风力发电电气控制技术及应用浅析_1

２０１３年１０月第１６卷第１０期　贵州电力技术　２０１３，Ｖｏｌ，１６，Ｎｏ．１０　ＧＵＩＺＨＯＵ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　专题研讨　

Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｒｅｐｏｒｔｓ　

电气控制在风电中的典型应用　

陈　柬　，严金云　，陈　棋　

（１．南京化工职业技术学院，江苏南京２１００４８；　２．国网电力科学研究院，江苏南京２１０００３）　

摘要：综述了电气控制在风力发电机组的应用。介绍风力发电的基本原理，在桨叶倾角控制方面，对液压变桨距　系统和电动变桨距系统作了对比分析。同时介绍了模糊控制和神经网络控制的特点与应用，通过对比各种风力发　电技术和各种控制方法优缺点，归纳出未来风力发电技术的发展趋势。　

关键词：电气控制；风力发电；变桨距控制；智能控制　文章编号：１００８—０８３Ｘ（２０１３）１０—００３２—０３中图分类号：ＴＭ６１４文献标志码：Ｂ　

风力发电系统中，发电机是能量转换的核心部　

分　，按照发电机运行的方式来分，风力发电机系　

统主要有恒速恒频系统和变速恒频系统两种。风力　

发电机组与电网并联运行时，要求风力发电机组发　

出电能的频率保持恒定，即与电网频率相等。　

１风力发电系统基本原理　

１．１恒速恒频风力发电系统　

恒速恒频风力发电机组原理框图如图１所示。　

图１　恒速恒频风力发电机组原理框图　

恒速恒频发电机系统一般采用的是普通异步发　

电机，正常运行在超同步状态，转差率ｓ为负值，电　

机工作在发电机状态，且转差率很小（ｓ＜５％），风　

速变化时发电机转速基本不变，所以称之为恒速恒　

频风电机组。恒速发电适合用于小功率，通常不高　

于６００　ｋＷ的系统。　

１．２变速恒频风力发电系统　

变速恒频风力发电系统通过变桨距控制风轮使　

整个系统在很大的转速范围内按照最佳的效率运　

行，这是当前风力发电发展的一个趋势。变速恒频　

系统主要分为同步发电机系统和异步发电机系统。　

其中同步发电机系统包括永磁同步发电机系统和电　

基于风力发电的风功率预测综述

随着风力发电的快速发展，风电的穿透功率不断增加，随之带来的系统安全性和电能质量问题也日益凸显。可靠的风功率预测可以有效地提高电力系统的运行稳定性，改善电能质量。本文综述了当前各种风功率预测的方法包括物理方法、统计方法、学习方法等以及他们各自的适用场合，并展望了未来风功率预测的发展方向。

标签：风功率预测；预测方法；发展方向

前言

由于风能是清洁、安全的可再生能源，风力发电在全世界已经进入大规模发展阶段。但由于风电的间歇性和随机性等缺点，随着风电装机容量的逐年增加，风电场穿透功率不断加大，无疑会对电力系统的电能质量造成一定的影响，尤其是大规模风电入网对系统的电能质量，诸如线路的潮流、无功补偿电压和频率带来很多不利影响[1]，并且影响系统旋转备用容量的大小，从而限制了风电的进一步发展。有效的风功率预测方法可以方便调度进行合理的用电安排，提高系统运行的可靠性，一定程度上可以改善风电并网后的系统运行。

1风电场功率预测分类

按照不同的分类标准，风电场功率预测方法分类方式不同。

1.1按预测时间尺度分类

风电场功率的预测，按时间分为长期预测、中期预测、短期预测和特短期预测。

（1）长期预测：以“年”为单位，主要应用于风电场设计的可行性研究，可预测风电场建成之后每年的发电量。这种方法主要是根据气象站提前20年或30年的长期观测资料和风电场测风塔至少一年的测风数据，经过统计分析，再结合风机的功率曲线来预测风电场每年的发电量。

（2）中期预测：以“天”为预测单位。中期预测主要是提前一周对每天得功率进行预测，主要用于安排检修。一般是利用数值天气预报系统的数据进行预测。主要用于安排检修或调试。

（3）短期预测：以“小时”为预测单位。一般是提前1-48小时对功率进行预测，目的是便于电网合理调度，保证供电质量。一般是基于数值天气预报模型和历史数据进行预测。

1.2按预测模型对象分类

按照预测对象的不同，一般可以分為基于风速的预测和基于功率的预测。按预测对象范围的不同，可分为对单台风机功率的预测、对整个风电场功率的预测和对一个较大区域（多个风电场）的预测。

