风力发电控制系统论文

要写好一篇逻辑清晰的论文,离不开文献资料的查阅，小编为大家找来了《风力发电控制系统论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。【摘要】随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大，传统的能源供给面临巨大的压力。风力发电技术的出现，极大地缓解了社会生产中的能源需求问题。在使用风力发电技术的同时通过功率控制，有效提高了风力发电机组风能的利用率。论文主要对风力发电技术做了分析，探讨了风力发电技术功率控制策略。

第一篇：风力发电控制系统论文

风力发电工程质量控制要点探究

摘 要：风力发电因其在实践运作过程中所表现出较强的清洁与持续性，逐步成为了当下电力能源供应的主要形式之一。受不同建设环境以及使用者高质量、高标准要求的影响，对于风力发电工程质量提升迎来了更加严峻的挑战。为此如何能够在充分利用现有资源、技术等条件下提高工程质量，完善发电工程质量控制效率，成为了建设风力发电的重要工作内容之一。应当通过实施技术创新、强化内控管理、推进监督机制等措施，从而为尽早实现风力发电建设打下坚实的基础。

关键词：风力发电 工程质量 创新优化 实践应用

现阶段伴随着社会生产力的不断提升，高新科学技术在生产作业中不断推广应用，改变了以往较为落后的传统用能结构。使得以风力发电的供电比例份额在近些年呈现出逐年上升的趋势。同时各行业建设对于能源需求的迫切夙愿，推动了提升风力工程建设的效率。为保障风力发电系统能够安全、可靠地投入到使用当中，实时加强工程建设质量控制势在必行。

1 风力发电工程质量控制的主要构成要素

1.1 发电工程质量的主要内容

1.1.1 技术质量

主要表现为在实施风力发电系统工程中从基建部分的施工操作技术到发电机组的安装，再到基础设施能够正常做到电力能源的正常输入所需要的各类技术指导，其质量的高低与实践性直接关系到工程总体的实际成效。

1.1.2 管理质量

主要表现为将质量工程理念落实到各个施工作业环节中所需要的各类管理活动，包括财务管理、技术管理、人员设施管理以及现场安监管理等。

1.1.3 工程质量

即表现为风力发电体系在建成之后是否能够达到设计之初的发电总量要求以及覆盖的区域范围[1]。

1.2 工程质量控制的主要特征

1.2.1 工程质量的综合型

风力发电系统工程的有效实施，是基于将环境、资源、设施、技术、人员等各类因素按照功能和职责的不同进行分布排列，有机的进行规划整合所形成的有机统一体。各分管项目的有序实施需要各部分各环节充分进行相互协调与有效对接。

1.2.2 用途及成果的专业性

正如前者所提到的那样，工程施工的主要目的在于补充并提高区域范围内风力发电总容量的建设，不断提升对区域内各行业对于电力能源的总需求量，促使其能够与社会变革效率保持较高的一致性。

1.3 影响发电工程的主要环节

1.3.1 环境方面

风力发电是通过利用自然界风能带动发电机组，将自然风力转化为电力并将其储存进行电力输出而实现的能源供应作业。因此风力发电的主要场所集中于地域平坦、风力强劲的地区。受地理因素限制，我国的风力发电工程大多集中于两类地区，一是风沙较大的西北内陆地区。二是海风强劲的沿海地区。

1.3.2 管理方面

其中以技术管理与财务管理尤为重要。一方面，风力发电技术的可行性与推广性，是保障整体电力工程稳健实施的重要举措。包括：电力容量、抗风力等技术指标则影响机械设备正常运行。另一方面，对于项目资金的总投入数量直接关系到发电工程项目的推进的稳定性。合理的工程造价以及规范的财务管理，能够促使对工程建设的合理化运用[2]。

2 现阶段风力发电工程质量控制中存在的风险问题

2.1 管理体系运行不顺畅

由于工程各环节在相互协调中存在较大阻碍，导致风力发电管理体系运行中表现出管理效率低、信息对接阻塞的现象发生。与此同时，包括设施进场、物资分配、岗位职责等各项管理措施不到位，降低管理实效性形成较大的工程安全质量隐患。

