风力发电机组的基本控制策略

第一篇：风力发电机组的基本控制策略

风力发电机组的基本控制策略

2008年10月29日 星期三 16:29

(一)风力发电机组的工作状态

风力发电机组总是工作在如下状态之一：①运行状态；②暂停状态；③停机状态；④紧急停机状态。每种工作状态可看作风力发电机组的一个活动层次，运行状态处在最高层次，紧停状态处在最低层次。

为了能够清楚地了解机组在各种状态条件下控制系统是如何反应的，必须对每种工作状态作出精确的定义。这样，控制软件就可以根据机组所处的状态，按设定的控制策略对调向系统、液压系统、变桨距系统、制动系统、晶闸管等进行操作，实现状态之间的转换。

以下给出了四种工作状态的主要特征及其简要说明。

(1)运行状态：

1)机械刹车松开；

2)允许机组并网发电；

3)机组自动调向；

4)液压系统保持工作压力；

5)叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态。

(2)暂停状态：

1)机械刹车松开；

2)液压泵保持工作压力；

3)自动调向保持工作状态；

4)叶尖阻尼板回收或变距系统调整桨叶节距角向90°方向；

5)风力发电机组空转。

这个工作状态在调试风力发电机组时非常有用，因为调试风力机的目的是

要求机组的各种功能正常，而不一定要求发电运行。

(3)停机状态

1)机械刹车松开

2)液压系统打开电磁阀使叶尖阻尼板弹出，或变距系统失去压力而实现机械旁路；

3)液压系统保持工作压力；

4)调向系统停止工作。

(4)紧急停机状态：

1)机械刹车与气动刹车同时动作；

2)紧急电路(安全链)开启；

3)计算机所有输出信号无效；

4)计算机仍在运行和测量所有输入信号。

当紧停电路动作时，所有接触器断开，计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去激活任何机构。

第二篇：试论风力发电机组控制方法改进策略研究

试论风力发电机组控制方法改进策略研究 摘要： 风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，具有不稳定性、随机性及密度低等特点。在利用风能进行发电时，如何有效地对风力发电机组进行控制直接关系到风力发电机组能够高效运行。该文简要阐述了风力发电机组内涵及主要类型；其次，提出滑模变结构控制、最优控制、模糊控制以及人工神经网络控制四种现代化的风力发电机组控制技术，改进传统风力发电机组控制技术，以推动我国风力发电机组控制方法相关研究的深入。关键词： 风力；发电机；控制技术；改进研究

中图分类号：TP211 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）06-1326-02On the Wind Turbine Control Method for Improving Strategy

Ayiguli.maimaiti，ZHANG Wei

（Wind Energy Institute of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830000，China）Abstract： Wind energy is the kinetic energy of the earth’s surface generated by the volume of air flow，with no stability，and low density and randomness.In the use of wind energy to generate electricity，and how effectively controlled wind turbine is directly related to the wind turbine can be run efficiently.This article briefly describes the meaning of the wind turbine and the main types； Secondly，variable structure control，optimal control，fuzzy control and artificial neural network control four modern wind turbine control technology to improve the traditional wind turbine control technology to promote China’s wind turbine control method in-depth research.Key words： wind； generator； control technologies； improvement

风能资源是一种极具大规模发展潜力的可再生能源。一些发达国家凭借自身技术优势和地理优势，早已开始利用风能资源发电。而我国风力发电事业起步相对较晚，各方面技术与发达国家存在一定差距。特别是风力发电机组控制技术明显落后发达国家，致使我国风力发电事业耗费巨大成本，却难获得对等的产出。由此看来，引入新型风力发电机组控制技术，改进风力发电机组控制方法是我国风力发电事业发展的必然要求。风力发电机组及主要分类

1.1 风力发电机组

风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成；风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。

