风力发电控制策略

风力发电控制策略（精选9篇）

篇1：风力发电控制策略

风力发电机组的基本控制策略

2008年10月29日 星期三 16:29

(一)风力发电机组的工作状态

风力发电机组总是工作在如下状态之一：①运行状态；②暂停状态；③停机状态；④紧急停机状态。每种工作状态可看作风力发电机组的一个活动层次，运行状态处在最高层次，紧停状态处在最低层次。

为了能够清楚地了解机组在各种状态条件下控制系统是如何反应的，必须对每种工作状态作出精确的定义。这样，控制软件就可以根据机组所处的状态，按设定的控制策略对调向系统、液压系统、变桨距系统、制动系统、晶闸管等进行操作，实现状态之间的转换。

以下给出了四种工作状态的主要特征及其简要说明。

(1)运行状态：

1)机械刹车松开；

2)允许机组并网发电；

3)机组自动调向；

4)液压系统保持工作压力；

5)叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态。

(2)暂停状态：

1)机械刹车松开；

2)液压泵保持工作压力；

3)自动调向保持工作状态；

4)叶尖阻尼板回收或变距系统调整桨叶节距角向90°方向；

5)风力发电机组空转。

这个工作状态在调试风力发电机组时非常有用，因为调试风力机的目的是

要求机组的各种功能正常，而不一定要求发电运行。

(3)停机状态

1)机械刹车松开

2)液压系统打开电磁阀使叶尖阻尼板弹出，或变距系统失去压力而实现机械旁路；

3)液压系统保持工作压力；

4)调向系统停止工作。

(4)紧急停机状态：

1)机械刹车与气动刹车同时动作；

2)紧急电路(安全链)开启；

3)计算机所有输出信号无效；

4)计算机仍在运行和测量所有输入信号。

当紧停电路动作时，所有接触器断开，计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去激活任何机构。

篇2：风力发电控制策略

中图分类号：TP211 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）06-1326-02On the Wind Turbine Control Method for Improving Strategy

Ayiguli.maimaiti，ZHANG Wei

（Wind Energy Institute of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830000，China）Abstract： Wind energy is the kinetic energy of the earth’s surface generated by the volume of air flow，with no stability，and low density and randomness.In the use of wind energy to generate electricity，and how effectively controlled wind turbine is directly related to the wind turbine can be run efficiently.This article briefly describes the meaning of the wind turbine and the main types； Secondly，variable structure control，optimal control，fuzzy control and artificial neural network control four modern wind turbine control technology to improve the traditional wind turbine control technology to promote China’s wind turbine control method in-depth research.Key words： wind； generator； control technologies； improvement

风能资源是一种极具大规模发展潜力的可再生能源。一些发达国家凭借自身技术优势和地理优势，早已开始利用风能资源发电。而我国风力发电事业起步相对较晚，各方面技术与发达国家存在一定差距。特别是风力发电机组控制技术明显落后发达国家，致使我国风力发电事业耗费巨大成本，却难获得对等的产出。由此看来，引入新型风力发电机组控制技术，改进风力发电机组控制方法是我国风力发电事业发展的必然要求。风力发电机组及主要分类

1.1 风力发电机组

风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成；风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。

1.2 风力发电机组主要分类

1）基于失速型的分离发电机组

基于失速型的风力发电机组种类较少，现有的主要包括两种，即定桨距失速型和变桨距失速型等两种。在这两种类型中，定桨距失速型主要利用风轮叶片的失速作用，来实现对风力发电机在风力较大情况下的功率进行准确控制，然后，利用该型机组上的叶尖扰流器对极端情况下的停机问题进行控制。对于变桨距失速型，其发电机组则与定桨距失速型存在差异，主要通过低风速下的桨距角来实现对输出功率的控制，在高风速情况下则利用叶片桨距角的改变来对功率输出进行控制。

2）双馈变速恒频型风力发电机组

该类型的风力发电机组能够实现对分论叶片桨距角的调节，还可以采用能够变速的双馈性发电机，实现对恒频恒压电能的输出。如果风速低于额定速度，该类型机组能够利用转速和叶片桨距角的改变，将发电机组控制在状态下运行，确保输出功率为最大；在风速高于额定速率时，可以利用叶片桨距角的改变，将发电机组的功率控制在额定的功率。

3）直驱型性风力发电机组

该类型发电机组是一种不带齿轮箱的变桨距变速发电机组，其中的风轮轴能够与低速发电机直接相连接。所以，在使用中，该类型的发电机组需要采用全功率变流器。

4）混合型的风力发电机组

该类型的发电组中包含有单级齿轮箱以及中速发电机，可以认为是直驱型和传统型的混合类型。在使用中，该类型的发电机组也需要采用全功率变流器。风力发电系统的现代控制技术

2.1滑模变结构控制

风电机组属于非线性系统，在实际使用过程中复杂多变，也容易受到风向、阵风或负载等变化的影响，所以也不能建立一个完善的数学模型对其进行控制。使用滑模变结构进行控制，将其当作一种间断性的开关。在设定系统的匹配条件后，就只能做定向的滑模运动，不受系统参数变化扰动、高速响应、鲁棒性高、设计轻盈、方便实现等众多优点，确保在参数不稳定时仍可以实现系统的稳定。符合了风力系统最大功率的设计要求，促进了风力发电机组的良好控制。滑模变结构控制能够较好地抑制外加的干扰对双向反馈变速稳频型风力发电机组的不利作用，保证了控制系统的鲁棒性，唯一的缺点就是系统的抖振现象。最近有学者提到可以使用高阶滑模变控制方法，就是在高阶微分上使用不连续的控制量，延续了传统滑模的优势，还能较好地消除系统的抖振，使得输出功率维持在稳定状态。

