风力发电机转速与变桨协调控制

1、风力发电机转速与变桨协调控制 摘 要：对于社会经济发展来说，能源的充足性具有重要意义，是实现经济可持续发展的基础条件。风能作为一种可再生的清洁能源，对其进行开发和利用受到了世界的高度关注。各国也根据自身的实际情况，对风力发电技术进行不断优化与完善，发电机转速和变桨在风力发电中具有重要意义，直接关系着风能利用率的提升，所以，对二者进行协调控制至关重要。本文首先从变速恒频和变桨距调节两个方面出发，对风力发电技术进行简要介绍，并在此基础上探讨风力发电机转速与变桨的协调控制，以此来更好的提高风能利用率。 关键词：风力发电机；转速；变桨；协调控制 随着全球能源的日益枯竭，开发和利用新能源成为了世界各国发

2、展中所面临的一个首要问题。在这样的背景下，新能源技术的优化与完善给社会经济发展创造了有利的条件，尤其是风力发电技术，更是发挥着不可替代的作用。由于我国风能资源十分丰富，所以国家对风力发电技术给予了高度重视，转速和变桨协调控制作为风力发电过程中的重要环节，对风能利用率的提升具有重要意义。 一、风力发电技术简述 风力机和发电机是风力发电机组的两个重要组成部分，其中，对于风力机的控制方式主要以变桨距调节为主，而对于发电机的控制方式则主要以变速恒频为主。就我国目前风力发电技术发展的现状来看，变桨距调节和变速恒频的有效组合已经成为了风力发电的主流技术，且具有十分广阔的应用前景。 1、风力机的变桨距调节

3、所谓变桨，指的是一种风力发电机叶片调节装置，通过对桨距角的合理调节，能够在一定程度上改变叶片的受力，进而确保风力机的输出功率始终处于限定的范围内。一般来说，对于桨距角的调整分为两种情况，一种是在额定风速以下的时候，这时候应该将桨距角调整到靠近零度的位置，在这种情况下，风力机与定桨距调节是等效的。另一种情况是在额定风速以上的时候，通过对桨距角的调节，可以将风力发电机的输出功率控制在额定值附近。由此可见，无论是在额定风速以下还是以上，通过桨距角的调节，都会形成一定程度的风能波动。由于桨距角是可以随意调节的，所以可以根据风速的实际变化情况，对桨距角进行合理控制，以此来获得更好的能量输出。除此之外，与

4、传统的失速型风力机相比，变距型风力机可以通过对桨距角的有效调节，来避免停机现象的发生，增加了风力机的发电量，进一步提高风能的利用率。 2、变速恒频风力发电技术 一般来说，实施变速恒频风力发电技术时所采用的发电机往往以交流励磁双馈型发电机，这种类型的发电机在结构上与绕线式异步发电机相似，发电机的频率直接决定了转子的转速和转子励磁电流。发电机的结构如图1所示： 变速恒频风力发电技术在当前风力发电中具有广泛应用，虽然是一种新兴的发电方式，但由于该技术融合了电力电子技术、微机信息处理技术和矢量变换控制技术，所以在实际应用中具有十分显著的效果。在风速不断变化的前提下，通过对发电机转速的调节，可以在一定程

5、度上改变风力机风轮转速，使风力机始终处于最佳叶尖速比，从而获得最大的风能利用系数。近年来，为了更好提高风能的利用率，我国在风力发电方面给予了高度重视，并不断引入新技术来促进目标的顺利实现。但是，由于风能本身具有难以预测性，所以直接导致了电力系统运行调度工作的复杂性，由于风速不断变化而造成的有功功率波动，仍然无法有效消除。这就要求相关部门要从风力发电的实际情况出发，采取科学完善的措施提高风力发电的稳定性，促进风力发电机组的健康发展。 二、风力发电机转速与变桨协调控制 1、风力发电机转速协调控制 为了更好的提升风能资源的有效利用，我国加大了对风力发电技术的研究力度。随着先进技术的不断涌进双馈形式交

6、流励磁发电机也应运而生。该类型的发电机具有多功能性，不仅可以作为发电机，而且也可作为电动机，在任何速度下都可以正常运行。换句话说，在具有交款转速范围的前提下，该发电机具有十分灵活的运行方式，既可以变速发电，同时也可以调速拖动。除此之外，由于该发电机可以实现有功功率和无功功率的独立调节，所以，能够大幅度提高电网运行的安全性和稳定性，与传统同步发电机相比，双馈形式交流励磁发电机具有很强的优越性。 此外还需注意的是，双馈形式交流励磁发电机拥有三个可调量，分别为可调节励磁频率、可调节励磁电流幅值和可改变相位。其中，通过对励磁电流幅值和相位的有效调节，可以在一定程度上改变发电机的输出无功功率和有功功率，

7、确保其满足发电机安全、稳定运行的根本需求。应用矢量控制可以实现有功、无功功率的独立调节，且变频控制的容量仅是电机额定容量的一部分，这样做还可以将减小变频装置的体积，缩小成本费用，降低投资。此外，交流励磁发电机的优点还体现在多个方面，比如说，发电机运行过程中所采用交流励磁电流是可以改变的。在这种情况下，与发电机相关的数学模型实际上就是一组多变量、时变系数的微分方程组。如果想要实现对发电机转速的有效控制，工作人员的首要任务就是对该数学模型进行全面、系统的分析，然后在此基础上结合系统运行的实际情况，采用适当的控制策略，基于定子磁链定向的矢量控制的控制策略是当前控制策略中最常用的一种，仿真结果表明，采

8、用这种控制策略，可以很好地实现对交流励磁电流的控制，更好的促进风力发电系统运行的安全性和稳定性，进而进一步提高风能资源的利用率，为社会经济发展提供充足的资源。 2、风力发电机变桨协调控制 定桨距调节和变桨距调节是风力发电机变桨协调控制的两项基本内容，二者的区别主要在桨距角上，前者是固定不变的，后者则可以根据具体情况进行调整。无论是定桨距调节还是变桨距调节，在当前风力发电中均有广泛应用。统一变桨和独立变桨是当前变桨的两种类型，就应该范围来看，应属独立变桨比较广泛，究其原因，主要是因为独立变桨相对俩说具有更好的制动能力，这样就可以有效避免风速骤增时，过载对风力机所产生的破坏，就变桨距系统的类型来看

9、，同样可分为两种，即电动变桨距系统和液压变桨距系统。其中，电动变桨机构对桨叶的控制主要依靠伺服电机来完成，与液压变桨系统来看，该系统具有结构简单、操作容易等优点。液压变桨距系统的优点则在于定位精确、动态响应速度快。在实际运行过程中，对于桨距的控制依靠的是液压系统，节距控制器发出控制信号之后，经过d/a转换后变成电压信号对比例阀进行控制，然后在此基础上驱动变桨机构，完成对桨距角的调整。在此过程中，电业比例阀精度的高低直接决定了变桨精度。 结语： 综上所述，随着我国社会经济发展对能源需求的不断增加，采取风力发电技术实现风能的有效利用成为了国家发展的一项重要工作。从本文的分析我们能够看出，在风力发电机运行过程中，对变桨和变速的协调控制可以从根本上提高风能的利用率，所以，相关部门人员必须对此项工作给予高度重视，并结合系统运行的实际情况，对工作进行不断优化与完善，进而实现节约能源，促进社会经济可持续发展的根本目的。 参考文献： 1张树鑫.双馈风力发电机变桨与变速协调控制d.兰州理工大学，2011. 2李娜，许评.