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兆瓦级风机功率控制算法.pdf

兆瓦级风机功率控制算法

安之
2012-09-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《兆瓦级风机功率控制算法pdf》,可适用于人文社科领域

一基本原理分析对于变速变桨距风力发电机组当风速在额定风速以下时通过控制发电机的电磁转矩实现对风力机的转速控制使风力发电机组获得最大的风能利用系数当风速高于额定风速时(此时发电机转矩为额定转矩值恒定)通过变桨减少风轮吸收的功率使输出功率恒定。当然由于变桨驱动系统不能跟随上快速变化的风因此允许发电机转速瞬时升高将瞬变的风能以风轮动能的形式存储起来风速降低时再将动能释放出来从而使输出功率恒定(此时风能被捕获但是没有被完全转换成电能)。如图所示为风力机在不同风速下的转矩速度特性曲线图中ABCFGHL曲线为变速变桨距控制的理想曲线其中AB段为风机达到启动风速的启动阶段BCFG阶段为在额定风速以下追求最大风能利用系数Cp的阶段HL为在额定风速以上的恒转矩控制阶段其中QR和S为风力发电机组受机械及电子器件限制的转矩和转速极限(实际上也就是额定转矩和额定转速)L点为额定功率点D、E点显示了风机受到扰动而偏离最优Cp曲线的情况。最优Cp曲线风速转矩极限转速极限ABCFGHL线:控制目标曲线HL:恒转矩控制AB:风机启动BCFG:最大CpDE:扰动图功率控制策略变速风力发电机组在额定风速以下时可以控制叶轮转速随风速成比例调节所以风速变化时可以维持最佳叶尖速比不变。在这个叶尖速比下风能利用系数Cp最大可以实现最大的风能捕获(此时桨距角设定为最小)。随着风速的进一步增大为了捕获更多的风能需要增大转矩和功率而保持转速不再增大如GH曲线。当风速继续增大时允许发电机转速升高将瞬变的风能以风轮动能的形式存储起来。一功率控制查表控制算据发电机的功率:ePT实际实际一发电机转速radseT一发电机扭矩Nm在主控系统中(图)通过对发电机转速的实时监测按下表(表)对发电机的转距进行设定使发电机的电磁转距实时跟踪控制程序中的设定值从而实现在低于额定风速下的最大功率跟踪。以风轮半径R=m,齿轮箱速比G=控制风力发电机转速运行范围rpm至rpm。图电机转速rpm风轮转速rpm叶尖速度ms风速ms功率W发电机扭矩Nm~~表程序中用到转矩表在控制过程中可以显示要控制的发电机转速和扭矩的曲线。如图所示图发电机转速和扭矩的曲线查表控制是广泛采用的控制方法控制比较容易实现但是在风频变化较快时候容易产生偏差并引起机组的振动。二最优控制(双PI)功率控制算法主控PLC软件功率控制功能块采用了扭矩控制和变桨控制相耦合的方式。在风速远小于额定风速以下时通过扭矩控制以维持最佳叶尖速比以追求最大风能利用系数在额定风速以上拐点处如果风速波动很大那么就要通过适当的变桨来实现平滑的过渡。在额定风速以上阶段变速和变桨控制器也是同时发挥作用通过变速即控制发电机的扭矩使其恒定从而恒定功率。通过变桨来调整发电机的转速使得其始终跟踪转速设置点。实际上变速变桨通过简单的的PI控制器(如上面提到的查表功率控制算法)就可以实现但是额定风速以上风机系统模型的强烈非线性使得控制器参数选择比较困难需要特别设计。变速变桨两个控制器是同时运行的为了使它们耦合在一起当在远远超过额定风速以上或以下时使其中一个或另一个控制环饱和。因此在大多数时间里还是只有一个控制器处于激活状态但是在接近额定点时它们可以建设性地相互作用。功率控制结构如所示在变速(扭矩)控制中输入参数为发电机实际转速以及目标转速(目标转速根据发电机的不同运行进行设定)输出为发电机扭矩指令在变桨控制(耦合了变速控制)中输入为扭矩指令(由变速控制得到)、发电机实际转速和实际桨距角输出为变桨系统桨距角。扭矩控制图功率控制框图功率控制功能块主要包括以下几个控制流程(如图)各流程之间顺序执行没有内外环之分:最小桨距角限制计算、发电机转速二阶IIR滤波、扭矩限制值计算、额定风速下的扭矩PI控制、额定风速以上桨距角位置控制(PI耦合控制)。其中对发电机转速进行滤波主要为了消除风剪切和塔影效应对变桨位置控制器的影响。三MITA查表控制与Hollysys最优控制比在实际不同的风力机制造商使用的控制算法有很大不同。控制器细节可能显著影响机组的载荷和性能我们专门为用户定制开发任何期望的控制算法来设计控制器。控制器进行以下任务叶片变桨和电机扭矩在整个运行范围内的控制包括正常发电正常和紧急停机启动空转和停机状态等以及轴刹车和电机接触器控制机舱偏航控制等。在BLADED可以用软件中的内部控制器对两种长用的控制算法进行稳态比较结果做图,所示:图功率曲线图pC曲线从图中我们可以看到最优控制的功率曲线比查表法要好很明显最优控制让风力机停留在最佳的区间要大于查表法控制。

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