變速恒頻風(fēng)電機(jī)組（變速恒頻風(fēng)電機(jī)組）

相關(guān)內(nèi)容

目前，變速恒頻風(fēng)電機(jī)組是主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其控制是風(fēng)力發(fā)電的核心問題，同時(shí)也是最難解決的問題。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)

評價(jià)風(fēng)電機(jī)組優(yōu)劣的主要指標(biāo)為一定時(shí)間內(nèi)的實(shí)際發(fā)電量和平均無故障時(shí)間。因此，機(jī)組控制策略的設(shè)計(jì)，既要考慮到盡可能提高機(jī)組的發(fā)電能力，又要為機(jī)組各部件留有充分的安全余量，同時(shí)兼顧到良好的供電質(zhì)量。

對于變速恒頻風(fēng)電機(jī)組而言，在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)該盡可能的提高能量轉(zhuǎn)換效率，這主要通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，使機(jī)組變速運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。所以這時(shí)候沒有必要改變槳距角，此時(shí)的空氣動(dòng)力載荷通常比額定風(fēng)速時(shí)小，因此也沒有必要通過變槳來調(diào)節(jié)載荷。在額定風(fēng)速之上運(yùn)行時(shí)，變槳控制可以有效地調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組所吸收的能量，同時(shí)控制葉輪上的載荷，使之限定在安全設(shè)計(jì)值以內(nèi)。由于葉輪的巨大慣量，變槳作用對機(jī)組的影響通常需要數(shù)秒的時(shí)間才能表現(xiàn)出來，這很容易引起功率的大幅波動(dòng)，因此必須以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制來實(shí)現(xiàn)快速的調(diào)節(jié)作用，通過變槳調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)的協(xié)同控制來保證穩(wěn)定的能量輸出。

風(fēng)電機(jī)組控制特點(diǎn)

風(fēng)電機(jī)組的控制技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，它涉及空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)學(xué)、電工電子學(xué)、材料力學(xué)、自動(dòng)化等多個(gè)學(xué)科。而且，風(fēng)電機(jī)組具有不同于通常機(jī)械系統(tǒng)的特性：風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)力源是具有很強(qiáng)隨機(jī)性和不連續(xù)性的自然風(fēng)能，使傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入極不規(guī)則，疲勞負(fù)載高于通常旋轉(zhuǎn)機(jī)械的幾十倍。為此，在控制過程中，要求系統(tǒng)對隨機(jī)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，并且能有效地降低結(jié)構(gòu)的疲勞載荷。

空氣動(dòng)力學(xué)模型是風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對于風(fēng)電機(jī)組這樣的特殊設(shè)備，實(shí)際的風(fēng)況將直接影響控制效果。因此即使是成熟的機(jī)型也應(yīng)該根據(jù)各個(gè)風(fēng)場的自然條件來調(diào)整控制參數(shù)，在弦長經(jīng)過驗(yàn)證后才能進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析是風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制的關(guān)鍵?，F(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組由于葉片的長度和塔架高度大大增加，結(jié)構(gòu)趨于柔性，這有利于減小極限載荷，但結(jié)構(gòu)柔性增強(qiáng)后，葉片除了揮舞和顫振外，還可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)葉片揮舞、擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相互耦合時(shí)，會(huì)出現(xiàn)氣彈失穩(wěn)，導(dǎo)致葉片破壞。在變槳機(jī)構(gòu)動(dòng)作與葉輪不均衡載荷的影響下，塔架會(huì)出現(xiàn)前后和左右方向的振動(dòng)，如果該振動(dòng)激勵(lì)源與塔架的自然頻率產(chǎn)生共振時(shí)就有可能導(dǎo)致機(jī)組傾覆。因此，大型風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的多體動(dòng)力學(xué)問題。

由于在實(shí)施控制的過程中會(huì)對結(jié)構(gòu)性負(fù)載及振動(dòng)產(chǎn)生影響，這種影響嚴(yán)重時(shí)足以對機(jī)組產(chǎn)生破壞作用，所以設(shè)計(jì)控制算法時(shí)必須考慮這些影響。一個(gè)理想的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)除了能實(shí)現(xiàn)基本控制目標(biāo)外，還應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)以下控制目標(biāo)

減小傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)矩峰值

通過動(dòng)態(tài)阻尼來抑制傳動(dòng)鏈振動(dòng)

壁面過量的變槳?jiǎng)幼骱桶l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)

通過控制風(fēng)電機(jī)組塔架的振動(dòng)盡量減小塔架基礎(chǔ)的負(fù)載

壁面輪轂和葉片的突變負(fù)載

這些目標(biāo)有些相互間存在沖突，所以控制的設(shè)計(jì)過程需要進(jìn)行相互權(quán)衡，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。