双PI转矩控制在双馈风力发电机中的应用.docx

双PI转矩控制在双馈风力发电机中的应用.docx

《双PI转矩控制在双馈风力发电机中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双PI转矩控制在双馈风力发电机中的应用.docx（3页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

双PI转矩控制在双馈风力发电机中的应用

王云涛，高伟，胡明清，蔡晓峰

（青岛华创风能有限公司，青岛 266111）

DoublePIControlTorqueForDoublyFedWindTurbine

YuntaoWang, WeiGao, MingqingHu,XiaofengCai

（ChinaCreativeWindEnergyCo.,LtdQingdao266111）

ABSTRACT:

Thecapacityofwindturbineisincreasing,thisrequiretheperformanceofwindturbinemoreandmorereliability,improvepowergenerationhasbecomethekeypointofindustryprimaryfocusandcompetition;Theoriginaltorquecontrolmodeisaccordingtothespeedofthegeneratorlook-uptorquetable,thismethodisunabletomeettherequirementsoftheactualsituation;

thenewtorquecontrolmodeisadddoublePItotheformertorquecontrolmode,Thisnewcontrolmethodisvalidatedthatcanimprovetheperformanceofwindturbineproduction.

KEYWORD:

windturbinedoublePItorquecontrol

摘要：

大型风力发电机组单机容量不断加大，这对每个风力发电机的性能和可靠性要求越来越高，提高单机发电量成为行业首要关注点和竞争的关键点；原来转矩控制方式是根据发电机转速进行转矩查表法，这种方法很难满足要求；新的转矩控制方式是增加双PI控制到原来的转矩查表法中查表法，这种新的控制方式经过验证是可以提高风力发电机的发电性能。

关键词：

风力发电组双PI转矩控制

0引言

在日益稀缺的能量危机下，可再生能源和清洁能源越来越被人们重视，并且加以利用，风力发电机应运而生，随着技术水平和行业发展，风力发电机的单机容量越来越大，随着单机容量的增大，对于风力发电机各项性能要求也越来越高，可靠性越来越高，购买者希望风力发电机能够最大限度的吸收风能，将其转化为电能，创造经济效益，原来控制风力发电机转矩的查表法受到局限性，需要更加完善的控制方法来提高发电性能。

本文根据风力发电机组的结构设计了一种双PI+查表的转矩控制方法，这种控制方法能够更快的响应，消除稳态误差，非常适用在控制风力发电机功率方面。

1风力机工作区域

将风力发电机组沿着功率曲线发电运行的情况进行了详细的工作区域划分，以便于控制策略的实现。

如图1功率曲线图所示，将此功率曲线分成四个工作区域，即恒速运行工作区A、最佳

Cp追踪工作区、恒速运行工作区B、额定点以上运行工作区。

额定以下

额定以上

2500

2000

功率（kW）

最佳Cp追踪工作区

1500

恒速运行区A

恒速运行区B

1000

500

切入

额定

切出

0

5 10 15 20 25

风速（m/s）

图1功率曲线工作区划分

Fig.1Dividetheworkareaofpowercurve

收稿日期：

基金项目：

中国大唐集团科技项目（DTKJ-KY-2014-25）；国家科技支撑计划资助项目（2012BAA01B00）

第一作者简介：

王云涛（1987-），男，山东青岛人，测控技术与仪器学士，研究方向：

风力发电机的功率优化。

E-mail:

wangyuntao@.