2.2 监督机制执行滞后

造成监督机制流于形式的主要因素体现在以下两个部分：一方面高效率的工程进度需要施工方在规定时间范围内完成计划设计内的施工进度。同时处于节约损耗、减少成本资金投入的考虑，会减少对部分施工环节的监督与管理。另一方面，诸多施工任务量，促使各类施工人员想方设法提高施工效率，将一些看似“无关紧要”的技术操作环节往往会省略，造成整个工程施工流程出现断档[3]。

2.3 团队管理存在漏洞

前者中讲述到风力发电工程被分为基建部分与电力施工部分两大块。而在电力部分中因技术含量较高专业性较强的因素，使得团队建设会采取统一调配进行施工。但是在基建部分由于施工点较多总体工程量大，需要不同的施工团队来协调完成，这就导致在资格审查过程中会出现作业水准与实际资质不符的情况发生，最终使得工程质量层次不齐。

3 创新发电工程质量控制管理的主要措施

3.1 结合实际制定切实可行的工程质量计划目标

3.1.1 设立风力发电质量目的

以保障风力发电机组正常运转、提升电力输送能力为最终目标。全力确保各项工程施工环节有序进行。重点加强对各环节、各岗位的职能划分与职责确定，确保每一步都符合国家及行业技术部门制定的数据标准。

3.1.2 确立质量计划的实施范围

按照最終施工目标来确定，风力发电的质量计划实施范围，则适用于整个工程施工环节，包括从技术设计到实践操作再到工程验收审查。确保发电工程能够真正做到“安全施工、质量第一”的操作原则。

3.2 建立并完善管理机制推进工程质量保证进程

3.2.1 要建立健全质量保证体系

严格按照质量体系文件进行质量管理，做到从资源投入和过程控制上保证工程质量。例如：对于混凝土、钢筋等资源的调配与使用，应当严格按照技术设计的标准型号进行统一采购、严格审查、确定进场的步骤。

3.2.2 要做好前期工程的准备工作

其中既包含了技术设计工作，应当做到实际数据与理论设计有效对接，增加流水作业面使施工方案科学合理，措施详实、可行、可靠。还要增强对自然环境下不可抗拒因素的预估判断，增强发电设施地域自然灾害的综合能力[4]。

3.3 确立并强化发电现场工程质量监督管理机制

实行“定岗定责”的负责制度。在采购中严格执行物资的抽检与试验步骤。在施工监控中，将QC质量小组管理机制与实际施工地域情况相融合，对不同建筑部位进行实时监控。同时对于关键施工部位可采取引入第三方专业审核机构，增强对监督成果的公平公正性。

3.4 培养一支高素养、高水准的工程建设团队

3.4.1 树立正确的操作观念

要增强对施工作业人员安全质量意识的培养与引导。定期对施工者轮番进行岗位培训教育，通过对其进行不间断的安全教育，引导作业者将安全理念落实到实际工程操作中。

3.4.2 提升自身操作技能

要严格执行各类施工技术及操作流程。一方面，以监督管理、岗位技能培训为手段，着力提升操作者的职业素养，促使其能够熟练掌握各项技术参数，明悉各种施工工艺流程。在包括安装风扇机组等关键环节中做到一次到位，进而降低施工风险[5]。

4 结语

综上所述，风力发电工程质量对于整个风电体系正常化运行起到了關键性作用。对于推动风电建设长久平稳建设显得尤为重要，这也使得加强工程质量管理势在必行。通过确立质量计划、完善管理体系、增强监控机制、提升职业素养四个方面，以“安全施工、质量第一”为行动原则，才能为提升风力发电工程建设保驾护航。

参考文献

[1] 王欣.风力发电对电网的影响研究[J].科技风，2018(23)：187-188.

[2] 熊定银，罗纪平，周猛，等.针对风能发电并网技术及谐波问题研究[J].科技创新与应用，2018(8)：43-44.

[3] 郭朝先.我国发电装备制造业转型发展的困难与对策[J].中国发展观察，2018(3)：97-100.

[4] 雷政平.风力发电工程质量控制要点探究[J].工程技术研究，2019，4(3)：161-162.