2.2最优控制

风力发电机组的实际运行处在风速多变、干扰多、非线性的恶劣条件下，所以用数学模型来做不到对系统的精确控制，而利用线性模型设计的最优系统来进行控制，可以查找附近的工作点，并借助反馈系统完成大范围的精确解耦线性化，进一步保证风能、风力的最大搜集与控制，这就是风力发电机组中所谓的最优控制。该系统可以很好地处理有功、无功率输出、电功率变化小等之间的相互矛盾，还能较好地抑制因线路故障导致的电压波动。

2.3模糊控制

模糊控制属于高级控制策略，它用到了语言规则、模糊推理两种方法，对被控制对象不需要很精确的数学模型，对非线性因素也不敏感，鲁棒性非常高。模糊控制是一种具有代表性的智能控制方法，在增强风能利用率、进行最大功率跟踪和变速稳频等方面显示出了巨大的作用。

典型的例子如：1）当将其使用于变桨距并网型风力发电机组中时，有效调节了控制系统的动态性能，还调整了风轮的桨距角、风力机转速和叶尖速比等，保证了风力发电机组功率和频率的稳定输出。与以往使用的PID控制器相比，抖振现象大大减少，系统的效率与质量明显得到提高。

2）依靠TS模糊模型系统，将局部的非线性功能用于风力混合动力发电系统中，再使用语言规将其划分为低级系统。配合最合适的分割时间序列，再使用线性二次调节系统进一步提高控制。该方法比过去的控制方式更能抵制外界的扰动，可以较好地适应风速与负载实时变化的恶劣条件。

3）将最优的模糊控制逻辑使用到双馈异步风力发电机组中，如果发动机转速低于预设的转速，此时依靠整流器和逆变器可以有效调节发电机的转速，尽量保证转速与风速的变化同步，最大程度提高风能利用率；如果发动机转速高于预设的转速，此时通过模糊控制器来调节桨距角，不搜集多余的风能，减少风能捕获率。这种通过风轮的转速来实现存储、释放能量的方法，使得功率传输链易于控制，保证了风力发电机组功率的稳定输出。

模糊控制理论凭借自身的优点，又将人工智能、仿人智能、神经元网络等技术综合在一起，使其在风力发电机组的控制领域跻身前列。

2.4人工神经网络控制

人工神经网络控制是一种智能控制技术。神经网络理论综合了人类和生物的适应性、学习和判断能力等，所以该理论的自适应与自组织性比较高，可以监视和察觉风力快速变化的不确定性，也促进了风力发电机组的智能化水平大为提高。

风速的预测必须依靠风的性质、预测周期和地点，所以使用神经网络理论进行短期风速预测，确定时间序列模型来计算风速的变化，采用反向传播和回归两种神经网络方式来预测采集到的风速变化量。人工神经网络对数学模型没有精确的要求，它是一种非线性系统，它的自适应性与良好的控制能力可以在风速、风向不确定的实际环境保证系统高效、稳定的运行，将风能转化为电能。在风力不确定与扰动较多的实际环境中，首先会考虑到将滑模变结构完善为积分模糊滑模变来进行变量的控制，解除了精确数学模型和风力发电机组控制不可分割性的限制。最近有研究中提到，在控制风力发电机组的系统时，模糊神经网络控制算法的发展将最具优势。但是它只有在风速超过额定风速时适用，而忽视了风速低于预设风速的情况。结束语

不同的风力发电机组控制技术的运用，各自具有各自的优势。但总体而言，目前我国风力发电机组控制技术仍然以引进或借鉴国外优秀技术为主。我国在此方面的自主研发仍然处于起步阶段。为实现对风力发电机组的科学、高效地控制，保证其正常运行，必须不断的深入研究风力发电机组控制技术，在对现有控制技术进行改进的同时，加强风力发电机组控制技术的自主研发，以促进我国在这方面的不断进步。

参考文献：

[1] 贾晨霞.浅谈风力发电机组控制技术[J].科协论坛（下半月），2013（12）：171-172.[2] 谭芝，陈众，汤敏，李奇，鲁晶.风力发电机组偏航优化控制方法[J].电力学报，2014

（1）：66-69.[3] 杨建秋，等.1.0MW变速恒频异步风力发电机组设计改型[J].机械研究与应用，2014

（1）：51-53，56.[4] 王剑彬，付小林，孔朝志.风力发电机组控制策略优化分析[J].内蒙古电力技术，2013

篇3：风力发电控制策略

关键词：风力发电并网技术,电能质量,策略

当前, 我国电力系统发展水平有了非常显著的提升, 同时系统的运行成本也在不断的下降, 电力电子技术在应用的过程中可以对扇片的运行速度加以有效的调整, 这样就可以产生更多的风能, 此外, 该技术可以很好的对以往系统比较容易出现的问题提供有效的解决办法, 所以对提升供电质量有着十分积极的意义。

1 恒速恒频风电系统

当前, 国内应用比较普遍的额是恒速恒频发电机组, 但是在这种机组中, 电力电子装置的数量比较有些, 还有一些机组的转子回路直接介入了电阻, 采用电力电子元件对转子的电流来加以调整, 从而使得转速得到了有效的控制, 这种风电系统在运行中主要的不足就是如果风速在很短的时间内就大幅度上升, 风能就不能顺利的传递给主轴、齿轮箱和发电机, 这样一来就会出现非常明显的机械应力, 很多构件在使用的过程中也会产生比较严重的机械性损坏。此外这种风机机组没有办法保证电压的稳定性。其次由于该系统所发出的电能会受到风速的影响, 所以, 如果系统产生了故障, 就会使得系统无法正常的运行, 风电机组电能质量也会受到十分不利的影响。比如, 电压闪变和无功波动的时候, 一般会在这种系统当中使用静止无功补偿器对其进行补偿, 此外还要借助软启动的方式来控制发电机组启动过程中的电流值。

2 变速恒频风电系统

变速恒频风力发电系统有下列优点:

首先其可以按照风速的具体变化情况来确定装置的运行模式, 风力机在旋转的过程中, 其转速有着非常明显的不同, 这样也可以十分有效的降低其对风力等机械装置所产生的机械应力。其次是可以对最佳转速实现跟踪功能。风力发电机组在风力正常的变速方位之内都能够获得最佳功率输出条件。再次是风力机可以风速的变化起到一定的调节和缓冲的作用, 这样一来也就使得输出功率的波动明显降低。最后是借助对风电机组的有功和无功输出率对其进行有效的控制, 同时还能采取有效的措施对风机的有功输出和无功输出进行适当的调整和改进, 这样一来也就可以更好的对电压加以控制。

3 双馈风力发电系统

双馈电机主要是借助变频器对转子当中的励磁电流进行适当的调整, 从而可以很好的对变速恒频加以控制, 这个时候, 转子电路的功率一般都是有电流励磁发出电机的转速运行参数, 其也对转差功率有着十分重大的影响。这种转差的功率只是定子额定功率非常小的一部分, 因此对变频器性能的以及控制上的要求并不是很高, 此外, 控制中所使用的成本也得到了非常有效的控制, 同时它还可以对有功、无功功率进行独立使得解耦控制。其主要有以下几个优点:

首先是转子侧仪器能够传递转差能量。变频器的容量要求也不是十分的严格, 同时发电机会在额定转速一半的范围之内正常运转。其次是双馈电机当中的变频谐波并不是非常多, 这样也就使得滤波器的数量有所减少, 降低了运营的成本, 再次是能够对发出和吸收的无功功率进行调节, 这样也就能够进行无功调节, 对电压也能开展有效的控制。

4 磁多极同步发电机的风电系统

在永磁多极同步风力发电机组中。在发电机和电网之间安装有电力电子变流器。可实现对有功和无功的解耦控制。且当风速发生变化时也町以保证所发电能的电能质量。该系统的工作原理如下:首先。采用永磁多极同步发电机发出频率变化的交流电。然后通过整流装置将该频率变化的交流电整流成为直流电。最后再通过逆变器将直流电变换为在、的交流电送人电网。这种系统在并网时没有电流冲击。可以对发电机的无功功率进行调节。但是。所有的电能都要通过变流器送入电网。冈此变流器容量和风力发电系统的容量相同。电力电子变流器设备成本较高。并且有高频电流谐波注入电网。与传统的风力发电机相比。永磁多极同步风力发电机组可以更多地捕获风能和提高风电机组发出电力的电能质量。虽然成本较大, 但对系统的稳定运行有利。

永磁多极同步发电机的转子为永磁式结构。无需外部提供励磁电源。其变速恒频控制是在定子电路实现的。把永磁发电机的交流电通过变流器转变为与电网同频率的交流电。因此变流器的容最与系统的额定容量相同。采用永磁发电机可做到风力机与发电机的直接耦合。省去了齿轮箱。即为n接驱动式结构。可大幅减少系统运行时由于齿轮箱等机械装置导致的故障。从而提高整个风电机组的可靠性。

5 风电系统的软并网装置和无功补偿设备

在直接与电网相连的风电系统中常用鼠笼型异步发电机, 如果直接并网会使得并网电流较大。因此常采用电力电子软并网装置进行软并网。异步发电机通过晶闸管平稳并网。叮以将并网电流限制在额定电流的1.5倍以下。从而得到一个较为平滑的并网暂态过程, 有效避免了保护装置的误动作。实现风力发电机的顺利并网。

由于异步发电机的功率因数一般较低。为了提高功率冈数。通常在异步发电机出13处接有无功补偿设备。常用的无功补偿设备有并联电容器补偿装置、静止无功补偿器、静止无功发生器等。

并联电容器补偿装置采用接触器或电力电子开关在风电运行中按照一定的顺序进行分组投入或切出。能够将补偿前较低的功率因数提高到约0.98。

静止无功补偿器由多台 (组) 可投切电容器、快速可调整容最的电抗器以及各次谐波滤波装置组成。装置的响应速度快。能迅速跟踪变化的无功。可较大幅度调节由风速变化引起的电压变化。滤除谐波。从而提高电能质量。

静止无功发生器在运行的过程中主要借助了先进的检测方法来获取需要进行补偿的无功电流, 之后再借助电力电子变流器在这一部分发出电流, 装置的运行速度较快, 同时也能对无功的变化情况进行详细的跟踪, 此外还能风速因素影响的电压变化及时的予以调整, 减少谐波, 这样也就显著的提高了供电的电能的质量和水平。

结束语

风力发电技术在当今的社会发展中占据了非常重要的位置, 其在电路市场中所占的份额也明显增加, 对能源结构的调整有着十分积极的作用, 但是在电力生产中, 采取何种措施不断的提高风能的利用效率, 提高风力发电系统的运行质量和运行效率, 减少谐波的不利影响也成为人们更加关注的问题, 这对电力系统的性能有了更加严格的要求, 风力发电并网技术就是非常重要的一个发展趋势。

参考文献

[1]凌禹, 张同庄.变速风力发电系统控制技术综述[J].电力自动化设备, 2008 (3) .

[2]何东升, 刘永强, 王亚.并网型风力发电系统的研究[J].高电压技术, 2008 (1) .

篇4：风力发电控制策略

关键词：风力发电 双馈型发电机 控制 铜耗最小化

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0221-02

近些年来，能源匮乏的问题受到了世界各国的关注，创造新能源来发电的技术是应对能源危机的最好途径之一，风力发电就是新能源利用的主要形式之一。其中，双馈型风力发电靠它出众的控制性能，成为了风力发电领域里被重点研究的对象。这些年来，已经有过一些文献研究了最大风能的捕获，比如：TSR和PSF等等。但由于控制TSR需要实时并且精确的测量风速，所以在实际的操作中会非常困难；而PSF虽然可以在不需直接测量分素的情况下捕获最大风能，但是它的精准度受到定子功率的影响和控制。虽然一些参考文献都想过用智能方法改进以上的问题，但顾此失彼，改进原来问题的时候却又忽略了双馈型发电机自身的工作效率问题。因此，该文在这些问题的基础上，提出了一种新控制策略——就是将发电机上的铜耗最小化的运行的发电系统，再输出最大的功率。