1.2 风力发电机组主要分类

1）基于失速型的分离发电机组

基于失速型的风力发电机组种类较少，现有的主要包括两种，即定桨距失速型和变桨距失速型等两种。在这两种类型中，定桨距失速型主要利用风轮叶片的失速作用，来实现对风力发电机在风力较大情况下的功率进行准确控制，然后，利用该型机组上的叶尖扰流器对极端情况下的停机问题进行控制。对于变桨距失速型，其发电机组则与定桨距失速型存在差异，主要通过低风速下的桨距角来实现对输出功率的控制，在高风速情况下则利用叶片桨距角的改变来对功率输出进行控制。

2）双馈变速恒频型风力发电机组

该类型的风力发电机组能够实现对分论叶片桨距角的调节，还可以采用能够变速的双馈性发电机，实现对恒频恒压电能的输出。如果风速低于额定速度，该类型机组能够利用转速和叶片桨距角的改变，将发电机组控制在状态下运行，确保输出功率为最大；在风速高于额定速率时，可以利用叶片桨距角的改变，将发电机组的功率控制在额定的功率。

3）直驱型性风力发电机组

该类型发电机组是一种不带齿轮箱的变桨距变速发电机组，其中的风轮轴能够与低速发电机直接相连接。所以，在使用中，该类型的发电机组需要采用全功率变流器。

4）混合型的风力发电机组

该类型的发电组中包含有单级齿轮箱以及中速发电机，可以认为是直驱型和传统型的混合类型。在使用中，该类型的发电机组也需要采用全功率变流器。风力发电系统的现代控制技术

2.1滑模变结构控制

风电机组属于非线性系统，在实际使用过程中复杂多变，也容易受到风向、阵风或负载等变化的影响，所以也不能建立一个完善的数学模型对其进行控制。使用滑模变结构进行控制，将其当作一种间断性的开关。在设定系统的匹配条件后，就只能做定向的滑模运动，不受系统参数变化扰动、高速响应、鲁棒性高、设计轻盈、方便实现等众多优点，确保在参数不稳定时仍可以实现系统的稳定。符合了风力系统最大功率的设计要求，促进了风力发电机组的良好控制。滑模变结构控制能够较好地抑制外加的干扰对双向反馈变速稳频型风力发电机组的不利作用，保证了控制系统的鲁棒性，唯一的缺点就是系统的抖振现象。最近有学者提到可以使用高阶滑模变控制方法，就是在高阶微分上使用不连续的控制量，延续了传统滑模的优势，还能较好地消除系统的抖振，使得输出功率维持在稳定状态。

2.2最优控制

风力发电机组的实际运行处在风速多变、干扰多、非线性的恶劣条件下，所以用数学模型来做不到对系统的精确控制，而利用线性模型设计的最优系统来进行控制，可以查找附近的工作点，并借助反馈系统完成大范围的精确解耦线性化，进一步保证风能、风力的最大搜集与控制，这就是风力发电机组中所谓的最优控制。该系统可以很好地处理有功、无功率输出、电功率变化小等之间的相互矛盾，还能较好地抑制因线路故障导致的电压波动。

2.3模糊控制

模糊控制属于高级控制策略，它用到了语言规则、模糊推理两种方法，对被控制对象不需要很精确的数学模型，对非线性因素也不敏感，鲁棒性非常高。模糊控制是一种具有代表性的智能控制方法，在增强风能利用率、进行最大功率跟踪和变速稳频等方面显示出了巨大的作用。

典型的例子如：1）当将其使用于变桨距并网型风力发电机组中时，有效调节了控制系统的动态性能，还调整了风轮的桨距角、风力机转速和叶尖速比等，保证了风力发电机组功率和频率的稳定输出。与以往使用的PID控制器相比，抖振现象大大减少，系统的效率与质量明显得到提高。

2）依靠TS模糊模型系统，将局部的非线性功能用于风力混合动力发电系统中，再使用语言规将其划分为低级系统。配合最合适的分割时间序列，再使用线性二次调节系统进一步提高控制。该方法比过去的控制方式更能抵制外界的扰动，可以较好地适应风速与负载实时变化的恶劣条件。