[5] 段文辉，魏丽芳，王克谦，等.内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究[J].可再生能源，2018，36(3)：405-410.

作者简介：王涛(1983，8—)，男，汉族，内蒙古卓资人，本科，工程师，研究方向：风力发电基建工程管理。

作者：王涛

第二篇：风力发电技术与功率控制策略

【摘要】随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求越来越大，传统的能源供给面临巨大的压力。风力发电技术的出现，极大地缓解了社会生产中的能源需求问题。在使用风力发电技术的同时通过功率控制，有效提高了风力发电机组风能的利用率。论文主要对风力发电技术做了分析，探讨了风力发电技术功率控制策略。

【关键词】风力发电;功率控制;有效策略

1风力发电技术概述

1.1风力发电技术原理

风力发电技术指的是将风能通过风力发电机转化为电能的技术。风力发电的过程就是把风能经由机械能转换为电能的过程，风能转化为机械能的过程由风轮实现，机械能转化为电能的过程由风力发电机及其控制系统实现。风力发电技术的基本原理是风的动能通过风轮转换为机械能，再带动发电机发电转换为电能。在这个过程中，风力发电机组大多为水平轴式风力发电机，它由多个部件组成，包括叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等。

1.2风力发电的特点

风能发电在近10年来已取得飞速发展，目前，全球风电装机容量已近4270亿MW。风力发电技术能够得到大量的推广与它的特点是分不开的。风能属于可再生能源，风力发电有充足的能源支持;风力发电技术建设周期短以及装机规模灵活，在风能充足的地方可以用最短的时间建立风力发电基础设施，可以用最快的速度将风能转化为需要的电能;可靠性高和成本低使得风力发电的推广使用迅速提高;风力发电在操作运行方面也是比较简单的，而且风力发电建设占地面积小。风力发电的特点总结下来就是能源充足，操作简单，成本低无污染。

2风力发电技术的发展

目前风力发电技术的发展变化主要呈现以下几种趋势：

2.1小容量转向大容量

风力发电机组单机容量向大型化发展，现阶段为主的机组单机容量在1MW以上，最大达5MW，但美国等发达国家已经开始着手研制容量更大的机组，目前已成功应用7MW容量的发电机，并且更加大容量的发电机组已在研究当中。

2.2陆地风力发电向海上风力发电转变

海上风力发电和陆地上风力发电的原理和技术基本相同，但在海上进行风力发电，不仅能够节约更多的土地资源还能有效利用海上更加丰富的风力资源，进而进行大规模的批量生产，可以有效减少降成本。为此许多国家都在努力进行海上大规模发电。我国海上风力发电则才刚刚起步，上海的东海大桥海风电场项目是我国第一个海上风力发电项目，目前还在建设阶段。

2.3定桨矩向变速、变桨恒频发展

变速运行和恒速运行的发电机相比具有许多优势，可以按照捕获最大风能的要求，在风速发生变化的时候实时地调节风机的转速，使其能够始终保持最佳的转速运行，具有减小机组的机械应力以及增加风能捕获量和风速变化适应性好、效率高、生产成本低等特点。

变桨距和定桨距相比，具有更好的机组启动性能、机组结构受力荷载较小、输出功率稳定等优势，并且当风速过高，高于切出风速时，能够通过桨叶顺桨很好的保护风机免受损坏，增长风力发电机的使用年限。唯一的不足是，增加了变桨设置以后，会使得机组更加容易出现故障，使程序控制更加趋于复杂化。

2.4变有齿轮箱电机为直驱式电机

只驱式即无齿轮式永磁风力发电机，该种电机不仅能满足工作要求高的要求、还能有有效改善增速齿轮箱沉重、加工难度大等诸多问题，而且发电机直接连接大也轮轴上的只驱式发电机具有系统高效性、可靠性等优点。国际领先水平的无齿轮风机，使用全功率变频器将频率变化的风电送进电网中。这种直驱是风机因为不具备齿轮箱，因而零部件相对于传统有齿轮的要少很多，这样以来就提高了电机运行的效率、增强了其可靠性，得到广泛的应用。