1 风力机的特性

根据贝兹理论我们可以得出风力机捕获的机械功率是：

公式中，Cp为功率；A为风力机扫略的面积；ρ为空气的密度；υ为风速。从式中就可以看出来，在风速确定的情况下，风力机得到的功率要看功率系数的多少。而Cp为λ和β所得的函数，关系式为：

，

其中为尖速比，可表示为：λ。

公式中，ωt为风力机风轮的角速度；Rt为叶片的半径。

根据计算出的结果，我们可以看出来，当β渐渐增加时，Cp的程度明显下降，从而得到最大风能，β经常被设置成一个非常小得数值；而β在固定状态下，Cp的曲线在λ的变化下最的得到一个最大的数值——Cpmmx。和β=0°时的特性。

2 双馈型发电机的最优化模型

2.1 钢耗最小化的数学建模

如果双馈型发电机连接到无限极大的系统是，它的定子方和电压电流也按照发电机、转子方电压电流等惯例，我们假设定子的电压相量和d轴发生重合，可以得到发电机在d-p同步轴系条件下稳定的运行时电压和电流的方程式：

公式中，Ra、Rr为定子、转子电阻；Xm为定子、转子互相对抗；Xa、Xr为定子、转子全电抗；s为转差率；Umd、Umq、Und、Unq、Imd、Imq、Ind、Inq分别为电压、电流、下面标注d、q的就为d轴和q轴；下面标注s的为定子方的值；下面标注r的为转子方的值。

2.2 捕获最大风能的模型

下面是双馈型发电机的定子，在有功率和没有功率时候的表现形式：

如果不考虑定子铁耗和转子的变频器损坏程度的话，那么双馈型发电机的功率关系是：

公式中，Pa为定子输出的有效功率；Pe为电磁的功率；Pcm为定子的铜耗量；Pm为发电机吸收的纯功率值；Pautgrid为发电机输给电网的功率；Pr为转子的有效功率。

为了能追踪控制最大风能，在上上个公式中的Pm应该等同于风力机输出的Ptnex。所以，我们可以根据风力机的最佳功率来给双馈型发电机的定子功率定成是：

3 如何控制双馈型发电机的励磁

控制双馈型发电机的励磁主要是为了实现其转子电流达到要求的变化，更为了保证系统能得到最大的风能捕获和最小铜耗运行。

在双馈型发动机的定子和转子以及电压电流都合前面选择一样的化，那么它的方程式是这样的：

式中，Lm为定子和转子的互感；Lr为转子全自感；p为的是微分算子。

我们把前几个公式中定子和转子按照一定的方法带入的时候，为简单操作，抛去定子电阻不谈，那双馈型发电机的转子电压的解耦项还有补偿项为：

公式中得U′rd、U′rq分别为和转子的电流具有一阶微分的关系和转子电压解耦时的分量值；Ird、Irq又分别为转子电流的分量；△urd、urq分别为消除转子的电压和电流交叠耦合时的电压补偿分量值；其中d=Lr-Lm2/Ls；e=Lm/Ls。这样做的好处就是：不但让控制简单化了，而且还确保了控制时的精确度和动态响应时的迅速特点。

用前面得出的一些公式再加上公式得出的励磁控制模板，我们就可以计算出双馈型发电机在最大风能捕获以及转化时的控制图。

根绝得出的结果可以看出，双馈型发电机运用的是转子电流关闭的方式。一方面运用以上公式得到捕获最大风能时的转子电流；另一方面，又得到了铜耗在最小化运行时转子的电流的d轴分量值的给一个定值——Irqopt。

和以往传统在采用功率控制策略的方法比较的话，现如今这个控制方法省掉了有功功率、无功功率的控制环节，控制的方法相对来说并不复杂。与此同时，这种方法不仅达到了最大风能的捕获，还讲电机铜耗最小化运行纳入考虑范围，有效地提高了风电系统的运行效率。

4 双馈型风力发电机运行性能的仿真

若要验证以上的控制策略正确与否，最好的办法就是对其进行仿真。详细请见表1和表2。

双馈型发电机的转速在实验之初时，风速是9 m/s，然后在第6秒时突然变成为12 m/s，继而又在第10秒时又突然变成10 m/s，在第14秒的时候又突然回到9 m/s。

通过以上实验，可以看出，在控制发电机的铜耗得到最小化时，系统输出的电网功率高于其他。由此，得出结论：双馈型风力发电机在铜耗最小化和捕获最大风能时的控制，能有效的利用风能，提升发电体统的运行效率。

5 结语

笔者在双馈型风力发电机的特点和数学建模的基础上。又提出了一种方法来捕获最大风能、最小电机铜耗。也通过大量的理论和实践、包括查找资料等等试验，达到了能使双馈型发电机的变速恒频最有效利用风能的方法。传统的方法需要实时的测量风速，而现在这种办法省去了这一操作，顺带也省略了控制功率的环节，包括结构的控制也相对要简单的多。

参考文献

[1]李辉，何蓓.双馈风力发电系统的最大风

能控制策略[J].太阳能学报，2008，29 （7）：797-803.

[2]王宇.双馈风力发电系统控制技术研究[D].天津大学，2009.

