2022年风力发电技术系列讲座.docx
《2022年风力发电技术系列讲座.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年风力发电技术系列讲座.docx(11页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 风力发电技术系列讲座 3 风力发电掌握技术的进呈现状王宏华 河海高校自动化工程系 , 南京 ,210098 摘要 :本文阐述了风力发电掌握系统的基本结构和工作原理,综述了风力发电掌握技术的进呈现状及进展趋势;关键词: 风力发电,系统,掌握The Series of Lectures on Wind Power TechnologyPart 3 Development of Control Technologiesfor Wind PowerSystem Wang Honghua Department of Automation Engineer
2、ing ,HohaiUniversity ,Nanjing,210098,China Abstract:This paper describes the principle and structure of wind power control system, and presents the latest development trend and research progress of control technologiesforwind power system . Key words: Wind power,System , Control 0.引言行操作、状态显示、故障记录、趋势
3、曲线、绘制报表、用户治理等功能;软切入掌握的众所周知,风能是一种能量密度低、稳 定性差的能源,保证运行的牢靠性和安全 性、提高风力发电的质量和效率、延长风电 机组的寿命是风力发电掌握系统的基本目 标;图 1 为基于 DCS技术的大型风电机组控 制系统总体结构框图 1-5 ;图 1 风电机组掌握系统总体结构主掌握器监测电力参数、风力参数、机主要功能是限制发电机并网和大小发电机切 换时的冲击电流、平稳风力发电机并网过渡 过程;偏航掌握系统主要包括自动偏航、手 动偏航、 90 o 侧风、自动解缆等功能 2;大 型风电机组均采纳主动对风掌握,当风轮主 轴方向与风向标指向偏离超出答应偏差范畴 且连续肯定
4、时间后,偏航系统掌握伺服(偏 航)电动机运转使风轮主轴方向跟踪主风 向;液压系统执行风力机的变桨距和制动操 作,实现风电机组的功率掌握、转速掌握及 开停机掌握;制动系统是风电机组安全保证 的重要环节,在定桨距机组中,通过叶尖挠 流器执行气动刹车;而在变桨距机组中,通 过掌握变桨距机构也可掌握机械刹车机构;另外,风电机组的掌握设备仍包含安全 爱护系统,其是传感器和工控机的集成,包名师归纳总结 组状态参数,起/停其他功能模块,实时监括超速爱护、电网失电爱护、电气爱护(过第 1 页,共 6 页控风电系统工作状态;人机界面主要实现运电压及短路爱护、防雷击爱护等)、机组振- - - - - - -精选学
5、习资料 - - - - - - - - - 作者简介: 王宏华( 1963),男,江苏泰州人,博士;现为河海高校教授、博士生导师;讨论方向为新型交直流电力传动等制器将桨距角调至0 o 邻近并固定,发电机;动爱护、发电机过热爱护等,主要执行停机和紧急停机程序,其具有最高优先权,可进 入至少两套刹车系统;以上概述了风电机组掌握系统的一般 功能,为了更好地实现提高风力发电质量、的功率依据叶片的气动性能随风速变化而变 化;当风速过高,高于额定功率时,增大桨 距角使风轮迎风面积减小,从而将发电机功 率保持在额定值;变桨距调剂具有额定点风效率的目标,应对风电机组的稳态运行工作 能利用系数较高、起 / 制动
6、性能好、输出功点进行精确掌握,其掌握技术进展的 3 个主 率平稳等优点,故成为大型风电机组的正确要阶段为:从起源于丹麦的定桨距恒速恒频 掌握到 20 世纪 90 岁月进展起来的变桨距恒挑选;但随着并网机组向大型化方向进展,桨叶转动惯量庞大(大型风机的单个叶片重速恒频掌握;再到目前已广泛应用的变桨距 达数吨,有的风轮直径已达一百多 M),仅变速恒频掌握;本文总结了这 3 个进展阶段 采纳桨距角掌握难以适应风速的快速变化;的运行掌握技术,综述了风力发电掌握技术 为了有效掌握快速变化的风速引起的功率波的进展趋势;动 , 近 年 来 出 现 了 采 用 转 子 电 流 控 制1.定桨距失速掌握(RCC