3）将最优的模糊控制逻辑使用到双馈异步风力发电机组中，如果发动机转速低于预设的转速，此时依靠整流器和逆变器可以有效调节发电机的转速，尽量保证转速与风速的变化同步，最大程度提高风能利用率；如果发动机转速高于预设的转速，此时通过模糊控制器来调节桨距角，不搜集多余的风能，减少风能捕获率。这种通过风轮的转速来实现存储、释放能量的方法，使得功率传输链易于控制，保证了风力发电机组功率的稳定输出。

模糊控制理论凭借自身的优点，又将人工智能、仿人智能、神经元网络等技术综合在一起，使其在风力发电机组的控制领域跻身前列。

2.4人工神经网络控制

人工神经网络控制是一种智能控制技术。神经网络理论综合了人类和生物的适应性、学习和判断能力等，所以该理论的自适应与自组织性比较高，可以监视和察觉风力快速变化的不确定性，也促进了风力发电机组的智能化水平大为提高。

风速的预测必须依靠风的性质、预测周期和地点，所以使用神经网络理论进行短期风速预测，确定时间序列模型来计算风速的变化，采用反向传播和回归两种神经网络方式来预测采集到的风速变化量。人工神经网络对数学模型没有精确的要求，它是一种非线性系统，它的自适应性与良好的控制能力可以在风速、风向不确定的实际环境保证系统高效、稳定的运行，将风能转化为电能。在风力不确定与扰动较多的实际环境中，首先会考虑到将滑模变结构完善为积分模糊滑模变来进行变量的控制，解除了精确数学模型和风力发电机组控制不可分割性的限制。最近有研究中提到，在控制风力发电机组的系统时，模糊神经网络控制算法的发展将最具优势。但是它只有在风速超过额定风速时适用，而忽视了风速低于预设风速的情况。结束语

不同的风力发电机组控制技术的运用，各自具有各自的优势。但总体而言，目前我国风力发电机组控制技术仍然以引进或借鉴国外优秀技术为主。我国在此方面的自主研发仍然处于起步阶段。为实现对风力发电机组的科学、高效地控制，保证其正常运行，必须不断的深入研究风力发电机组控制技术，在对现有控制技术进行改进的同时，加强风力发电机组控制技术的自主研发，以促进我国在这方面的不断进步。

参考文献：

[1] 贾晨霞.浅谈风力发电机组控制技术[J].科协论坛（下半月），2013（12）：171-172.[2] 谭芝，陈众，汤敏，李奇，鲁晶.风力发电机组偏航优化控制方法[J].电力学报，2014

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（1）：51-53，56.[4] 王剑彬，付小林，孔朝志.风力发电机组控制策略优化分析[J].内蒙古电力技术，2013

（4）：47-50.

第三篇：风力发电机组检测与控制

«风力发电机组检测与控制»

课程编号:

课程名称：«风力发电机组检测与控制»英文名称：《monitoring and control of wind turbine generator system 》总 学 时：48

总 学 分：

3适用对象: 风能与动力工程专业本科学生

先修课程：«自动控制原理、风力发电原理»

一、课程性质、目的和任务

该课程为风能与动力工程本科专业学生必修课，目的使学生了解风力发电机组检测与控制系统的组成与结构原理；掌握与风力发电机组相关信号、过程参数的检测方法；控制系统构成与控制方法分析。为今后从事风力发电机组设计、运行与维护工作打下基础。