2.5结构设计趋于紧凑、轻盈化、柔性以及高可靠性

尽管风力发电的技术在最近几年得到了飞速的发展和巨大的进步，但是其技术从商业的角度看，体现出机组寿命短的弊端。因而，提高发电机组相关构件的可靠性，改善机组结构设计是十分必要的。通过机组结构进行优化设计，使用更加可靠的材料、可变速转子并选用先进的装置，不仅能够减轻发电机组的负荷还能有效减少风机自重以及相关部件的花费，显得经济高效。

3风力发电机功率控制

3.1变桨距控制

风机按照叶片与轮毂的安装结构可分为定桨距和变桨距两种。定桨距主要是指发电机叶片安装固定在轮毂上，风速的变化不会引起桨叶安装角度的变化，对于该种发电机目前需要解决一下两个主要问题：首先、当自然风速过高，并高于电机额定风速时电机桨叶应做到自动调节功率，将功率限制在额定范围左右。其次、当发电机在运行中需要紧急暂停是应具备制动能力，得电机能够安全迅速的停机。

随着电机控制理论的不断发展，以及电机设备越发的可靠、先进，限制变桨距式电机应用和发展的问题得到了很好的改善，该类电机得到了逐渐的认可和应用。变桨距式与定槳距式完全不同的是叶片和轮毂间采用柔性连接方式。这样叶片能够进行节距的自动调节，即在面对不同方向的风力时可以调节不同角度。并随着风速变化而变化，叶片能够始终保持最好的功角，使得发电机可以做到在不同的风向及风速之下都能具有最高的风力捕获机转换效率，输出的功率保持在最大状态。当风速过大时，风机停止运转，桨叶顺桨保证风机不受破坏。大型风力发电机都采用变桨距技术。

3.2偏航控制

偏航控制系统是风力发电机控制系统重要组成的一部分。一般由偏航轴承、偏航制动器、偏航驱动装置、偏航基数器、偏航液压回路以及扭缆保护等部分组成，用以实现与风力发电机组的控制系统配合，促使风轮始终处于迎风状态，不仅能够提高发电效率，还能保障机组运行中的安全性。

偏航控制主要可分为两类：被动迎风和主动迎风偏航系统第一种适用于小型发电机组或独立发电机组，其尾舵控制在风向变化时被动迎风;第二种多用于大型并网型风力发电机组。由于风向是实时变化的，所以应不断地转动机舱使得风轮正面受风，保障风能捕获率。

4功率控制策略的一般方法

4.1基于风速的功率控制法当实际风速处于切入风速以及额定风速之间时，使用变速控制方法，实时追踪、获得发电机最佳功率;当风速处于切出风速以及额定风速间时，可采取变桨距控制法，通过调节桨叶及桨距角，保持发电机的额定功率。该方法不仅能提高风能利用率还能保证机组的稳定性及可靠性。

4.2基于风向标及输出功率偏航控制法

当风向的变化大于15度时，使用风向标控制法;反正，使用功率控制法。风向以及风速的变化都会引起发电机输出功率的变化，仪器测得的功率，只能在风向发生改变时方能进行偏航控制，风速的变化对于控制方法而言仅仅作为干扰因素。该种方法能减短风机对风时间，提高其对风精度以及发电机组的风能利用率提高风力发电机组的使用寿命。

结束语

随着风能的广泛应用，风力发电技术不断发展，主要趋势是发电成本不断降低，发电功率不断给上升，并且逐步从陆地风力发电向海上风力发电发展。为实现风力发电的规模化，要不断创新发电技术，实现风力发电的高效性，同时在功率控制方面，要结合实际，不断优化发电机组内部机构，使风力发电的电量更加稳定、高效。

参考文献

[1]王志新，张华强.风力发电技术与功率控制策略研究[J].自动化仪表，2008（11）.

[2]张超.风力发电技术与功率控制策略研究[J].电子制作，2013（07）.

[3]王志新，张华强.风力发电及其控制技术新进展[J].低压电器，2009（10）.