篇5：风力发电机组检测与控制

课程编号:

课程名称：«风力发电机组检测与控制»英文名称：《monitoring and control of wind turbine generator system 》总 学 时：48

总 学 分：

3适用对象: 风能与动力工程专业本科学生

先修课程：«自动控制原理、风力发电原理»

一、课程性质、目的和任务

该课程为风能与动力工程本科专业学生必修课，目的使学生了解风力发电机组检测与控制系统的组成与结构原理；掌握与风力发电机组相关信号、过程参数的检测方法；控制系统构成与控制方法分析。为今后从事风力发电机组设计、运行与维护工作打下基础。

二、教学要求和内容

«基本要求»：学习并掌握不同风力发电机组对检测与控制系统的要求，学习掌握机组主要测量参数的测量原理，控制对象与控制系统结构与工作原理。

«基本内容»：风力发电机组检测与控制系统的组成，机组运行过程电气、风力、机组状态参数检测，机组启动、运行、故障等过程控制。

三、教学安排及方式

采取以课堂讲授为主，课堂讨论和实验为辅的教学手段，结合控制系统实验台使学生有直观形象的知识掌握。

五、推荐教材和教学参考书

教材：自编

参考书：《风力发电机组的控制技术》叶杭冶编著 机械工业出版社

六、补充说明

篇6：风力发电控制策略

1总则

风力发电机组是风电公司各风电场进行电力生产的主要设备。发生风力发电机组轮毂（桨叶）脱落事故，必然损坏风力发电机组，影响变电站上网电量的输出，甚至危及人身安全。按照二十五项反措要求,根据运行方式和天气变化等情况及时分析和预测事故发展可能带来的后果,预先采取有针对性的措施进行防范。特制定本措施。

2组织机构及职责

贝力克风电场风机检修班负责对风力发电机组进行检修和维护工作，职责包括：当设备发生异常情况需要紧急处理时，检修班组召集有关人员到现场处理；3 防范及措施

3.1在维护时，须认真按照维护作业指导书要求进行力矩校准、油脂添加、定值核对及机械和电气试验等工作，定期开展技术、质量监督工作，以防止重大设备事故发生。

3.2建立完善的风机巡检制度，巡检项目中应包括轮毂（叶片）的检查，巡检中发现有螺栓松动、损伤、断裂现象时，采用专用设备全面检查。

3.3为防止风机发生轮毂（叶片）脱落及倒塔事故，应加强风机设备巡检和定检的管理工作，优化设备修复工艺，对预投产和已投产项目全面开展机务技术监督、质量监控工作。特殊天气过后，加强对轮毂、叶片巡检。

3.4 当发现风电机超速运行，不可盲目处理，要根据实际情况进行具体分析，然后再进行处理，并及时向场领导汇报。1.风电机超速初期，目视观察比较或在监控机上确认风轮转速是否正常。如风轮转速正常，首先通过监控机遥控停机，风速不超过18m/s时也可在塔下操作停机。2.当发现风电机超速事故时，不可切断风电机电源开关。在风电机未脱网时，应手动进行偏航，使风电机偏离主风向，逐渐降低转速，直至风轮不转，上塔进行固定。若风机达到极限风速并未停止，必须采取强制措施停止风机运行。执行顺序为：控制室后台侧风90度并停机→现场手动侧风90度并停机→现场紧急停机→断开箱变高低压开关。操作完毕后应远离风电机高度2倍的距离，并且人要在风电机上风处，等待风速下降后，再进行处理。在处理事故时，不少于两人，其中必须有一人进行安全监护和安

全监督，做好个人防护措施，以防高空坠物或机械伤人。3.根据运行数据和声音的异常判断、预测到风电机机舱或叶片有坠落的可能时，任何人员、车辆不可靠近风电机，至少处于大于风电机高度四倍的距离以外，也不应在风轮旋转的平面位置停留。

3.5出现雾、雪等可能导致桨叶覆冰的天气，应加强对风机桨叶的检查，发现叶片覆冰应立即停机处理，直至覆冰消除后方可启动风机。

3.6监控人员要实时监控机舱振动、风机功率、主轴承温度等参数，发现异常，应登塔检查。

3.7由于振动触发安全链导致停机，未经现场叶片和螺栓检查不可启动风机。维护检修人员应登塔检查（检查内容包括：叶片、叶片螺栓、轮毂内设备、齿轮箱、主轴、发电机等重要设备）。

3.8桨叶损坏修复时，应控制修补材料重量，保证修复后叶片组动平衡不被破坏。

3.9更换叶片时，应尽可能成组更换。

3.1.1叶片及轮毂采购不许转包，如采用外委维修，应设专人监理，严把质量关。

3.1.2定期采用探伤设备对螺栓进行检查，定期对轮毂系统进行金属探伤抽检。

3.1.3根据各类机型厂家技术规范要求，定期对螺栓进行紧固。若发现螺栓松动或损坏，按风机厂家技术规范要求进行处理。

3.1.4由于振动触发安全链导致停机时，未经现场叶片和螺栓检查不可启动风机。

篇7：风力发电控制策略

运行风力发电机生产技术大全,控制方法,控制系统

兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组

[技术摘要]本发明涉及一种兆瓦级直驱式变速变桨恒频风力发电机组，其结构由叶片、轮毂、变桨系统、永磁多级同步发电机、底座、机舱、偏航系统、液压系 统、润滑系统，测风系统、塔架及变速恒频控制系统等各部件组成。由叶轮直接驱动永磁多级同步发电机转子转动，永磁同步发电机定子通过逆变系统将风力发电机 组输出的电能送入电网，实现风能-机械能-电能的转换。风力发电机组控制采用微处理器，及时准确的获取环境外部所有信息，控制系统根据这些信息，调整风力 发电机组运行，保证风力发电机组一直在优化、安全的环境里运行。同时，也可以实现风力发电机组在不同风速段运行，使风能利用系数＞0.47，更好的提高风 力发电机组的性价比。

[垂直风力发电机

[技术摘要]一种垂直风力发电机，其塔架结构由支撑杆组成，所述支撑杆上设有上、下二机座及安装在二机座之间的风轮；所述风轮包括旋转轴及安装在旋转轴上 的三片或三片以上的叶片，所述旋转轴与地平面垂直；所述风轮还设置有供叶片运行的导轨，所述导轨固定在机座上，所述叶片与导轨之间设置有滚动机构，其不会 轻易造成叶片的损坏，提高了使用寿命，且该塔架可以牢固地安装在地上，不会出现塔架倾倒，造*员及设备损伤的危险，且其使用寿命长，同时在使用过程中也可 方便维修和保养。

