变速变桨控制基本原理介绍

1、变桨变速：变桨变速：低风速运行变转速，追求最佳变转速，追求最佳Cp，风能利用率，风能利用率较高较高；高风速时桨距角变化，限制功率。桨距角变化，限制功率。定桨失速：定桨失速：运行中，转速基本恒定，桨距角不可变转速基本恒定，桨距角不可变 。低风速时，风能利用率较低低风速时，风能利用率较低。变速机组低风速时风能利用率较高的原因变速机组低风速时风能利用率较高的原因： 追求追求Cp=Cp(max).风力机从风中捕获的能量：风力机从风中捕获的能量：P321CSUP 风力机实际获得的轴功率上游风速风能利用系数风轮扫风面积空气密度UR叶尖速比叶尖速比：叶尖速比风轮角速度风轮半径上游风速Cp=Cp(max) 失

2、速型风机的失速型风机的Cp变化曲线变化曲线高风速区高风速区低风速区低风速区 变速型风机的变速型风机的Cp变化曲线变化曲线 (假设低风速时能全范围变转速假设低风速时能全范围变转速)功率曲线的比较功率曲线的比较:定桨失速型风机功率曲线变桨变速型风机功率曲线Cp=Cp(max) 范围较窄Cp=Cp(max) 范围较宽开始失速问题：从切入风速到额定风速(3m/s-11.2m/s)的整个范围内全是变速控制吗？都能追求到最佳Cp吗？全范围变速控制？恒功率，变桨控制变速变桨控制的运行功率曲线变速变桨控制的运行功率曲线分析：分析：R=38.5m 要想追求最佳Cp，则5 . 8optUR则风轮转速与风速之间的关

3、系为：结论：假如发电机转速范围：658rpm2457rpm全范围追踪最佳CpU=3m/s 658rpmU=11.2m/s 2457rpm可实现Windey1.5MW机组(为例子)的转速范围:求：Cp=Cp(max)所对应的风速范围？ 1030rpm1800rpm(风轮转速9.9rpm17.2rpm)所以：windey1.5MW机组3m/s-11.2m/sCp=Cp(max)不可实现！分析：Cp=Cp(max)UR问题：此曲线应该如何改动？转速恒定阶段 变转速运行区域 (Cp恒定区) 恒转速运行区域 恒功率运行阶段，变桨控制 B C D E F C D E F 结论：结论：变速机组的运行范围可划

4、分四个阶段：1).转速恒定阶段（BC）2).变转速运行阶段(Cp恒定区)(CD)3).恒转速运行阶段(DE)4).恒功率运行阶段（EF）转速恒定阶段 变转速运行区域 (Cp=Cp(max) 恒转速运行区域 恒功率运行阶段，变桨控制 B C D E F 1). 低风速下的变转速控制PI控制PI控制？5 . 8optGURURURGoptg(opt)常数=Ukopt线性关系风速测量不可靠怎么办？实现Cp=Cp(max)分析：分析：U风轮TggTP321CSUP风轮T=P(max)321CSUPoptopt)opt(RU风轮T=2opt3opt(max)P521CRoptg(opt) G风轮TGT1

5、g2g(opt)33optP(max)5g21GCRT =2g(opt)optKPTTgg风轮常数常数实现Cp=Cp(max)追求最佳追求最佳Cp的两种方法：的两种方法：Ukoptg(opt)(opt)2goptgKT 1). 利用转速与风速之间的关系2). 利用转矩与转速之间的关系转速范围：1030rpm1800rpmCp=Cp(max)1030rpm1800rpm测量不可靠不可控Cp=Cp(max)很难实现！1030rpm1800rpmCp=Cp(max)恒功率可测可控Cp=Cp(max)可实现！通过分析：低风速下的转速控制转矩控制转速范围：1030rpm1800rpm1030rpm180

6、0rpm额定转矩 额定功率PI控制 PI控制 变转速(opt)2goptgKT 2g(min)optK2g(max)optK限 值 与 设 定值计 算转 速 设 定 值转 距 设 定 值节 距 角 给 定 值功 率 给 定转 矩 限 制最 大 转 矩最 小 转 矩给 定 转 速PI控 制 器 发 电 机 转 速 测量 值低 通滤 波原 始 扭 矩 给 定功 率 给 定扭 矩 给 定转 动 链阻 尼 器高风速下的变桨控制高风速下的变桨控制限制功率 R un spcurve 0 25 5 8 15 20电功率 M W 风速 m / s012345624681012141618202224261.5MW77m桨叶不同桨距角时的功率曲线桨叶不同桨距角时的功率曲线0 deg5 deg8 deg15 deg20 deg25 deg问题：风速从3m/s变化到25m/s的过程中,windey1.5MW变速机组的Cp如何变化？8m/s 4.5m/s 3m/s 11.2m/s 额定风速以上 为什么？因为桨距角变化分析分析：额定风速以上Cp随桨距角的变化关系如下图：E额定风速以上的Cp曲线 恒功率p213CsUP3121pUsPC恒功率1.5MWRU333121pRsPC额定风速以上功率恒定1.5MW额定风速以上转速恒定对应发电机转速1800rpm常数3p