直驱永磁1.5MW与双馈异步1.5MW风力发电机组有功控制策略的分析-北极星风力发电网

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一、直驱永磁风力发电机组有功控制策略

1、直驱永磁风力发电机组的变桨系统原产于德国vensys，该系统的作用是：额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以跟踪最优Cp;额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功率、扭矩相对平稳;功率曲线较好。通俗的说，当风速大于额定风速时，变桨系统控制叶片进行收桨，以保证风力发电机组不超速;当风速等于或者小于额定风速时，变桨系统控制叶片在最大的工作面，以保证机组运行在最大的出力。

2、启动过程：

(1)按下启动按钮(或者是风速仪检测到风速信号满足启动条件后，发出启动命令)，风机开始进入自检状态。

(2)自检状态包括各系统回路的检测，母线预充电开始，预充电开关吸合，当电压升到±420VAC时，预充电开关断开，网侧断路器吸合(预充电开关与网侧断路器处于互锁的状态)。

(3)网侧断路器吸合后，此时变桨系统开始动作，从87°变桨至54°。转速检测信号开始检测转速，当转速达到0.6rpm以上时，风机由待机状态进入启动状态。此时变桨系统控制叶片由54°向0°开始变桨，当转速达到8.8rpm，风机进入并网状态，开始发电。

备注：从启动的过程可以看出，风机的风速信号，只是发出了启动的命令，在启动的过程中，风机没有参考过任何一个风速信号。说明一个问题：风速信号是一个不稳定的信号，由于其不稳定性，所以风速信号在风力发电机组中不参与核心控制，也就是我们所说的gh控制。

PS：GH控制是Garrad Hassan公司研发的一个控制策略，变桨变速控制策略，其核心内容就是恒功率、恒转速。

3、大家会有一个问题：风速信号不参与到风机的核心控制，那风机的功率是如何控制的?

有人会认为叶片的角度控制是由风速仪传输的信号来控制。这一点是错误的。叶片的角度是由转速检测信号检测出叶轮的转速，与变流器检测到的功率信号对比，这里面有一个计算的公式。将对比后的结果发至变桨系统的控制PLC模块，从而控制变桨系统进行变桨。

备注：如果现场发现有某台风机风速达到额定风速，周边的风机都达到了满发，而这台风机达不到满发，有可能会使转速检测模块OVERSPEED有问题，不妨换一个试试，有50%的几率可以解决该类问题。原因是该模块计算出的电流值偏小，影响了变流器的对比和计算。还有一个原因就是这台风机摊上大事了，给发电机提供磁场的磁钢开始消磁了。

直驱永磁风力发电机组在发电的情况下，我们可以分为5个阶段：

(1)第一个阶段对应风速3m/s至4.8m/s,风机通过控制发电机的扭矩将叶轮转速控制在恒定的10rpm/min;

(2)第二个阶段对应风速4.8m/s至6m/s，以最优转矩为发电机最大转矩，通过PI控制器使其跟踪最大转矩;

(3)第三个阶段对应风速6m/s至8m/s，以最优转矩为发电机最小转矩，这时通过PI控制器使其跟踪最小转矩;

(4)第四个阶段对应风速8m/s至11m/s，叶轮转速类似于第一个阶段，通过控制发电机的扭矩将叶轮转速恒定在17.3rpm/min;

(5)第五个阶段对应风速在11m/s至22m/s，因为这时的转矩已经达到了设定极限值，转速也处于额定转速状态，这时，随着风速的增加，将通过改变桨距角来限制输出功率，使其恒定在1.5MW左右，变桨的增益系数随着桨距角的变化也在变化。

综上所述，直驱永磁风力发电机组，当风机未满发手动进行负荷限定时，风机的变桨系统是收到了变频器给定的功率信号以及当前转速信号的一个对比值，属于被动型，让叶片到多少度，而不是通过PLC控制变桨到多少度，来控制有功功率。虽然这种控制也可以宏观的反过来说，但是不够专业，因为两者的准确度和安全性那是天壤之别，如果靠风速来控制功率和转速，那变频器和发电机就岌岌可危了。所以说，这种机型的变桨最大的作用还是提供气动刹车、维持机组不超速而已，为何要在未满发的情况下限功率的时候要给变桨信号一个变桨的指令，本人看来，是因为发电机本身不能通过调整励磁电流来控制输出的有功，只能靠变频器自身来消耗，其实理论上在系统中多设定几个大容量电阻箱即可，但毕竟时时消耗会增大成本，且不安全。

二、双馈异步风力发电机典型有功控制策略

双馈异步风力发电机定子侧直接接入交流电网，转子侧与电网间为交直交变频回路，不但能发出电能，也能从电网吸收电能进行励磁。转子侧变频器调节励磁电压，实现对有功、无功输出的控制。由于双馈异步发电机组均采用该类控制方式，所以双馈机组不但在变频这一块中有一定的优势，不采用全功率变频器，而是采用三分之一功率的变频器，而且在发电效率上也具有最优秀的运行特性(我这里只是说双馈异步风力发电机)。当风速较低时，可以跟踪最大风能，保持较高的发电效率，当风速较高时，可以保持恒功率发电。

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