一种风力发电机及风光互补太阳能应用系统

[技术摘要]一种涉及风力发动机的风力发电机及风光互补太阳能应用系统，包括风力发电机本体，风力发电机本体至少包括叶片、发电机、支臂和尾驼，并依次相 连，发电机侧部安装托盘，其特征在于：叶片联接一个驱动部件，所述的驱动部件可实时调节叶片的桨距角；叶片与叶片轴相连，驱动部件与叶片轴之间连接传动机 构；第一基座卡套于发电机主轴中，其法兰面连接轴座，叶片轴套设于轴座中，第二基座与第一基座固定连接，该第二基座上安装驱动部件，传动机构包括第一齿 轮、中间齿套和第二齿轮，且依次通过齿轮啮合，第一齿轮与驱动部件相连接，中间齿套与第一基座相卡套，第二齿轮与叶片轴末端相连接，本发明实现智能控制叶 片桨距角与尖速比，使本发明保持运行在高效率状态。

车船用风力辅助发电机

[技术摘要]车船用风力辅助发电机，属于风力发电机技术领域。所要解决的技术问题是提供一种可以利用空气流所具有能量发电的车船用辅助发电机。解决其技术 问题的技术方案如下：车船用风力辅助发电机，包含发电机、两个风轮及转子轴；发电机安装在车船身上；两个风轮装在发电机转子两端的转子轴上，风轮采用离心 式叶轮。本发明应用于车船的辅助电源。有益效果是可以充分利用车船行进时所产生的流动空气中的能量，作为车船的辅助电源，节约车船行驶中燃料消耗。当行驶 速度达到38-60公里/小时，即可使发电机发出12伏电压，作为车船的辅助电源。运行中发电机受力平衡，不产生振动，不易磨损，输出功率为只装一个风轮 的两倍。

绕线转子风力发电机系统故障控制方法

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[技术摘要]本发明涉及一种绕线转子风力发电机系统故障控制方法，风力发电机与电网连接，电网发生故障时，由故障控制器控制系统，使发电机转子在故障状态 下不直接与电网进行能量交换，减小电网故障对转子的影响、维持发电机定子和转子电流在可承受的水平，从而保护发电机的安全。同时通过控制方法的设计，发挥 发电机组的控制潜力，将其某些装置用于定子和电网控制，可以提高电网的稳定性，加快电网恢复，使发电机尽快投入正常运行，更好地利用风力发电。

风力、水流两用发电机

[技术摘要] 风力、水流两用发电机，本实用新型涉及风力和水流发电设备。它提供一种采用大面积截风的风帆，运转平稳，自动对准风向，风力、水流两用的卧式发电机。设有 两对链轮和一对链条；风帆悬吊在链条之间的横杠上，风帆由小叶片铰链而成，风帆受风或水流运转通过链轮和传动轮、传动带带动发电机运行。本机工作平稳，结 构简单，没有污染和噪音，能够实用，有推广应用价值。

永磁风力发电机

篇8：风力发电控制策略

1 风力发电并网技术

1.1 同步风力发电机组并网技术

同步风力发电机组实际上, 就是同步发电机与风力发电机的有机融合。同步发电机运行期间, 不但可以输出有功功率, 还能够提供无功功率, 与此同时, 还能够保证周波稳定, 整体电能质量明显提升, 因此我国很多电力系统中都选择应用同步发电机。如何能够将同步发电机与风力发电机有机融合, 一直是电力专家学者重点研究的对象。绝大多数情况下, 因为风速波动比较明显, 会使得转子转矩出现大幅度波动, 这就会使得并网调速无法满足同步发电机的精度要求。如果并网之后, 工作人员未能充分的考虑到上述问题, 尤其是重载运行时, 整个系统会非常有可能出现无功振荡或者是失步现象。也正是因为如此, 同步发电机一直都未得到大规模的应用。随着变频装置的研发与应用, 上述问题已经得到了很好的解决。所以越来越多的专家学者同步风力发电机组并网技术又开始重视。

1.2 异步风力发电机组并网技术

异步风力发电机对对调速精度没有过高, 既不需要同步设备, 也不需要整步操作, 转速与同步转速基本上保持一致或者是不要相差过大即可。风力发电机与异步风力发电机有机融合之后, 整体的控制装置并不复杂, 并网之后基本上不会再出现无功振荡或者是失步问题, 整体运行非常安全可靠。不过, 异步发电机机组并网并不容易, 需要解决很多问题。比如如果风力发电机与异步风力发电机直接并网, 很有可能发生大冲击电流, 此时电压会降低, 这就导致电力系统容易出现运行隐患。与此同时, 电力系统自身还存在无功补偿问题, 而如果又发生磁路饱和现象, 则无功激磁电流会进一步的增加, 功率因素会因此明显降低。因此要想保证异步风力发电机组并网之后, 安全可靠运行, 有关部门务必要注重监督, 采取预防策略。

2 风力发电机并网与运行试验

2.1 软并网功能试验

工作人员提高机组主轴速度, 如果异步风力发电机转速保持在92%~99%之间, 可以启动并网接触器。此时发电机组与电网连接起来, 只是两者之间是由双向晶闸管充当媒介。另外, 还要对晶闸管进行一定的控制, 主要是控制其在触发单元方面的问题, 这样是为了能够保证晶闸管的导通角能够按照要求不断调整和变化, 从而达到试验目的。一般来讲, 在调整导通角时, 其打开速率不能超出要求范围, 且暂态过程在结束之后, 还要将旁路开关接通, 将晶闸管隔离开来。

