风力机控制系统设计及优化

控制用于下述功能：

1）保证自动运行；

2）保证风力机和风向的对中；

3）切入和切出发电机；

4）控制转速；

5）保护风力机避免出现由超速或强风造成的损坏；

6）探测故障，警告运行人员需要维护和修理。

控制系统通过主动或被动的方式来控制运行风力机，保证运行参数在正常限制之内。被动控制用自身的传感器使用自然力进行动作，如离心失速或者离心顺桨。主动控制使用电气、机械、液压或气压的方法，要求传感器探测决定控制动作所需的变量。典型的变量和特点包括：

1）风轮转速；

2）风速；

3）振动；

4）外部温度；

5）发电机温度；

6）主连接的频率和电压；

7）连接的电气载荷；

8）功率输出；

9）扭缆情况；

10）偏航误差；

11）制动磨损。

控制系统保证风力机在正常运行范围内，正常运行范围应通过下列性能和要求来反映：(www.xing528.com)

1）轮毂高度处最大的10min平均风速V_max，即停机风速，在它之下风力机可以运行。

2）最大的长期平均额定功率P_nom，它可以理解成风力机在风速范围[V_min，V_max]功率曲线上的最高功率，其中V_min指风力机的起动风速。

3）最大名义功率P_max，此时对应轮毂高度处10min的平均风速不超过最大风速，即V_10min，hub＜V_max。

4）风力机的最大旋转运行频率n_r，max。

5）风力机的最大瞬态旋转频率n_max。

6）风速，在它之下，风力机可能停止。

通过控制系统风力机保持在正常运行范围内，控制系统激活或解除激活必须的控制包括：

1）偏航（对中风向）；

2）叶片角度整定；

3）激活制动系统；

4）电网连接；

5）功率限制；

6）在失去电网或失去电气负荷时停机。

此外，它必须保证为了检查、修理等其他目的，或者在紧急情况下能够停机。控制系统的显示和它的功能必须被实际的风力机设计所接受。风力机控制系统设计要求有伺服理论的背景，如处理连续系统控制的理论。

控制系统的设计对于所遇到的弱电网的情况特别重要。弱电网对于居民稀少的地区经常会遇到，这样的地区电网能力常常是风力资源开发的一个限制因素。这里应明确两个问题：

1）对电能消耗少、风电输入多的电网，提高稳态电压水平，使其高于电网最低值。

2）在闪变限制值之上的电压波动可能来源于由于风波动以及风力机的切入所导致的风功率输入的波动。

上述问题采用所谓的功率控制办法解决，它是控制系统的一部分。功率控制概念意味着对风力机功率进行周期缓冲，以便对电压限制进行调整，而在电压较低时，释放功率。这种方法与功率削平相结合，以便消除波动，特别是对超出闪变限制的波动。