基于變槳距的風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)研究.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔能源,取之不盡,用之不竭。環(huán)境和能源的客觀要求使風(fēng)能受到越來越深入的關(guān)注,因此以風(fēng)力發(fā)電為主的清潔的新型可再生能源發(fā)電方式正越來越多的代替?zhèn)鹘y(tǒng)以化石燃料為主的發(fā)電方式。盡管目前國內(nèi)外的裝機容量不斷增加,風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模不斷增大,但有些風(fēng)力發(fā)電的核心控制技術(shù)還很不成熟,如載荷優(yōu)化、低電壓穿越、獨立變槳及塔架阻尼控制技術(shù)等。因此對風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵性控制技術(shù)進行研究具有廣泛的意義。本文針對提高風(fēng)能利用率的最大風(fēng)能利用系數(shù)Cp控制,恒

2、功率的變槳距控制以及針對風(fēng)向的偏航控制進行研究。
　　 本文首先從空氣動力學(xué)、電機學(xué)角度出發(fā),以實際的風(fēng)電場發(fā)電機組為研究對象,建立了符合實際要求和意義的被控對象模型。由于自然風(fēng)的隨機性,從風(fēng)速和風(fēng)向角度,研究其對發(fā)電機組發(fā)電效率、機械極限以及風(fēng)能利用效率的影響。針對風(fēng)速,為使得發(fā)電機組既能吸收最大的風(fēng)能,又能使其向電網(wǎng)輸送平穩(wěn)的功率,保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量和安全,分階段采用了不同的控制策略和控制算法。低于額定風(fēng)速時,以追求吸收最大

3、的風(fēng)能為目標(biāo),采用最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制方案,對能夠保持最大風(fēng)能利用系數(shù)Cp的風(fēng)速范圍進行統(tǒng)計分析,并與采用傳統(tǒng)的查表法時的輸出功率進行比較。結(jié)果表明,采用最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制能使保持最大Cp風(fēng)速范圍變寬,從而使輸出功率更高。高風(fēng)速時,以追求恒定的功率輸出即額定功率為目標(biāo),通過變槳距調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。由于變槳距風(fēng)電機組具有很強的延時特性和滯后性,傳統(tǒng)的PID控制并不能取得較好的控制效果。本文采用了一種模糊-PID切換控制方案。低風(fēng)速時,以一定的誤差閥值為切換標(biāo)

4、準(zhǔn),高于閥值時,采用模糊控制,根據(jù)現(xiàn)場的操作經(jīng)驗迅速減小誤差,以提高系統(tǒng)的快速性。低于閥值時,切換到PID控制,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。同樣高風(fēng)速時,也采用模糊控制和PID控制切換的方式,綜合了二者的優(yōu)點。由于自然風(fēng)速空間分布的不均勻性,將風(fēng)速模型進行等效分析。并在MATLAB里搭建了風(fēng)電機組的動態(tài)模型和風(fēng)速模型,依據(jù)此控制方案和控制策略進行仿真,并進行效果分析,不斷改進和完善,取得較好的效果。
　　 其次,建立了基于bladed