控制，表現在一方面改變發電機的負載，調節發電機的能量輸出，另一方面在負載一定的情況下，改變發電機轉速的同時，改變能量在電機內部的分配關係。前一種作用實現了發電機能量的粗調，後一種實現了發電機能量的細調。可以看出，空載併網方式需要原動機具有足夠的調速能力，對原動機的要求較高;獨立負載併網方式，發電機具有一定的能量調節作用，可與原動機配合實現轉速的控制，降低了對原動機調速能力的要求，但控制複雜，需要進行電壓補償和檢測更多的電壓、電流量。孤島併網方式是一種近年來才提出的比較新穎的一種併網方式，在併網前形成能量回路，轉子變換器的能量輸入由定子提供，降低了併網時的能量損耗。

其中空載併網方式由於具有控制策略簡單，控制效果好，而在實際機組中廣泛採用，而負載併網方式、孤島併網方式以及“電動式”併網方式由於存在控制系統較爲複雜，系統穩定性差等缺點目前仍然停留在理論探索階段。

雙饋發電機併網控制與功率控制的切換

雙饋風力發電系統併網控制的目的是對發電機的輸出電壓進行調節，使建立的dfig的定子空載電壓與電網電壓的幅值、頻率、和相位保持一致，當滿足併網條件時進行併網操作，併網成功後進行最大風能追蹤控制

.

併網成功後一方面變槳距系統將槳葉節距角置於0以獲得最佳風能利用係數，與此同時轉子勵磁系統開始進行最大功率點跟蹤(maximum power pointtracking,mppt )控制，以捕獲最大風能。併網切換前後控制策略有較大差異，如果直接切換，則控制系統重新從零開始調節，必然引起轉子電壓的突變，從而造成併網瞬間系統產生振盪，這種振盪可能短時間內使系統輸出有很大的偏差，致使控制量超過系統可能的最大允許範圍，容易造成發電機損壞，而這在實際的併網過程中是十分不利的。爲此，要達到發電機順利、安全併網的目的還必須實現控制策略的無擾切換，使轉子輸出電壓平穩的過渡到新的穩定狀態。

雙饋發電機的解列控制

基於雙饋電機的變速恆頻風力發電系統，在風速達到最低啓動風速(切入風速)後開始進行併網控制使空載定子電壓跟隨電網電壓，風電機組平穩的併入電網，運行發電。在風力機併入電網後會根據風速大小的不同實施不同的控制策略，包括mppt控制、恆轉速控制及恆功率控制。當高於停機風速(切出風速)時，便會將風機從電網中切出，即解列控制。解列控制的要求是在斷網瞬間定子電流爲零。由於在斷網前雙饋電機實施恆功率控制，所以在解列控制中一方面要通過變槳距系統將槳葉節距角刀調至90，即順槳狀態，以減少風輪吸收的機械能降低轉子的轉速，另一方面通過轉子勵磁系統控制轉子電流的轉矩分量和勵磁分量逐漸減小到零，從而使得雙饋電機的定子電流逐漸變化到零，最後在零電流狀態下與電網脫開，完成軟切出過程。 oo

第五篇：風力發電機組控制系統設計任務書

瀋陽工程學院

畢業設計(論文)任務書

畢業設計(論文)題目：1.5mw雙饋風力發電機組控制系統設計

系別自控系班級電自091學生姓名賈立鵬學號2014333131

指導教師王森職稱助教畢業設計(論文)進行地點：圖書館 f-520任 務 下 達 時 間： 2014年 2 月28 日

起止日期：2014 年 2 月28 日起—至 2014年 6 月 17 日止

教研室主任年月日批准

一、設計任務

發展和利用風能是國際的大趨勢，風力發電產業已成爲一個朝陽產業。風力發電機組控制系統是實現風力發電系統有效經濟運行的關鍵部分，很大程度上決定了風力發電機組的性能。近年來，國家採用三葉片、定槳距、失速型、雙速發電機的風力發電機組進行研究並掌握了總裝技術和關鍵部件葉片、電控、發電機、齒輪箱等的設計製造技術，並初步掌握了總體的設計技術。本課題的主要任務是對1.5mw風力發電機組的變速恆頻控制單元的設計來實現發電機組大範圍內調節運行轉速，來適應風速變化而引起的風力機功率的變化，從而最大限度的吸收風能，提高效率。 具體有如下要求:

1.風力發電機組的併網時必須與電網相序一致，電壓標稱值相等，三相電壓平衡。

2.風力發電機組應具有寬廣的調速運行範圍，來適應因風速變化而引起的風力機功率的變化，進而最大限度的吸收風能，從而提高效率。控制要靈活，可以較好的調節有功功率和無功功率。

3.風力發電機組應在整個運行範圍內，具有高的效率，更好的提供電能。另外還要求風力發電機組可靠性好，能夠在較惡劣的環境下長期工作，結構簡單可大批量生產，運行時噪聲低，使用維修方便，價格便宜等。

4.具體指標如下表

二、設計（論文）主要內容及要求

本課題主要任務是完成雙饋風力發電機組的控制系統的設計，並且詳細的介紹風力發電機組各個控制部分原理，功能及其在整個風力發電控制系統中的作用。

1.確定風力發電機組控制系統總體方案 查閱相關資料，確定控制系統設計方案。 2.風力發電機組控制系統關鍵系統的設計

雙饋式風力發電機系統的設計、風力發電系統變槳系統的設計、風力發電機組變速恆頻系統的設計和風力發電機組併網技術的設計。

3.風力發電機組控制系統軟件設計 完成系統軟件的整體結構框圖及詳細說明。 4風力發電機組低壓運行部分設計 5.撰寫畢業設計論文

內容包括：中英文摘要（中文摘要一般400字左右）、關鍵詞（一般爲3～5個）、目錄、引言（前言、緒論、序言）、正文（字數10000字以上）、結論、致謝、參考文獻、附錄、有關圖紙。其具體要求見《畢業設計（論文）撰寫規範》。 三、課題完成後應提交的成果

畢業設計論文、控制系統原理圖、控制流程圖等與其它畢業設計資料一起裝訂後裝在學校統一印製的“瀋陽工程學院畢業設計資料袋”中，其裝訂順序見《畢業設計（論文）撰寫規範》。

四、時間進度安排

五、主要參考資料（文獻）：

[1]李建林,許洪華.風力發電中的電力電子變流技術：機械工業出版社.2014 [2]李建華,許洪華.風力發電系統低電壓運行技術：機械工業出版社..2014 [3]鄭源,張德虎.風力發電機組控制技術：中國水利水電出版社.2014 [4]王承煦,張源.風力發電：中國電力出版社.2014

[5]葉杭冶.風力發電機組的控制技術：機械工業出版社.2014