二、教学要求和内容

«基本要求»：学习并掌握不同风力发电机组对检测与控制系统的要求，学习掌握机组主要测量参数的测量原理，控制对象与控制系统结构与工作原理。

«基本内容»：风力发电机组检测与控制系统的组成，机组运行过程电气、风力、机组状态参数检测，机组启动、运行、故障等过程控制。

三、教学安排及方式

采取以课堂讲授为主，课堂讨论和实验为辅的教学手段，结合控制系统实验台使学生有直观形象的知识掌握。

五、推荐教材和教学参考书

教材：自编

参考书：《风力发电机组的控制技术》叶杭冶编著 机械工业出版社

六、补充说明

大纲执笔者：吕跃刚大纲校对者： 大纲审核者： 制定日期：

第四篇：风力发电机组

6．1一般规定

6.1.1单位工程可按风力发电机组、升压站、线路、建筑、交通五大类进行划分，每个单位工程是由若干个分部工程组成的，它具有独立的、完整的功能。

6.1.2单位工程完工后，施工单位应向建设单泣提出验收申请,单位工程验收领导小组应及时组织验收。同类单位工程完工验收可按完工日期先后分别进行，也可按部分或全部同类单位工程一道组织验收。对于不同类单位工程，如完工日期相近，为减少组织验收次数，单位工程验收领导小组也可按部分或全部各类单位工程一道组织验收。

6.1.3单位工程完工验收必须按照设计文件及有关标准进行。验收重点是检查工程内在质量，质监部门应有签证意见。

6.1.4单位工程完工验收结束后，建设单位应向项目法人单位报告验收结果，工程合格应签发单位工程完工验收鉴定(单位工程完工验收鉴定书内容与格式参见附录A)。

6．2风力发电机组安装工程验收

6.2.1每台风力发电机组的安装工程为一个单位工程．它由风力发电机组基础、风力发电机组安装、风力发电机监控系统、塔架、电缆、箱式变电站、防雷接地网七个分部工程组成。各分部工程完工后必须及时组织有监理参加的自检验收。

6．2．2验收应检查项目。’、l风力发电机组基础。

1)基础尺寸、钢筋规格、型号、钢筋网结构及绑扎、混凝土试块试验报告及浇注工艺等应符合设计要求。

2)基础浇注后应保养28天后方可进行塔架安装，塔架安装时基础的强度不应低于设计强度的75％。

3)基础埋设件应与设计相符。风力发电机组安装。

1）风轮、传动机构、增速机构、发电机、偏航机构、气动刹车机构、机械刹车机构、冷却系统、液压系

统、电气控制系统等部件、系统应符合合同中的技

术要求。． ：

2）液压系统、冷却系统、润滑系统、齿轮箱等无漏、渗油现象，且油品符合要求，油位应正常。

3)机舱、塔内控制柜、电缆等电气连接应安全可靠，相序正确。接地应牢固可靠。应有防振、防潮、防

磨损等安全措施。风力发电机组监控系统。

1)各类控制信号传感器等零部件应齐全完整，连接正

确，无损伤，其技术参数、规格型号应符合合同中的技术要求。

2)机组与中央监控、远程监控设备安装连接应符合设

计要求。塔架。

1)表面防腐涂层应完好无锈色、无损伤。

2)塔架材质、规格型号、外形尺寸、垂直度、端面平

行度等应符合设计要求。

3)塔筒、法兰焊接应经探伤检验并符合设计标准。

4)塔架所有对接面的紧固螺栓强度应符合设计要求。

应利用专门装配工具拧紧到厂家规定舶力矩。检查

各段塔架法兰结合面，应接触良好，符合设计要求。

5电缆。

1)在验收时，应按GB50168的要求进行检查。

2)电缆外露部分应有安全防护措施。

6箱式变电站。

1)箱式变电站的电压等级、铭牌出力、回路电阻、油

温应符合设计要求。

2)绕组、套管和绝缘油等试验均应遵照GB50150的规

定进行。

3)部件和零件应完整齐全，压力释放阀、负荷开关、接地开关、低压配电装置、避雷装置等电气和机械

性能应良好，无接触不良和卡涩现象。

4)冷却装置运行正常，散热器及风扇齐全。

5)主要表计、显示部件完好准确，熔丝保护、防爆装

置和信号装置等部件应完好、动作可靠。

6)一次回路设备绝缘及运行情况良好。

7)变压器本身及周围环境整洁、无渗油，照明良好，标志齐全。

7防雷接地网。

1)防雷接地网的埋设、材料应符合设计要求。

2)连接处焊接牢靠、接地网引出处应符合要求，且标

志明显。

3)接地网接地电阻应符台风力发电机组设计要求。

6．2．3验收应具备的条件。|

1各分部工程自检验收必须全部合格，2施工、主要工序和隐蔽工程检查签证记录、分部工程完工验收记录、缺陷整改情况报告及有关设备、材料、试件的试验报告等资料应齐全完整，并已分类整理完毕。

