相關(guān)內(nèi)容

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

控制系統(tǒng)設(shè)計的基本目標(biāo)

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

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

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

空氣動力學(xué)模型是風(fēng)電機組控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對于風(fēng)電機組這樣的特殊設(shè)備，實際的風(fēng)況將直接影響控制效果。因此即使是成熟的機型也應(yīng)該根據(jù)各個風(fēng)場的自然條件來調(diào)整控制參數(shù)，在弦長經(jīng)過驗證后才能進入商業(yè)化運行。

結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析是風(fēng)電機組進行優(yōu)化控制的關(guān)鍵?，F(xiàn)代大型風(fēng)電機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)柔性增強后，葉片除了揮舞和顫振外，還可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)葉片揮舞、擺動和扭轉(zhuǎn)振動相互耦合時，會出現(xiàn)氣彈失穩(wěn)，導(dǎo)致葉片破壞。在變槳機構(gòu)動作與葉輪不均衡載荷的影響下，塔架會出現(xiàn)前后和左右方向的振動，如果該振動激勵源與塔架的自然頻率產(chǎn)生共振時就有可能導(dǎo)致機組傾覆。因此，大型風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)動力學(xué)是一個復(fù)雜的多體動力學(xué)問題。

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

減小傳動鏈的轉(zhuǎn)矩峰值

通過動態(tài)阻尼來抑制傳動鏈振動

壁面過量的變槳動作和發(fā)電機轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)

通過控制風(fēng)電機組塔架的振動盡量減小塔架基礎(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)計過程需要進行相互權(quán)衡，實現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計。