图2转速、转矩运行曲线

Fig.2ThegraphofgeneratorRPMandTorque

在图2中恒速运行工作区A对应于A’-B段；最佳Cp追踪工作区对应于B-C’段、恒速运行工作区B对应于C’-E段、额定点以上运行工作区对应于E点。

在额定风速以下运行区，控制器控制风力机最大化的捕获风能提高发电量。

在额定风速以上运行区，控制器控制风力机卸掉多余的机械能，维持机组工作在额定点附近。

功率达到额定输出前，有一个转速到达额定，功率逐步爬坡上升区，如图2中的CD斜线。

这段区域是转矩控制器和变桨距控制器的转换过渡区。

一般来说，可以设置变桨距控制器的启动点略高一些，如图中的E点，如果设置在D点，会引起额定风速之上功率输出抖降，速度迅速下降到D以下，可能会出现变桨距控制在额定风速之下起作用的效果，变桨距控制器和转矩控制器会同时出现，采用联合控制策略来共同控制转速。

恒速工作区A：

风力机自启动到转速达到最小并网转速，则进入恒速工作区A，控制器控制风力机并网，并随着风速的增加控制机组的输出功率增大，直到达到最佳Cp曲线（图2中的B点）；最佳Cp追踪工作区：

控制器控制风力机运行于最佳Cp曲线之上，动态调整风力发电机组的输出功率实现最大风能捕获；恒速工作区B：

此时风力发电机组的发电机转速已经达到额定转速，但是输出功率尚未达到额定值，随着风能的增加调节机组输出功率增大，直到输出功率到达额定值，如此可以有效地防止在机组达到额定之前由于大阵风的影响而出现机组超速的现象；额定风速以上

运行区，控制器控制风力机卸掉多余的机械能，维持机组工作在额定点附近。

2双PI控制

2．1风机建模

对风力发电机组控制系统进行建模，风电机组从控制系统的角度来看可以分为以下子系统：

风模型、风轮、传动链、发电机、变流器、变桨机构和主控系统，如图3所示。

图3风力发电机转矩控制框图

Fig.3Blockdiagramofthewindturbinetorquecontrol

为使风力发电机组转速能够平滑的变化，采用2个PI控制器对发电机转矩进行控制，如图4所示,当转速大于S3时，控制切换到高速PI控制器，高速PI控制器控制的给定转速为S4。

当转速低于S2时，切换到低速PI控制器。

当然，在切换的过程中需要同步2个控制器的输出，以便不会出现转矩波动。

图4双PI算法的变速-转矩控制曲线

Fig.4ThegraphofdoublePIcontroltorque

需要为两个转速控制器定义如下的参数：

S1--最小转速

S4--以最佳叶尖速比运行的最大转速S2--转换低速PI控制器切换转速S3--转换高速PI控制器切换转速

S5--变桨控制器启动控制转速

QR--额定转矩

Kλ--最佳叶尖速比转矩系数

G--变速箱变比

2．2MATLAB仿真

设定如图5的风模型，通过Matlab实时仿真后，得到如图6、图7的仿真结果，可以发现，虽然风模型条件很苛刻，但是发电机转速始终没有超速。

并从60s后，虽然风速变小，发电机转速下降，但是功率一直维持额定功率。

2.3功率曲线

加入双PI控制发电机转矩后获取到的功率曲线观察可以看出：

功率曲线平滑稳定，特别是在额定风速以上功率稳定维持在1500KW以上，这有利于提高年发电量。

3结语

图8加入双PI算法的功率曲线

Fig.8ThepowercurveofadddoublePI

图5双PI算法的matlab仿真模型

Fig.5TheMATLABsimulationmodelofdoublePIcontrol

图6仿真模型中给定的风速模型

Fig.6Windspeedmodelforagivensimulationmodel

在原来查表法控制转矩方式增加双PI控制即低速PI控制器和高速PI控制器，从仿真和实际运行效果观察，效果非常明显，功率曲线比原控制方式下改善明显，风速在额定风速以上波动，风力发电机输出功率能够保持稳定，这样的运行状态可以提高年发电量。

参考文献

[1]黄文新胡育文.异步发电机的电力电子控制技术.电工技术杂志，2001,16（3）B1~4

[2]姜文彪吴坚.直流电机双闭环PI控制技术研究.2012年12期[3]霍志红.风力发电机组控制技术.中国水利水电出版社。

2010.5.1[4]李金琨等著.先进PID控制MATLAB仿真（第3版）.电子工业出

版社。

2011-3-1.

图7双PI算法控制仿真结果

Fig.7TheresultofdoublePIcontroltorque