6．2．4主要验收工作。

l检查风力发电机组、箱式变电站的规格型号、技术性能指标及技术说明书、试验记录、合格证件、安装图纸、备品配件和专用工器具及其清单等。+

2检查各分部工程验收记录、报告及有关施工中的关键工序和隐蔽工程检查、签证记录等资料。

3按6.2.2的要求检查工程施工质量。

4对缺陷提出处理意见。

5对工程作出评价。．

6做好验收签证工作。

6．3升压站设备安装调试工程验收

6．3．1升压站设备安装调试单位工程包括主变压器、高压电器、低压电器、母线装置、盘柜及二次回路接线、低压配电设备等的安装调试及电缆铺设、防雷接地装置八个分部工程。各分部工程完工后必须及时组织有监理参加的自检验收。

6．3．2验收应检查项目。

l主变压器。

1)本体、冷却装置及所有附件应无缺陷，且不渗油。

2)油漆应完整，相色标志正确。

3)变压器顶盖上应无遗留杂物，环境清洁无杂物。

4)事故排油设施应完好，消防设施安全。

5)储油柜、冷却装置、净油器等油系统上的油门均应

打开，且指示正确。

6)接地引下线及其与主接地网的连接应满足设计要求，接地应可靠。．

7)分接头的位置应符合运行要求。有载调压切换装置

远方操作应动作可靠，指示位置正确。

8)变压器的相位及绕组的接线组别应符合并列运行要

求。

9)测温装置指示正确，整定值符合要求。

10）全部电气试验应合格，保护装置整定值符合规定，操作及联动试验正确

11)冷却装置运行正常，散热装置齐全。高、低压电器。

1)电器型号、规格应符合设计要求。

2)电器外观完好，绝缘器件无裂纹，绝缘电阻值符合要求，绝缘良好。

3)相色正确，电器接零、接地可靠。

4)电器排列整齐．连接可靠，接触良好，外表清洁完

整。

5)高压电器的瓷件质量应符合现行国家标准和有关瓷

产品技术条件的规定。

6)断路器无渗油，油位正常。操动机构的联动正常，无卡涩现象。

7)组合电器及其传动机构的联动应正常，无卡涩。

8)开关操动机构、传动装置、辅助开关及闭锁装置应

安装牢靠，动作灵活可靠，位置指示正确．无渗漏。

9)电抗器支柱完整，无裂纹，支柱绝缘子的接地应良

好。

10)避雷器应完整无损，封口处密封良好。

11)低压电器活动部件动作灵活可靠．联锁传动装置动

作正确，标志清晰。通电后操作灵活可靠，电磁器件

无异常响声，触头压力，接触电阻符合规定。

12)电容器布置接线正确，端子连接可靠。保护回路完

整，外壳完好无渗油现象，支架外壳接地可靠，室内通风良好。

13)互感器乡}观应完整无缺损，油浸式互感器应无渗油，油位指示正常，保护间隙的距离应符含规定，相色 应正确，接地良好。

3盘、柜及二次圆路接线。

1)固定和接地应可靠，漆层完好、清洁整齐。

2)电器元件齐全完好，安装位置正确，接线准确，固

定连接可靠，标志齐全清晰，绝缘符合要求。

3)手车开关柜推入与拉出应灵活，机械闭锁可靠。

4)柜内一次设备的安装质量符合要求，照明装置齐全。

5)盘、柜及电缆管道安装后封堵完好，应有防积水、防结冰、防潮、防雷措施。

6)操作与联动试验正确。

7)所有二次回路接线准确，连接可靠。标志齐全清晰，绝缘符合要求。

4母线装置。

1)金属加工、配制，螺栓连接、焊接等应符合国家现

行标准的有关规定。

2)所有螺栓、垫圈、闭口销、锁紧销、弹簧垫圈、锁

紧螺母齐全、可靠。

3)母线配制及安装架设应符合设计规定，且连接正确．

一接触可靠。

4)瓷件完整、清洁，软件和瓷件胶合完整无损，充油

套管无渗油。油位正确。

5)油漆应完好，相色正确，接地良好。

5电缆。．

1)规格符合规定，排列整齐，无损伤，相色、路径标

志齐全、正确、清晰。

2)电缆终端、接头安装牢固，弯曲半径、有关距离、接线相序和排列符合要求，接地良好。