[4]伍小杰，柴建云，王祥珩.变速恒频双馈风力发电系统交流励磁综述[J].电力系统自动化.2004（23）

作者：陈栋国

第三篇：永磁同步风力发电系统控制技术综述

【摘 要】随着经济和科技水平的快速发展，风力发电机的维护系统使得风力发电机出现故障的隐患减小。此系统的应用有效延长了金风的永磁直驱发电机的使用寿命，提高了金风的永磁直驱发电机的可靠性和安全性。金风的永磁直驱发电机维护系统能够有效维护发电机的正常运行，降低了金风的永磁直驱发电机意外停机的风险，提高机组的运行效率，同时还能够降低金风的永磁直驱发电机装备的维护成本。在对其拓扑结构分析的基础之上对矢量控制技术和直接转矩控制技术应用于永磁同步风力发电机进行了详细的分析。最后，指出了永磁同步风力发电系统控制技术未来可能的研究重点和发展趋势。

【关键词】风力发电;永磁同步风力发电机;控制技术

引言

风能发电系统的研究中，风力发电机一直是国内外学者研究的重点。对于风力发电机而言，高效率、低成本以及高供电质量一直是其设计的主要目标。与其它电机相比，永磁電机具有更高的功率密度和效率，因而永磁风力发电机更能满足在风力发电应用上的需求。然而，由于永磁风力发电机的低速应用特征，通常需要采用极对数较大的设计方案，导致了磁钢用量增加，磁钢间漏磁增多等问题。除此之外，由于稀土材料价格较高，会使得风力发电机制造和后期维护成本较高，不利于风力发电的大规模建设和发展。

1风力发电机组故障诊断的研究现状

就目前发展而言，风力发电机的维护系统使得风力发电机出现故障的隐患减小。此系统的应用有效延长了金风的永磁直驱发电机的使用寿命，提高了金风的永磁直驱发电机的可靠性和安全性。金风的永磁直驱发电机维护系统能够有效维护发电机的正常运行，降低了金风的永磁直驱发电机意外停机的风险，提高机组的运行效率，同时还能够降低金风的永磁直驱发电机装备的维护成本。随着金风的永磁直驱发电机的广泛使用，社会对金风的永磁直驱发电机系统故障诊断技术给予巨大的关注。实时监控发电机设备故障并及时维护能够提高金风的永磁直驱发电机的可靠性，降低机器的运行成本。令人可喜的是国外和其他研究人员对于如何减少金风的永磁直驱发电机故障问题，对线圈中转子电流的谐波和搜索线圈电压的方法以及分析定子绕组的损坏作出了研究。对于金风的永磁直驱发电机来说，常用的、有效的方法是定子电流的频谱分析，该分析方法对于监测和诊断电动机存在的缺陷有着很大的作用。电流的频谱分析被用来感应电动机绕组出现的故障、机械的不平衡以及定子缺陷的诊断和监测。许多专家在小波分析理论的基础上提出了双功率风力发电机定子绕组故障的分析方法。许多学者使用金风的永磁直驱发电机时将动力转换成为连续小波变换。通过用频率大小除以分量的大小、机器的损伤程度和频率分布来识别风向和风力的等级。金风的永磁直驱发电机的轴承降低了生产成本，减少了对振动传感器的损坏。

2控制策略综述

2.1交替极永磁风力发电机结构设计

考虑到电机的功率输出和容错能力，该新型拓扑定子采用交流五项设计，在风力发电系统中，通过整流逆变电路转换为与电网同步的三相电压。同时，为了提高该交替极永磁风力发电机在故障状态下的容错运行能力，电枢绕组采用了隔齿绕的绕线方式，即在每相线圈之间保留一个容错齿。转子与定子同轴内置于定子内部，并采用内置式永磁转子结构以保证转子在运行中的结构强度。转子永磁体采用了“V型”排布的交替极结构，提高了永磁磁势和永磁体利用率。由于交替机拓扑用铁心极替代原有一半的永磁极，这拓宽了“V型”永磁结构中的两块磁钢夹角设置范围，有利于降低电机反电势中非工作谐波占比。在传统“V型”永磁结构下，由于所有永磁体相邻排布，“V型”磁钢夹角的调节范围受到相邻磁钢限制，制约了对电机反电势谐波畸变率的优化。

