风力发电机组及其控制系统

题 目 风力发电机组及其控制系统

学 院 机械交通学院

专 业 电气工程及其自动化 班级 092班

姓 名 冉雷 学号 093736223

指导教师 徐立军 职称 教授

2012年 11 月 26日

新疆农业大学教务处制

风力发电机组及其控制系统

冉雷

（新疆农业大学，乌鲁木齐，830052）

摘要 ：风力发电厂运行情况多种多样，动态特性复杂，在电气设备，保护控制系统的选型

和设计上有一定的特殊性。因此，在设计过程中尽可能多地熟悉和掌握各类风力发电电气设备的技术特性。本文介绍了风力发电机组及其控制系统主要设备的工作原理和技术特点，并且对风力发电控制设备的关键技术研究进行了探讨。

关键词：风力发电 控制 变流器 现场控制

Brief Analysis of Wind Power Generators and their Control

Configuration

Ran Lei

（XinJiang Agricultural University，Urumqi 830052）

Abstract：Wind power generators which have complex dynamic characteristic, are operated in multiplicative conditions. Design of electrical should meet special requirements of Wind power generators’ operation. According to this paper, the principle and characteristics of wind power generators and their control equipments are introduced. Key technologies research of wind power control equipment is studied.

Key words: wind power generator control converter local control

0引言

21世纪是可再生能源的世纪,在不断持续的能源紧张中不少人想到了新能源利用。文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等这都是可再生取之不尽的能源，特别是风能技术最为成熟，经济可行性较高是一种较理想的

发展能源。风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式是一种重要的自然能源。不同产生温差从而引起大气的对流运动形成风。

据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可

观。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭，又可以在很大范围内取得，非常干净、没有污染，不会对气候造成影响，因而风力发电具有极大的推广价值。我国风能资源总量约42亿千瓦，技术可开发量约3亿千瓦。风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。这些地区缺少煤炭及其他常规能源，并且冬春季节风速高雨水少，夏季风速小，降雨多，风能和水能具有非常好的季节补偿。 目前东南沿海是最大风能资源区，风能密度为200W/M2--300W/M2，大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。另外，新疆风能资源丰富，开发利用起步较早，新疆达坂城风电一场于1989

年建成，这是中国第一座风力发电场。

经过近20年的发展，截至2007年底，新疆已在9大风区中的5个风区“排兵布阵”，新疆作为中国风能资源大区迎来风电开发的热潮。截至2007年底，新疆风电装机规模达到27.9万千瓦，占新疆电力装机总量的3.4％。仅2007年一年，新疆经许可建设的风电场项目装机规模就达29万千瓦。2008年下半年以来，受国际国内宏观经济形势影响，新疆供电负荷增长趋缓，传统电力行业面临亏损，但风力发电发展势头依然迅猛。随着大批风电项目陆续开工建设，新疆风力发电装机规模持续扩张。2008年12月，年发电量约1.2亿千瓦时玛依塔斯风电一期项目竣工暨二期项目启动仪式在新疆额敏县举行。2009年1月，投资4亿元，装机4.95万千瓦的阿勒泰金风布尔津风电场开始并网发电。新疆风力发电迎来历史性发展机遇。

1风力发电机控制系统 1.1风力发电机的组成

风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。

1.2控制系统的组成

风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：保证风力发电机组安全可靠运行；获取最大能量；提供良好的电力质量。 控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、

通讯接口电路、监控单元。

具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同。控制系统结构示意图如下：

针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统（DCS）工业控制计算机。采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置。就地进行采集、控制、处理。避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接。同时DCS现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令。目前计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，目前功能上有较大提高。很多厂家也开始采用PLC构成控制系统。现场总线技术(FCS)在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。

2控制系统技术

2.1风力发电技术

风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风