变速变桨距风力发电机组控制策略优化分析.doc

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变速变桨距风力发电机组控制策略优化分析

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罗华兵李顺云丁祥

摘要：随着经济科技的迅速发展，各国对能源的开发与利用也开始有了新的想法和变化。风能作为一种清洁的可再生能源，更是越来越受到各国负责能源开发与利用的相关工作者们的重视。风能的潜在蕴含量非常大，全球的总风能目前的预测数据为MW，并且其中可利用的风能也达到MW，也许单纯的数字并不能充分显示出风能的可利用，但是通过与其他能源的相比较就能明显看出风能可开发利用的储量有多大，风能是地球上可开发利用的水能总量的十倍甚至更多。

关键词：变速变桨距；风力发电；风能开发；机组控制；优化

风能的能量密度低，风能相比其他各类能源也更加不稳定，虽然开发潜力巨大但是其中的困难也是相对较多。目前大型风力发电机组的控制问题也比较困难，变速变桨距风力发电机组无论是在低于额定风速还是在高于额定风速方面都有着不同的控制方式与控制策略。另外，变速变桨距风力发电机组在进行初步风力发电建模的过程中也会出现各类问题。本文将针对目前已有的问题以及如何进行变速变桨距风力发电机组的控制策略优化做出简单分析，以供广大读者参考。

一、变速变桨距风力发电机组控制的概念简述

1.变速变桨距直白的来讲就是指风力发电的一种混合式调速方式。其中，变速变桨距风力发电机组还应当将变速以及变桨距分开来解释：（1）变速是指风机变速器，风机变速器由多种部件组成，主要功能是通过变速器当中齿轮组的不断变化来达到控制发电机转数的目的，最终保障发电系统中发电机的电机电压及电流更加稳定。变速器特征明显，功能作用明显。另外，随着科技的不断发展，变速器也开始采用新型的转数传感器，这也为齿轮组的转动和工作带来了更好的硬件条件。（2）变桨距具体可以分为风机变桨调节的两种状态，一种是指正常运行的连续变桨，另一种是指停止状态下的全顺桨。连续变桨距是指风机在开始启动时桨叶由90°向0°方向转动，与此同时，并网发电桨叶在0°附近进行调节。这种状态下风力发电机组的整体状态比较稳定，对于风力发电的整个过程来说是非常重要的。还有就是液压变桨系统的连续变桨，这一类的具体运行方式是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置以及速度的控制。更多的是在风机停机或紧急情况的状态下，紧急情况时为了为了能够及时停止风机，桨叶将快速转动到90°，一方面是为了确保风向能够与桨叶平行，使桨叶失去迎风面，停止转动；另一方面则是利用桨叶通过横向拍打空气进行制动，从而确保风力机组能够迅速停机，这也就是我们所说的全顺桨。

2.风力发电是目前电力市场上所有发电方式当中最为清洁的能源，没有之一，风力发电是指通过有效方式将风的动能转变为机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电简单无污染，是利用风力带动风车叶片旋转，然后透过增速机将旋转的速度提升，从而实现风力发电。风力发电在很久以前就已经有所记载，但是历史上的风力利用大多是通过风力进行抽水、磨面等工作，并且风车技术也非常落后，并不能进行发电。而目前的风车技术则是大大不同，最小的风力是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。到目前为止，风力发电已经成为了世界上电力能源开发的一股热潮，因为风力发电清洁无污染，也不需要任何的原料，更不会产生任何的辐射或污染。

二、优化变速变桨距风力发电机组控制重要性

1.通过使用风力发电的电力能源开发方式已经成为当前电力开发的一大有效方式。当前随着经济的迅速发展，风能市场也迅速扩大。风力发电相比其他的发电方式更加清洁无污染，发电过程也相对简单，从2005年开始，全球的风力发电能力相比之前翻了一番，2008年至2009两年之间，全球风能发电装机容量扩大到35%。2010总体电力发电能源在16万兆瓦左右。预计未来的20年内，世界风能市场每年将递增25%左右。随着当前社会的科学技术的进步以及环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

2.中国的风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，风力发电的电力发展一方面能够给电力能源带来新的能源资源，另一方面也为市场上的相关技术开发以及工作者们带来了更多的盈利机会。风力发电的技术不断提高和逐渐成熟稳步提升，也为经济的进步和发展带来了前所未有的发展机会。2010年到现在，风力发电行业的利润总额始终保持高速增长，并且在之后的几年其增长速度也持续稳定在60%以上。由此可见风力发电在电力能源市场上的潜力巨大。

三、如何有效优化变速变桨距风力发电机组控制策略

1.更新传统的变速变桨距风力发电控制系统。传统的变速变桨距与新型的变速变桨距风机有着较大差距，传统的变速变桨距控制主要以发电机的转速作为变桨距的控制量，一方面是转速速度有待提高，另一方面，其转速的滤波反馈信号以及转速给定值之间的偏差也相对较大。除此之外，传统的变