選兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)

廣子建

摘 要

在新常態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢(shì)下，我國(guó)的各大產(chǎn)業(yè)都進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的調(diào)整、優(yōu)化，并且我國(guó)的相關(guān)政策也明確要求要大力發(fā)展環(huán)保經(jīng)濟(jì)，構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)。本文圍繞兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的組成成分和其所具備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)展開(kāi)，對(duì)兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的工作原理和工作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的分析、論述，以促進(jìn)我國(guó)新能源資源的快速開(kāi)發(fā)。

【關(guān)鍵詞】變速恒頻 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 控制 系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)的各大產(chǎn)業(yè)都進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，我國(guó)政策也明確的要求要大力發(fā)展環(huán)保經(jīng)濟(jì)，構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，為我國(guó)新能源——風(fēng)能的開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支撐和雄厚的物質(zhì)保障。眾所周知，風(fēng)能資源是大自然饋贈(zèng)于人類(lèi)豐厚的禮物，這種資源取之不盡、用之不竭，是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展中一大綠色能源資源。為了有效地促進(jìn)風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)、利用，降低其使用成本，加大對(duì)兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究力度是有效地方法之一。

1 兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的構(gòu)成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)在機(jī)組進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色，如果將這一系統(tǒng)比作生物人的話，那么其控制系統(tǒng)就相當(dāng)于生物人的神經(jīng)指揮、控制中樞，其重要地位不言而喻。在這一系統(tǒng)中，各個(gè)部分之間在功能上既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，共同影響著發(fā)電機(jī)組的工作狀況，控制系統(tǒng)、傳感器、總控制器、風(fēng)輪、增速機(jī)構(gòu)以及電網(wǎng)等都是其重要的組成部分，具體的示意圖如圖1所示。

2 兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)分析

由于兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)研發(fā)面世的時(shí)間比較晚，其主要是在整合失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的相關(guān)原理與技能的基礎(chǔ)之上而問(wèn)世的，對(duì)失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了取其精華棄其糟粕的加工處理后具備的主要優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)有：

（1）兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)輸出的功率要更平穩(wěn)一些，對(duì)功率進(jìn)行平穩(wěn)的輸出是為了保證發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行持續(xù)性的工作；

（2）變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)可以最大限度地捕獲風(fēng)能，在額定的風(fēng)速以上進(jìn)行作業(yè)，這樣既能充分地利用風(fēng)能資源，又能增添其作業(yè)時(shí)的安全性；

（3）變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)具有更好的柔性，其控制系統(tǒng)擁有更加完善的保護(hù)功能裝置。兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)所具備的這些優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，既對(duì)我國(guó)的新能源資源開(kāi)發(fā)、利用技術(shù)進(jìn)行了大力的傳承、發(fā)揚(yáng)，同時(shí)又為我國(guó)清潔能源——風(fēng)能的開(kāi)發(fā)提供了性能更優(yōu)的技術(shù)、設(shè)備支撐，有力的促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的生態(tài)化、和諧化、環(huán)保化發(fā)展。

3 對(duì)兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的分析、研究

我國(guó)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)組成圖如圖2所示。

3.1 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的控制原理依據(jù)分析

在兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)控制中，其原理的主要依據(jù)是貝茲證明：

Pr=0.5 δ π R2 Cp （1，λ，β） V3

在這一公式中，δ：空氣的密度；

V：風(fēng)的速度；

R：風(fēng)輪的半徑；

Cp（λ，β）：風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)；

λ：葉尖速比；

β：槳葉節(jié)距角；

3.2 對(duì)兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的控制過(guò)程分析

一般的，兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，其主要的運(yùn)作過(guò)程有以下五部分：

（1）當(dāng)外界的自然風(fēng)力的速度大于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的風(fēng)速，并持續(xù)達(dá)到十分鐘的時(shí)間時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)就會(huì)驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)艙，其主要是根據(jù)風(fēng)向傳感器所指示的方向來(lái)進(jìn)行的自動(dòng)對(duì)風(fēng)，并使葉輪自動(dòng)處于迎風(fēng)位置，即迎風(fēng)口。

（2）當(dāng)外界的自然風(fēng)力的速度持續(xù)達(dá)到第一步中的切入風(fēng)的速度十分鐘時(shí)，控制系統(tǒng)中的制動(dòng)器松閘，此時(shí)，風(fēng)力機(jī)會(huì)由最開(kāi)始的待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入到比較低的風(fēng)速啟動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)候，葉輪就能夠吸收風(fēng)能，齒輪箱的運(yùn)轉(zhuǎn)速度也能夠在短時(shí)間內(nèi)得到極快的提升并帶動(dòng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行相關(guān)的作業(yè)。

（3）當(dāng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到小電機(jī)并網(wǎng)的要求時(shí)，并在相關(guān)的工作人員對(duì)其設(shè)備進(jìn)行檢查確保沒(méi)有故障問(wèn)題之后，將小發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。

（4）當(dāng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到大電機(jī)的并網(wǎng)要求時(shí)，在相關(guān)的工作人員對(duì)其設(shè)備進(jìn)行檢查確保沒(méi)有故障問(wèn)題之后，將大發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。

（5）相關(guān)的工作人員要對(duì)大發(fā)電機(jī)和小發(fā)電機(jī)同時(shí)進(jìn)行功率的補(bǔ)償和速度功率以及發(fā)電功率的優(yōu)化。

在分析、闡述的過(guò)程之中，我們可以明顯發(fā)現(xiàn)這一裝置系統(tǒng)還需要進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，以此來(lái)增強(qiáng)其性能，擴(kuò)大其用途，經(jīng)過(guò)相關(guān)學(xué)者和專(zhuān)家研發(fā)的網(wǎng)側(cè)變換器控制策略就是一種不錯(cuò)的改進(jìn)策略。至于其具體的工作原理和裝配設(shè)置，筆者在此就不一一贅言了。

4 結(jié)束語(yǔ)

在新常態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢(shì)下，為了有效地促進(jìn)我國(guó)清潔能源資源——風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)利用，加大兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的研究力度，改進(jìn)其控制技術(shù)、策略，是當(dāng)前我國(guó)開(kāi)發(fā)新能源資源的一項(xiàng)有效方法和技術(shù)。在我國(guó)的未來(lái)發(fā)展中，應(yīng)該投入更多的時(shí)間、經(jīng)歷和物資在這一領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，以促進(jìn)我國(guó)清潔能源資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、利用、發(fā)展。

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作者單位

北京京能新能源有限公司輝騰錫勒風(fēng)電分公司 北京市 013550