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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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  3.3 变桨距控制方式及其改进

  风力发电机并网以后,控制系统根据风速的变化,通过桨距调节机构,改变桨叶攻角以调整输出电功率,更有效地利用风能。在额定风速以下时,此时叶片攻角在零度附近,可认为等同于定桨距风力发电机,发

  电机的输出功率随风速的变化而变化。当风速达到额定风速以上时,变桨距机构发挥作用,调整叶片的攻角,保证发电机的输出功率在允许的范围内。

  但是,由于自然界的风力变幻莫测。风速总是处在不断地变化之中,而风能与风速之间成三次方的关系,风速的较小变化都将造成风能的较大变化,导致风力发电机的输出功率处于不断变化的状态。对于变桨距风力发电机,当风速高于额定风速后,变桨距机构为了限制发电机输出功率,将调节桨距,以调节输出功率。如果风速变化幅度大,频率高,将导致变桨距机构频繁大幅度动作,使变桨距机构容易损坏;同时,变桨距机构控制的叶片桨距为大惯量系统,存在较大的滞后时间,桨距调节的滞后也将造成发电机输出功率的较大波动,对电网造成一定的不良影响。

  为了减小变桨距调节方式对电网的不良影响,可采用一种新的功率辅助调节方式-RCC(Rotor Current Control转子电流控制)方式来配合变桨距机构,共同完成发电机输出功率的调节。RCC控制必须使用在线绕式异步发电机上,通过电力电子装置,控制发电机的转子电流,使普通异步发电机成为可变滑差发电机。RCC控制是一种快速电气控制方式,用于克服风速的快速变化。采用了RCC控制的变桨距风力发电机,变桨距机构主要用于风速缓慢上升或下降的情况,通过调整叶片攻角,调节输出功率;RCC控制单元则应用于风速变化较快的情况,当风速突然发生变化时,RCC单元调节发电机的滑差,使发电机的转速可在一定范围内变化,同时保持转子电流不变,发电机的输出功率也就保持不变。

  3.4 无功补偿控制

  由于异步发电机要从电网吸收无功功率,使风电机组的功率因数降低。并网运行的风力发电机组一般要求其功率因数达到0.99以上,所以必须用电容器组进行无功补偿。由于风速变化的随机性,在达到额定功率前,发电机的输出功率大小是随机变化的,因此对补偿电容的投入与切除需要进行控制。在控制系统中设有四组容量不同的补偿电容,计算机根据输出无功功率的变化,控制补偿电容器分段投入或切除。保证在半功率点的功率因数达到0.99以上。

  3.5 偏航与自动解缆控制

  偏航控制系统有三个主要功能:

  (1) 正常运行时自动对风。当机舱偏离风向一定角度时,控制系统发出向左或向右调向的指令,机舱开始对风,直到达到允许的误差范围内,自动对风停止。

  (2) 绕缆时自动解缆。当机舱向同一方向累计偏转2.3圈后,若此时风速小于风电机组启动风速且无功率输出,则停机,控制系统使机舱反方向旋转2.3圈解绕;若此时机组有功率输出,则暂不自动解绕;若机舱继续向同一方向偏转累计达3圈时,则控制停机,解绕;若因故障自动解绕未成功,在扭缆达4圈时,扭缆机械开关将动作,此时报告扭缆故障,自动停机,等待人工解缆操作。

  (3) 失速保护时偏离风向。当有特大强风发生时,停机,释放叶尖阻尼板,桨距调到最大,偏航90o背风,以保护风轮免受损坏。

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