风电发电技术与控制系统的研究与开发

随着人类对环境保护意识的增强以及对替代能源的需求，风电发电技术成为了当前最为流行且具有广阔前景的一项发电技术。虽然风能源具有清洁、可再生、丰富的特点，但是其相对不稳定的特性也给风电发电技术的研究和开发带来了一定的挑战。本文将对风电发电技术的研究及其控制系统的研究 方向、方法和热点进行简要论述。

一、风电发电技术研究方向

1. 提高风力发电机的效率

风电系统不仅需要面临风力的不稳定性，还需考虑风力机本身效率的提高。传统的风力机通常采用桨叶叶片和齿轮传动器等传统设计，该方案在风速低时会出现卡滞现象，从而导致效率低下。因此，提高风力机效率成为了当前风电技术研究的首要方向之一。

2. 加强风力机性能的稳定性与可靠性

风力机的稳定性和可靠性是风力发电系统设计的重要方面。在运行中，会遇到风速变化、天气变化等不同的环境因素，从而对系统的性能产生影响，特别是在低风速、断风等情况下，风力机的性能非常重要。加强风力机的稳定性和可靠性是进一步推广风力发电技术的必要前提之一。

3. 降低风力机的成本

风力发电技术相对于其他传统的发电能源，价格较高，降低制造成本是发展风力发电的重要措施。对风力机细节进行优化、研发易于维护的风力机零件并推广使用可以有效减少制造成本。

二、风力发电控制系统研究方法 1. 传统的风力发电控制策略

传统的风力发电技术通常采用经典控制方法来提高风力电站的稳定性和可靠性，如比例积分控制 (PI) 和模糊控制策略等。然而，传统方法不能充分考虑多种复杂的条件 (如变化风速等) 。因此，研究一种新型的控制方法来提高风力电站的性能已经成为目前风力发电研究的热点。

2. 基于人工智能的控制方法

在风力发电控制系统中，基于人工智能的控制方法已成为当前的主流技术之一。人工智能算法如遗传算法、模糊逻辑、人工神经网络等技术可以减少传统方法中由于人为因素造成的误差，优化整个系统的效率和性能。基于人工智能的控制方法可以更好地适应风力电站复杂的工作条件，并提高系统的鲁棒性和性能。

风力发电机组的电气控制

随着科学技术的发展，风力发电机已经成为了电力能源的主要来源生产的方式之一，为了满足人们日益增长的电力资源的需求，需要对现有的风力发电机组进行更新与优化，提升其在运行时的稳定性与可靠性，尽可能的减少相关影响因素。在对电机组进行电气控制时，需要依据风力发电的原理，对相关的各方面进行有效、综合性的研究，进而对整个电力发电机组的运行过程进行有效的控制，减少相关问题的产生。

标签：风力发电；机组；电气控制

0 引言

对风力发电机组的电气控制系统进行相关的分析与探究，能够有效的增加机组在运行过程中的稳定程度、较少不安全的事情发生。进而满足人们对于电力的需求，增加发电效率。据此，需要结合风力发电机组的运行原理来对相关电气机组及电气控制系统的总体框架进行有效的研究，以此来有效的提升对机组运行进行控制的效率。电机组的电气控制结构进行不断的完善。同时还需要对之前的相关经验进行总结，进而能够针对不同的问题采取有效的解决存世进行改善与优化。

1 风力发电机组电气控制系统的结构

风力发电机组的电气控制系统中主要包括了主控制器、电量的采集系统、无功补偿系统、软并网胸膛、偏航与自动解缆系统等等，同时还设置了多种输出、输入的信号与开关量接口等等。风电机组电气控制系统只有利用风速信号才能促使其进行自动化的启动，同时还要根据其在实际生产过程中的具体情况，遵循相关设备的功率等相关的参数，对风电机组的转速及功率进行自动化的控制与调整。想要提升风电机组的运行效果，就需要按照整个风电机组的功率来自动化的设置相关的补偿电容。一旦在生产过程中发生发电机脱网的现象，电气控制系统就能够使自动化的对其采取相关的处理措施，进而使其能够具备较高的安全性，以及来有效的减小外界对发电机的干扰状况，最终提升风电机组在运行时的稳定性。除此之外，电气控制系统在风电机组中的正常应用，是通过对电网、风力的状况及机组运行的中状态数据进行检测与对比分析而得来的运行的状况及相关产生的问题，并针对这些问题而产生的有针对性的解决手段。同时还可以根据相应的数据及结果，制作成相关的表格或者是图像，以此来对风力机组在运行过程中的指标进行有效的分析，对相关的方案进行优化与调整。