7、)技术以调整绕线型异步发电机转差 率的新型变桨距掌握系统 1 ,如图 2 所示;定桨距风力机的桨叶固定在轮毂上,桨 叶的迎风角度不随风速的变化而转变,即叶 片桨距角不行调;当风速高于额定风速(一 般为 1216m/s)时,其依靠于叶片特殊的 翼形结构所具备的自动失速性能而将功率自 动限制在额定值邻近;20 世纪 80 岁月叶尖 挠流器在定桨距风电机组得到胜利应用,使 桨叶自身具备了制动才能,有效解决了突甩 负载情形下的安全停机问题;为了使机组在低风速段运行时具有较高效率,定桨距风电 机组采纳双速发电机、双绕组双速感应发电 机等以实现不连续变速功能 2 ;对联网运行 的定桨距风电机组,晶闸管恒流
8、软切入装置图 2 带转差率调剂的变桨距掌握系统 图 2 中,转速掌握器的输出为桨距给 定,桨距掌握器为非线性比例掌握器,其输 出掌握液压伺服系统,使桨距角变化;其是其掌握系统的重要部分;中,转速掌握器A 在发电机并网前工作,即定桨距失速掌握无功率反馈系统和变桨 距机构,结构简洁,安全系数较高,不需要 复杂的掌握程序,但其性能受叶片失速性能在机组进入待机状态或从待机状态重新起动 时投入工作,通过调剂桨距角,使发电机以 肯定的加速度升速,当发电机在同步转速限制,起动风速较高,在风速超过额定值时(50Hz 时 1500r/min )10r/min (可调)发电功率下降;为了提高功率调剂性能,近 年来
9、又研制出主动失速型风电机组 1-2 ;2.变桨距掌握变桨距风轮的桨叶与轮毂不象定桨距那 样采纳刚性联接,其叶片的桨距角可随风速 变化进行调剂,以调剂风电机组的功率;在 额定功率以下时,为最大限度获得风能,控内连续 1s(可调)时发电机将切入电网,并切换为转速掌握器 B 和功率掌握器工作;转速掌握系统 B 的输入为速度偏差和风速,在达到额定值前,速度给定随功率给定按比例增加;如风速和功率输出始终低于额定,将依据风速输出正确的桨距给定,以优化叶尖速比;如风速超出额定,通过转变桨距角使发电机转速跟踪给定,将输出功率稳名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - -
10、- - - - - - - 定在额定;图2 中,风速信号是经低通滤波P optK3 i器后参加桨距掌握的,即桨距掌握对瞬变风速并不响应;在瞬变风速下维护输出功率稳 定是通过功率掌握器进行的,其通过绕线型 异步发电机转子电流掌握环实现(参见本系式中,KS R/opt 3Cpmax/2, 为空气密度, S 为风轮扫风面积,R 为风轮半列讲座( 2)中的图1“ 绕线转子电流受控径, opt 为正确叶尖速比,Cpmax 为最大风能的异步风力发电机” 结构),即依据功率控 制器输出的电流给定值,通过电力电子装置 调整转子回路等效电阻(其动作时间在毫秒 级以下),从而快速调剂发电机转差率,即 快速转变风轮
11、转速,吸取瞬变风速引起的功 率波动,实现额定风速以上且风速频繁变化利用系数;目前常用的最大风能跟踪掌握方法有如 下 3 种基本方法;3.1.1风速跟踪掌握实时测量风速,然后依据风电机组的功 率特性,推算出访风轮叶尖速比保持在正确时的发电机输出额定功率, 削减变距机构的动作频率和幅度;3.变速掌握值的发电机所需正确转速nopt ,掌握变速发电机的转速使其跟踪正确转速nopt ,从而实现 MPPT;目前,变桨距变速恒频风电机组已成为 大型并网风电机组的主流机型,其基本掌握 策略为:低于额定风速时,掌握发电机转速 以跟踪风速变化,使风轮叶尖速比保持在最虽然这种方法的原理简洁明白,但必需 已知风力机特
12、性,且要求测量的风速与作用 在桨叶上的风速有良好的关联性;然而,由 于风速在时间、空间上的随机变化,很难精佳值,实现最大风能跟踪(MPPT)掌握;高确测得与到达风轮上的风速一样的结果,这于额定风速时,调剂桨距以限制风力机吸取 的功率不超过极限值,并在风速大幅度变化 时使发电机保持输出功率恒定;限制了该方法的工程应用;为了克服风速跟 踪掌握方法的缺点,显现了多种基于风速预 测方法的改进掌握系统 1 ;31 额定风速以下实现MPPT的转速掌握3.1.2 功率反馈掌握图 3 为桨距角不变,不同风速Vi 下风实时测量发电机转速(就可得到风轮角力机的输出功率特性;图中,i 是对应Vi速度 ),依据风轮角
13、速度 和风力机最大使风力机具有正确叶尖速比 opt 的风轮角速功率曲线Popt,实时运算发电机的输出有功功率指令 P *,掌握发电机的输出有功功率使度,将Vi 、i 对应的各风速下最大输出功其跟踪指令P *,即可实现MPPT;以上实现 10 :设原先在风率点相连即为最大功率曲线Popt;MPPT的过程可用图2 说明速 V5下机组稳固运行在Popt 曲线的 E 点,此时风力机输出功率和发电机输入功率均为PE,两者平稳,风轮以正确角速度 5 稳固 运行;如风速由 V5 突升至 V4,风力机的工 作点将由 E 跳动至 F,对应的输出功率跃变 至 PF,而发电机却因惯性和掌握滞后仍临时 工作在 E 点
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022 风力 发电 技术 系列 讲座
限制150内