風力發電機組的變距控制系統

白冰

摘 要：近些年，國內的風力發電已經取得了較為喜人的成績，人們一提到風力發電，就會想到低碳、節能、環保這些代名詞。尤其是在石油資源、煤炭資源面臨枯竭的窘迫形勢下，風力發電的發展更需要加大研究力度，以期其能早日發揮更加廣泛的用途。在下文敘述中就對風力發電機組的變距控制系統做出研究分析，以供參考。

關鍵詞：風力發電；發電機組；變距控制；控制系統

在風力發電機組的快速發展下，發電機組的整體結構和控制功能目前已經在很大程度上得到了完善，并且其功能作用更加的齊全、高效，經過不斷地實驗驗證研究得出，變距控制系統的發電機組因為其功能優勢已經逐漸的可以取代定距控制系統的發電機組，那么變距控制系統的發電機組具體有怎樣的功能優勢，在下文中通過對系統的分析以做出論述。

一、變距控制系統的發電機組基本概述

變距系統主要包含著兩種控制方式，即并網前的速度控制與并網后的功率控制。由于異步電機的功率與速度是嚴格對應的，功率控制最終也是通過速度控制來實現的。變距葉輪的槳葉在靜止時，節距角為90°，這時氣流對槳葉不產生力矩，整個槳葉實際上是一塊阻尼板。當風速達到起動風速時，槳葉向0°方向轉動，直到氣流對槳葉產生一定的攻角，葉輪開始起動。葉輪從起動到額定轉速，其槳葉的節距角隨轉速的升高是一個連續變化的過程。當轉速達到額定轉速后，電機并入電網。這時電機轉速受到電網頻率的牽制，變化不大，主要取決于電機的滑差，電機的轉速控制實際上已轉為功率控制。如圖1所示，在發電機并入電網前，發電機轉速由速度控制器A根據發電機轉速反饋信號直接控制，發電機并入電網后，速度控制器B與功率控制器起作用。變距系統的執行機構是液壓系統，節距控制器的輸出信號經D/A轉換后變成電壓信號控制比例閥，驅動液壓缸活塞，推動變槳距機構，使槳葉節距角變化。

二、變距控制系統的控制分析

（一）速度控制分析

變距風力發電機組的速度控制包括兩個部分，脫網狀態和并網狀態下的速度控制。1、脫網狀態下的速度控制。轉速控制系統在風力發電機組進入待機狀態或從待機狀態重新起動時投入工作，在這些過程中通過對節距角的控制，轉速以一定的變化率上升。控制器也用于在同步轉速時的控制。當發電機轉速在同步轉速±10r/min內持續1s發電機將切入電網。發電機轉速通過主軸上的感應傳感器測量，每個周期信號被送到微處理器作進一步的處理以產生新的控制信號。2、并網狀態下的速度控制。如圖2所示，發電機并入電網后，速度控制系統E起作用。速度控制系統B受發電機轉速和風速的雙重控制。在達到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。額定的速度給定值是1560r/min，相應的發電機轉差率是百分之四。如果風速和功率輸出一直低于額定值，發電機轉差率將降低到百分之二，節距控制將根據風速調整到最佳狀態，以優化葉尖速比。

（二）功率控制分析

功率控制系統，為了有效地控制高速變化的風速引起的功率波動，新型的變槳距風力發電機組采用了RCC技術。通過對發電機轉子電流的控制來迅速改變發電機轉差率，從而改變風輪轉速，吸收由于瞬變風速引起的功率波動。該控制系統由功率伺服環（內環）和通過測量轉速產生功率參考曲線（外環）兩部分構成，稱為雙閉環控制。其中外環是轉速控制環，使輸出交流電頻率控制在50Hz。內環，也就是功率控制環，實際上是一個發電機轉子電流控制環。轉子電流控制器由快速數字式PI控制器和一個等效變阻器構成。它根據給定的電流值，通過改變轉子電路的電阻來改變發電機的轉差率。在額定功率時，發電機的轉差率能夠從1%到10%變化（1515-1650r/min），相應的轉子平均電阻從0到100%變化。當功率變化時，PI控制器迅速調整轉子電阻，使轉子電流跟蹤給定值。如果從主控制器傳出的電流給定值是恒定的，它將保持轉子電流恒定的，從而使功率輸出保持不變。轉子電流控制器的動作時間在毫秒級以下，變槳距機構的動作以秒計，因此在短暫的風速變化時，僅僅依靠轉子電流控制器的控制作用就可保持發電機功率的穩定輸出，減少對電網的不良影響。同時也可降低變槳距機構的動作頻率，延長變槳距機構的使用壽命。

參考文獻：

[1]王愛，石培進.變漿距風力發電機組的控制系統[J].科技視界，2012，

17：235-236+262.

[2]常春永.風力發電機組電氣控制系統檢修探討[J].中國高新技術企業，2016，06：139-140.endprint