风力发电机组的变距控制系统

白冰

摘 要：近些年，国内的风力发电已经取得了较为喜人的成绩，人们一提到风力发电，就会想到低碳、节能、环保这些代名词。尤其是在石油资源、煤炭资源面临枯竭的窘迫形势下，风力发电的发展更需要加大研究力度，以期其能早日发挥更加广泛的用途。在下文叙述中就对风力发电机组的变距控制系统做出研究分析，以供参考。

关键词：风力发电；发电机组；变距控制；控制系统

在风力发电机组的快速发展下，發电机组的整体结构和控制功能目前已经在很大程度上得到了完善，并且其功能作用更加的齐全、高效，经过不断地实验验证研究得出，变距控制系统的发电机组因为其功能优势已经逐渐的可以取代定距控制系统的发电机组，那么变距控制系统的发电机组具体有怎样的功能优势，在下文中通过对系统的分析以做出论述。

一、变距控制系统的发电机组基本概述

变距系统主要包含着两种控制方式，即并网前的速度控制与并网后的功率控制。由于异步电机的功率与速度是严格对应的，功率控制最终也是通过速度控制来实现的。变距叶轮的桨叶在静止时，节距角为90°，这时气流对桨叶不产生力矩，整个桨叶实际上是一块阻尼板。当风速达到起动风速时，桨叶向0°方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，叶轮开始起动。叶轮从起动到额定转速，其桨叶的节距角随转速的升高是一个连续变化的过程。当转速达到额定转速后，电机并入电网。这时电机转速受到电网频率的牵制，变化不大，主要取决于电机的滑差，电机的转速控制实际上已转为功率控制。如图1所示，在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A根据发电机转速反馈信号直接控制，发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号控制比例阀，驱动液压缸活塞，推动变桨距机构，使桨叶节距角变化。

二、变距控制系统的控制分析

（一）速度控制分析

变距风力发电机组的速度控制包括两个部分，脱网状态和并网状态下的速度控制。1、脱网状态下的速度控制。转速控制系统在风力发电机组进入待机状态或从待机状态重新起动时投入工作，在这些过程中通过对节距角的控制，转速以一定的变化率上升。控制器也用于在同步转速时的控制。当发电机转速在同步转速±10r/min内持续1s发电机将切入电网。发电机转速通过主轴上的感应传感器测量，每个周期信号被送到微处理器作进一步的处理以产生新的控制信号。2、并网状态下的速度控制。如图2所示，发电机并入电网后，速度控制系统E起作用。速度控制系统B受发电机转速和风速的双重控制。在达到额定值前，速度给定值随功率给定值按比例增加。额定的速度给定值是1560r/min，相应的发电机转差率是百分之四。如果风速和功率输出一直低于额定值，发电机转差率将降低到百分之二，节距控制将根据风速调整到最佳状态，以优化叶尖速比。

（二）功率控制分析

功率控制系统，为了有效地控制高速变化的风速引起的功率波动，新型的变桨距风力发电机组采用了RCC技术。通过对发电机转子电流的控制来迅速改变发电机转差率，从而改变风轮转速，吸收由于瞬变风速引起的功率波动。该控制系统由功率伺服环（内环）和通过测量转速产生功率参考曲线（外环）两部分构成，称为双闭环控制。其中外环是转速控制环，使输出交流电频率控制在50Hz。内环，也就是功率控制环，实际上是一个发电机转子电流控制环。转子电流控制器由快速数字式PI控制器和一个等效变阻器构成。它根据给定的电流值，通过改变转子电路的电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差率能够从1%到10%变化（1515-1650r/min），相应的转子平均电阻从0到100%变化。当功率变化时，PI控制器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值。如果从主控制器传出的电流给定值是恒定的，它将保持转子电流恒定的，从而使功率输出保持不变。转子电流控制器的动作时间在毫秒级以下，变桨距机构的动作以秒计，因此在短暂的风速变化时，仅仅依靠转子电流控制器的控制作用就可保持发电机功率的稳定输出，减少对电网的不良影响。同时也可降低变桨距机构的动作频率，延长变桨距机构的使用寿命。

参考文献：

[1]王爱，石培进.变浆距风力发电机组的控制系统[J].科技视界，2012，

17：235-236+262.

[2]常春永.风力发电机组电气控制系统检修探讨[J].中国高新技术企业，2016，06：139-140.endprint