3)电缆沟无杂物，盖板齐全，照明、通风、排水设施、防火措施符合设计要求。

4)电缆支架等的金属部件防腐层应完好。低压配电设备。

1)设备柜架和基础必须接地或接零可靠。

2)低压成套配电柜、控制柜、照明配龟箱等应有可靠的电击保护。

3)手车、抽出式配电柜推拉应灵活，无卡涩、碰撞现

象。

4)箱(盘)内配线整齐，无绞接现象，箱内开关动作

灵活可靠。

5)低压成套配电柜交接试验和箱、柜内的装置应符合设计要求及有关规定。

6)设备部件齐全，安装连接应可靠。防雷接地装置。

1)整个接地网外露部分的连接应可靠，接地线规格正

确，防腐层应完好，标志齐全明显。

2)避雷针(罩)的安装位置及高度应符合设计要求。

3)工频接地电阻值及设计要求的其他测试参数应符合设计规定。

6.3.3验收应具备的条件。

l各分部工程自查验收必须全部合格。

2倒送电冲击试验正常，且有监理签证。

3设备说明书、合格证、试验报告、安装记录、调度记录等资料齐全完整。

6．3．4主要验收工作。

l检查电气安装调试是否符合设计要求。

2检查制造厂提供的产品说明书：试验记录、合格证件、安装图纸、备品备件和专用工具及其清单。

3检查安装调试记录和报告、各分部工程验收记录和报告及施工中的关键工序和隐蔽工程检查签证记录等资料。

4按6.3.2的要求检查工程质量。

5对缺陷提出处理意见。

6对工程作出评价。

7做好验收签证工作。

第五篇：风力发电机组控制技术学习心得体会

风力发电机组控制技术学习心得体会

在风力发电系统中，控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术。这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的切入和切出、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是海岛或边远地区甚至海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求。

要研究一套可靠的风电控制系统，首先要了解风力机工作的基本原理，包括风力机的能量转换过程、空气动力特性、简化叶素动量理论和涡流理论等。掌握以上知识，才能知道在何种情况下应进行何种控制以及对哪些参数进行控制才能达到相应效果。

在对风力机的控制策略进行归纳后得出风力机的控制要素主要有以下几部分：转速、偏航、停机、发电机。其中转速控制分为定桨距控制和变桨距控制，变桨距控制又可分为恒速恒频和变速恒频控制。定桨距控制的策略是在风速过大时采取失速控制以防转速过大，变桨距控制则相对灵活主要通过调节桨距角和转速使风力机的运行符合要求。

目前风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到基于变速恒频技术的变速运行，对于风力机的变速恒频运行，除需要了解风力机的原理之外，还需掌握风电机组控制系统的特性。这种特性主要是风力机的功率因数与叶尖速比和桨距角的关系。对于某一固定的桨距角，存在唯一的最佳速比使得功率因数最大。而对于任意的叶尖速比，桨距角为0度时功率因数相对最大，桨距角增大，功率因数明显减小。根据这种特性，变速恒频控制的策略就是在额定功率前都将桨距角置于最小的位置，一般3度左右，这时调节发电机的转速n，使得叶尖速比始终对应最佳功率因数点。当风速超过额定风速时，则增大桨距角使风力机的功率稳定在允许范围之内。

可以说，这种控制策略已经基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。而依据这种策略研发风电机组的控制系统则是我们今后工作的重要一环