2.2无传感器直接转矩控制

同样地，为了减少传感器的使用，提高风力发电系统的可靠性，不少学者对永磁同步风力发电机直接转矩控制无传感器控制技术做了许多研究。提出了无位置传感器情况下两种转子检测的方法，但是并未将其应用至实践中。一种永磁直驱型风力发电系统的无风速传感器直接转矩控制策略，直接控制电机的转矩和定子磁链来实现永磁同步发电机的最优控制，不需要转速外环，避免了风速的测量和风速测量不准确等问题，但是对发电机转速的测量精度提出了更高的要求。将SVM和无位置传感器技术相结合用于直接转矩控制系统。提出一种利用RBF神经网络进行风速估计并考虑损耗转矩的最大风能跟踪控制策略。

2.3自抗扰控制

为了解决风力发电系统非线性、不确定性、强干扰的问题，一种以实现最大功率跟踪控制为目标，实时跟踪电机转速的基于最佳叶尖速比的自抗扰控制(ADRC)策略，该方法不依赖系统数学模型，将永磁同步风力发电机存在的所有干扰看作系统总干扰，利用扩张状态观测器对系统的总干扰进行估计，然后通过反馈控制器进行干扰补偿。将ADRC和PI相结合，不足之处在于这种控制技术还未对系统进行无传感器方面的研究。

2.4故障诊断分析

永磁直驱发电机故障监测和诊断系统主要包括对风机运行状况的分析，为了使风力发电机减少故障发生率，施工人员和维护人员采用了一种独特的故障诊断方法，这种方法不仅节省了设备的维护成本，而且还满足了现有金风的永磁直驱发电机的使用需求。作为管理维护发电机的工具，风力发电机的监测和故障诊断系统需要进一步改善，现场施工人员还应该创建综合风力发电场，减少工作人员的工作量。由于发电机的独特性，相应部门应当采用适当的措施对金风的永磁直驱发电机实施维护和管理。

3发展趋势

一是研究可靠性高的复合控制算法，将矢量控制和直接转矩控制有效结合起来，扬长避短，可以同时满足稳态精度和动态响应的要求;二是针对多极永磁同步风力发电控制技术的研究，随着永磁同步风力发电系统容量的不断扩大，永磁同步风力发电机向多极化发展是必然的趋势;三是对先进控制引入后的简化处理，虽然目前已成功将诸如模型预测控制、自抗扰控制等先进控制技术与矢量控制和直接转矩控制相结合，但是无一例外其计算过程非常复杂且难以理解;四是针对新型变流器拓扑结构，控制技术与多电平变换器结合的研究;五是针对基于观测器的算法，使算法受电机参数影响更小，提高系统的可靠性。

结语

在永磁同步风力发电系统控制技术中，矢量控制通过将发电机直轴电流设定为零，对其电磁转矩和磁链进行控制，但坐标变换引起计算复杂，对数字信号处理能力要求较高;直接转矩控制技术直接以转矩为被控制量，给定定子磁链幅值，通过调节空间电压矢量来直接改变定子磁链和转子磁链之间的夹角，进而直接控制转矩，但是要重视电机参数对算法的影响。

参考文献：

[1]刘细平，于仲安，梁建伟.风力发电技术研究及发展[J].微电机，2007，40(4)：76-79.

[2]魏伟，许胜辉.风力发电及相关技术综述[J].微电机，2009，42(4)：66-69.

[3]刘细平，黄筱霞.一种双定子低速稀土永磁同步风力发电机设计研究[J].微电机，2006，39(8)：25-27.

[4]曹江华，杨向宇，姚佳.双转子永磁同步风力发电机设计与应用[J].微电机，2008，41(2)：65-67，85.

[5]林显军，程小华.开关磁阻风力发电技术[J].电机与控制应用，2011，38(9)：46-50.

[6]张建忠，程明.新型直接驱动外转子双凸极永磁风力发电机[J].电工技术学报，2007，22(12)：15-21.

[7]王文博.直驱式外转子永磁同步风力发电机及计算机辅助设计[D].广州：广东工业大学，2011.

(作者单位：国投哈密风电有限公司)

作者：史旭春