2.2 动态无功补偿装置功能特性测试试验

在该试验中, 机组处于并网运行状态下, 技术人员在对发电机进行相应的调整后, 可以使其输出功率发生变化, 从而使机组的负载情况发生变化, 此时就可以通过观察来了解电容补偿投切的相关动作是否符合要求。在本试验的设计中, 应当注意该试验应当在工况比较恶劣的情况下来完成, 这样才能最大程度的保证试验的可靠性。一般应在风电大/小发工况的两种情况下进行。因为在风电小发工况下, 充电功率比较多, 这会导致220k V母线电压拥有比较高的水平。所以在小发工况下, 工作人员只能够进行无功补偿试验。而在大发工况下, 线路重载明显, 会产生大量的无功损耗, 母线电压则呈现出比较低的状态, 所以在大发工况下, 工作人员只能够进行容性无功补偿试验。但是无论哪一种工况下, 都需要展开无功综合控制试验以及快速相应试验, 以此确定无功补偿控制策略是否满足条件, 同时检测SVG装置是否处于安全稳定的状态。

2.3 风电场电能质量测试试验

风电场电能质量测试指标主要有电压偏差、谐波等。与此同时, 还需要风电场停运过程中的各项并网点进行测试试验, 试验主要的要点内容是各次谐波电压是否稳定以及电压总谐波是否发生畸变等。风电场如果处于正常的运行状态, 则需要对各个功率区间进行测试试验, 于此同时还需要对长时间闪变以及谐波电压等进行试验, 以此确定风电场谐波电流是否符合要求, 达到谐波值的95%。

3 风力发电电能质量控制策略

3.1 谐波的抑制

使用静止无功补偿器可以抑制谐波。该设备主要是由电抗器、谐波过滤装置等共同构成。静止无功补偿器最显著的特征就是具有非常强的反应能力, 可以实时监测无功功率, 而且还能够对电压变化进行实时的调整, 以此将谐波完全的滤除, 以此保证风电发电电能质量。

3.2 电压波动与闪变抑制

1) 有源电力滤波器。电压闪变是影响风力发电电能质量的重要因素。当电压闪变发生时, 工作人员应该在负荷电流急剧波动时, 能够完成无功电流的补偿工作。有源电力滤波器的作用就在于此。该设备优势突出, 具有快速响应能力、同时具有补偿容量小的特征, 最为重要的是运行过程中, 非常安全稳定, 具有非常强的控制力, 所以对控制电压波动具有积极的作用。

2) 动态电压恢复器。有功功率出现迅速波动情况, 也会使得电压发生闪变, 此时就要求补偿装置既要对无功功率加以补偿, 又要对有功功率加以补偿。动态电压恢复器中有储能单元, 可以在非常短的时间内就可以向系统传输电压, 以此解决电压波动问题。目前, 动态电压恢复器已经得到了广泛的应用, 是现如今风力发电电能质量控制的最主要手段。

3) 统一电能质量控制器。如果既要对电压加以补偿, 又要对电流加以补偿, 则就选择应用综合类补偿装置, 而统一电能质量控制器就是典型的综合类补偿装置。该装置可以将串联、并联有效的融合起来, 以便用户能够解决综合补偿问题。由于统一电能质量控制器功能强大, 既能够进行谐波补偿, 又能够控制电能质量, 因此得以广泛应用。

4 结论

综上所述, 可知虽然风力发电并网技术十分先进, 但是因为还有些技术问题未能解决, 所以我国的风力发电一直都未得到普及。风力发电过程中, 由于谐波、电压波动与闪变的问题, 使得电能质量大受影响, 工作人员应该运用相应的装置设备解决上述问题。

参考文献

[1]李建林, 胡书举, 付勋波, 等.大功率直驱型风力发电系统拓扑结构对比分析[J].电力自动化设备, 2008 (07) .

[2]凌禹, 张同庄.变速风力发电系统控制技术综述[J].电力自动化设备, 2008 (03) .

[3]何东升, 刘永强, 王亚.并网型风力发电系统的研究[J].高电压技术, 2008 (01) .

[4]孙国霞, 李啸骢, 蔡义明.大型变速恒频风电系统的建模与仿真[J].电力自动化设备, 2007 (10) .

篇9：风力发电控制策略

摘要：在电网电压稳定和降落时，要求双馈风力发电系统能够根据系统的需求及时的调整功率的输出.分析了双馈风力发电机的数学模型，在电网电压稳定时采用传统基于电网电压定向的矢量控制，在电压降落时采用计及定子电压波动的改进控制策略.利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型，仿真结果表明：在电网电压稳定和电网电压降落时有效实现有功功率和无功功率的解耦.电网电压降落时，双馈风力发电机能够实现无功调压.采用PI控制器，系统响应快、超调小，验证了控制策略的准确定性，

关键词：双馈风力发电系统；电网电压降落；功率控制；无功调压

DOI：10.15938/j.jhust.2015.05.004

中图分类号：TM273

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2015）05-0020-05

0 引言

双馈风力发电系统的功率控制技术是研究风力发电系统的关键技术之一.双馈风力发电机（DFIG）转子侧主要控制发电机向电网输送有功功率和无功功率.有功功率通过最大风能追踪控制策略实现有功功率的输出；无功功率根据电网的需求来调节功率因数.主要有矢量控制策略和直接功率控制技术和自适应控制等技术.

在电网稳定运行时，传统的控制策略都忽略了定子电压的动态变化量和磁链的动态变化量，使控制模型得以简化，便于模型的搭建.但从系统的运行来看，由于电网负荷的增减等因素都造成电网电压的波动，而电网不可能一直保持稳定运行状态，因此研究在电网电压波动时，使双馈风力发电机的能够良好的适应电网的波动，对提高双馈风力发电系统的鲁棒性具有重要意义.

本文考虑到电网电压降落和风速变化两个因素对双馈发电机及其控制策略的影响，在理想电网基础上，提出改进基于电网电压定向的矢量控制策略，通过Matlab/Simulink搭建系统仿真模型，在理想电网和电网电压降落情况下，系统实现了有功功率与无功功率独立控制以及无功调压.

1 双馈风力发电系统数学模型

双馈发电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统.其系统结构如图1所示.

