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大型风电场及风电机组的控制系统方案

2012-07-23 17:00
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  2.4 变速恒频系统的实现

  可用于风力发电的变速恒频系统有多种:如交一直一交变频系统,交流励磁发电机系统,无刷双馈电机系统,开关磁阻发电机系统,磁场调制发电机系统,同步异步变速恒频发电机系统等。这种变速恒频系统有的是通过改造发电机本身结构而实现变速恒频的;有的则是发电机与电力电子装置、微机控制系统相结合而实现变速恒频的。它们各有其特点,适用场合也不一样。为了充分利用不同风速时的风能,应该对各种变速恒频技术做深入的研究,尽快开发出实用的,适合于风力发电的变速恒频技术。

  3恒速恒频风电机组的控制

  3.1 风电机组的软启动并网

  在风电机组启动时,控制系统对风速的变化情况进行不间断的检测,当10分钟平均风速大于起动风速时,控制风电机组作好切入电网的一切准备工作:松开机械刹车,收回叶尖阻尼板,风轮处于迎风方向。控制系统不间断地检测各传感器信号是否正常,如液压系统压力是否正常,风向是否偏离,电网参数是否正常等。如10分钟平均风速仍大于起动风速,则检测风轮是否已开始转动,并开启晶闸管限流软起动装置快速起动风轮机,并对起动电流进行控制,使其不超过最大限定值。异步风力发电机在起动时,由于其转速很小,切入电网时其转差率很大,因而会产生相当于发电机额定电流的5~7倍的冲击电流,这个电流不仅对电网造成很大的冲击,也会影响风电机组的寿命。因此在风电机组并网过程中采取限流软起动技术,以控制起动电流。当发电机达到同步转速时电流骤然下降,控制器发出指令,将晶闸管旁路。晶闸管旁路后,限流软起动控制器自动复位,等待下一次起动信号。这个起动过程约40S左右,若超过这个时间,被认为是起动失败,发电机将被切出电网,控制器根据检测信号,确定机组是否重新起动。

  异步风电机组也可在起动时转速低于同步速时不并网,等接近或达到同步速时再切入电网,则可避免冲击电流,也可省掉晶闸管限流软启动器。

  3.2 大小发电机的切换控制

  在风电机组运行过程中,因风速的变化而引起发电机的输出功率发生变化时,控制系统应能根据发电机输出功率的变化对大小发电机进行自动切换,从而提高风电机组的效率。具体控制方法为:

  (1) 小发电机向大发电机的切换

  在小发电机并网发电期间,控制系统对其输出功率进行检测,若1秒钟内瞬时功率超过小发电机额定功率的20%,或2分钟内的平均功率大于某一定值时,则实现小发电机向大发电机的切换。切换过程为:首先切除补偿电容,然后小发电机脱网,等风轮自由转动到一定速度后,再实现大发电机的软并网;若在切换过程中风速突然变小,使风轮转速反而降低的情况下,应再将小发电机软并网,重新实现小发电机并网运行。

  (2) 大发电机向小发电机的切换

  检测大发电机的输出功率,若2分钟内平均功率小于某一设定值(此值应小于小发电机的额定功率)时,或50S瞬时功率小于另一更小的设定值时,立即切换到小发电机运行。切换过程为:切除大发电机的补偿电容器,脱网,然后小发电机软并网,计时20S,测量小发电机的转速,若20S后未达到小发电机的同步转速,则停机,控制系统复位,重新起动。若20S内转速已达到小发电机旁路转速则旁路晶闸管软起动装置,再根据系统无功功率情况投入补偿电容器。

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