风力发电机偏航系统控制

风力发电机控制原理

本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。

关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统

概述：

经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。

在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。风力涡轮机特性：

1，风能利用系数cp

风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数cp表示：

p---风力涡轮实际获得的轴功率

r---空气密度

s---风轮的扫风面积

v---上游风速

根据贝兹（betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：cpmax=0.593。2，叶尖速比l

为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。

n---风轮的转速

w---风轮叫角频率

r---风轮半径

v---上游风速

在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率p/pn与涡轮机转速n/nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统cp。在图2中，每个倾角对应于一条cp=f（l）曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和cp越小。

3，变速发电的控制

变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。

三段控制要求：