1.1 双馈风力发电机的数学模型

以同步旋转dq为坐标系，定子、转子均采用电动机惯例，双馈发电机的数学模型如下：

定、转子电压方程可表示为（略写零序分量）：式中：u_ds、u_qs、u_dr、u_qr分别为定子、转子电压的d、q轴分量；i_ds、i_qs、i_dr、i_qr分别为定子、转子电流的d、q轴分量；ψ_ds、ψ_qs、ψ_dr、ψ_qr分别为定子、转子磁链的d、q轴分量；r_s、r_r分别为定、转子的电阻；L_s、L_r、L_m分别为定、转子的白感和互感；ω₁、ω_r分别为同步转速和实际转速.

1.2 改进转子侧控制侧略

在双馈风力发电机模型基础之上，推导出定子电流、转子磁链方程如下：

由式（6）或（7）中看出，传统的控制策略中，只考虑到了电压的稳态分量和稳态电压补偿项，忽略了电压的动态分量.在电网稳定运行时，忽略动态分量对于系统没有影响，但当电网电压发生波动时，该控制策略就具有一定的局限性，因此改进的控制策略中，考虑到定子电压的波动对于系统的影响，将电压的动态分量加入到定子电压中，使系统更好的适应电网电压的波动，提高控制模型的准确性，

采用基于电网电压定向的改进矢量控制策略，其坐标表示如图2所示.u_ds=u_s，u_qs=0，ψ_ds=O，u_s为电网电压的幅值，忽略了定子电阻，则q轴的磁链可近似为： .将其代人到式（6）中，转子电压方程为：

定子输出的有功无功功率为

由上式可以看出，分别调节转子d轴电流i_dr和q轴电流i_qr可实现对有功功率和无功功率的解耦控制，当电网电压降落时，控制系统保持有功功率基本不变，使其仍很好的跟随最大风能追踪，而通过增加无功功率，可以补偿电网电压的降落，从而实现了无功参与调节电网电压，

传统的基于定子电压定向的矢量控制策略，忽略了电网电压的波动对系统的影响，使控制系统得以简化，但其只能运行在理想电网条件下，具有一定的局限性，改进的控制策略考虑到定子电压、电流、磁链的动态变化，重新推导转子电压方程，将电网电压的动态变化量加入到转子侧的电压中.与传统的控制策略相比较，在电网电压波动时，转子侧电压能及时跟随电网电压的变化而实时调整，提高了控制的准确性和系统的鲁棒性并实现电网降落时无功调压.

1.3 改进基于电网电压定向的矢量控制系统

网侧控制策略参考文献，本文不再赘述.发电机励磁系统采用双闭环的PI控制结构.外环为功率控制环，内环为电流控制环.相比于电流外环和转速内环闭环控制，通过给定功率参考值，将定子输出功率与转子电流和电压建立直接关系，提高了系统控制的准确性.本文采用基于功率给定的MPPT控制策略，将风机输出功率作为系统的参考功率，无功功率参考值则根据系统的需求给出，采用PI控制器，在传统的控制策略基础之上增加了动态补偿项，经坐标变换，作为SVPWM的控制信号.改进的控制策略系统与传统控制策略系统相比较，增加了电网电压的动态分量，增加模型的利用范围，提高了整个系统的鲁棒性.其控制结构如图3所示.

2 P-Q解耦控制方案仿真分析

利用Madab/Simulink为平台，搭建双馈风力发电系统模型.设置系统仿真参数如表1所示.

2.1 电网电压稳定下的仿真

仿真从稳态开始.设定风速变化范围为：风速从

3 s开始阶跃变化，由5m/s变为6m/s；在5s时第二次发生阶跃变化，由6m/s变为7m/s，在7s时风速7m/s变为6.5m/s，并保持恒定.其仿真波形如图4所示.

图4（a）中，随着风速的增加，有功功率增加，而风速减小，则有功功率减小，表明DFIG很好的跟随了风机的输出功率，验证了基于功率给定的最大风能追踪控制策略的准确性.同时，在3s、5s、7s时，有功功率变化，无功功功率保持不变，在4s时无功功率参考值由0变为IOkvar，6s时变为8kvar，有功功率保持不变，验证了改进的基于电网电压定向的控制策略能够有效的实现有功、无功功率解耦.同时，在风速变化时，有功功率响应速度快，超调小，表明PI控制器能够快速准确的满足系统的响应.图4（b）中，电流有功分量i_dr、无功分量i_qr也实现解耦，因此分别调节i_dr、i_qr可以实现有功、无功功率的解耦.图4（c）中，采用给定功率的MPPT控制策略，将风机输出有功功率作为DFIG的功率参考值.图为参考功率与实际功率的误差值，其误差值几乎为0，可以看出，实际有功功率能很好的跟随参考值的变化，表明系统控制策略的准确性.

2.2 电网电压降落时的仿真

在电网频率恒定的条件下，电网在1.5s时，电网电压骤降为365V，在4s时恢复到初始值380V.风速在Ss时由5m/s变为6m/s.采用改进控制策略，其仿真结果如图5所示，

在电网电压波动时，图5（a）中，电网电压在1.5～4s时降落15V，图5（b）中，有功功率随着电压降低而降低，但变化范围不大，电机仍能正常发出有功功率.无功功率的给定值设为0var，在1.5s时电压骤降，1.5～4s内无功功率负向增大，由于双馈电机采用电动机惯例，Q

3 结语

双馈风力发电系统的有功功率和无功功率的解耦是其控制的关键技术之一.本文给出了DFIG数学模型，重新推导了转子侧电压公式，提出了改进的基于电网电压定向的控制策略.与传统控制策略相比，增加了电网电压的动态分量，克服了传统控制策略只运行在理想电网条件下的局限性，增加了系统控制的准确性和鲁棒性.实验结果表明，在两种电网条件下，都可以很好的实现有功功率和无功功率的解耦控制.在电网电压降落时，DFIG能够根据系统的需求，增加无功功率的输出，从而实现了DFIG的无功功率的调整，进而实现电压的调整.整个系统响应速度快，超调小，具有一定的工程应用意义，