大型風(fēng)電場及風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)方案

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以后，控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)速的變化，通過槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變槳葉攻角以調(diào)整輸出電功率，更有效地利用風(fēng)能。在額定風(fēng)速以下時，此時葉片攻角在零度附近，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)

　　電機(jī)的輸出功率隨風(fēng)速的變化而變化。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速以上時，變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用，調(diào)整葉片的攻角，保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許的范圍內(nèi)。

　　但是，由于自然界的風(fēng)力變幻莫測。風(fēng)速總是處在不斷地變化之中，而風(fēng)能與風(fēng)速之間成三次方的關(guān)系，風(fēng)速的較小變化都將造成風(fēng)能的較大變化，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率處于不斷變化的狀態(tài)。對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速后，變槳距機(jī)構(gòu)為了限制發(fā)電機(jī)輸出功率，將調(diào)節(jié)槳距，以調(diào)節(jié)輸出功率。如果風(fēng)速變化幅度大，頻率高，將導(dǎo)致變槳距機(jī)構(gòu)頻繁大幅度動作，使變槳距機(jī)構(gòu)容易損壞;同時，變槳距機(jī)構(gòu)控制的葉片槳距為大慣量系統(tǒng)，存在較大的滯后時間，槳距調(diào)節(jié)的滯后也將造成發(fā)電機(jī)輸出功率的較大波動，對電網(wǎng)造成一定的不良影響。

　　為了減小變槳距調(diào)節(jié)方式對電網(wǎng)的不良影響，可采用一種新的功率輔助調(diào)節(jié)方式-RCC（Rotor Current Control轉(zhuǎn)子電流控制）方式來配合變槳距機(jī)構(gòu)，共同完成發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)節(jié)。RCC控制必須使用在線繞式異步發(fā)電機(jī)上，通過電力電子裝置，控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，使普通異步發(fā)電機(jī)成為可變滑差發(fā)電機(jī)。RCC控制是一種快速電氣控制方式，用于克服風(fēng)速的快速變化。采用了RCC控制的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，變槳距機(jī)構(gòu)主要用于風(fēng)速緩慢上升或下降的情況，通過調(diào)整葉片攻角，調(diào)節(jié)輸出功率；RCC控制單元則應(yīng)用于風(fēng)速變化較快的情況，當(dāng)風(fēng)速突然發(fā)生變化時，RCC單元調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的滑差，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)變化，同時保持轉(zhuǎn)子電流不變，發(fā)電機(jī)的輸出功率也就保持不變。

　　 3.4 無功補(bǔ)償控制

　　由于異步發(fā)電機(jī)要從電網(wǎng)吸收無功功率，使風(fēng)電機(jī)組的功率因數(shù)降低。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般要求其功率因數(shù)達(dá)到0.99以上，所以必須用電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償。由于風(fēng)速變化的隨機(jī)性，在達(dá)到額定功率前，發(fā)電機(jī)的輸出功率大小是隨機(jī)變化的，因此對補(bǔ)償電容的投入與切除需要進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)中設(shè)有四組容量不同的補(bǔ)償電容，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸出無功功率的變化，控制補(bǔ)償電容器分段投入或切除。保證在半功率點(diǎn)的功率因數(shù)達(dá)到0.99以上。

　　 3.5 偏航與自動解纜控制

　　偏航控制系統(tǒng)有三個主要功能:

　　（1） 正常運(yùn)行時自動對風(fēng)。當(dāng)機(jī)艙偏離風(fēng)向一定角度時，控制系統(tǒng)發(fā)出向左或向右調(diào)向的指令，機(jī)艙開始對風(fēng)，直到達(dá)到允許的誤差范圍內(nèi)，自動對風(fēng)停止。

　　（2） 繞纜時自動解纜。當(dāng)機(jī)艙向同一方向累計(jì)偏轉(zhuǎn)2.3圈后，若此時風(fēng)速小于風(fēng)電機(jī)組啟動風(fēng)速且無功率輸出，則停機(jī)，控制系統(tǒng)使機(jī)艙反方向旋轉(zhuǎn)2.3圈解繞;若此時機(jī)組有功率輸出，則暫不自動解繞;若機(jī)艙繼續(xù)向同一方向偏轉(zhuǎn)累計(jì)達(dá)3圈時，則控制停機(jī)，解繞;若因故障自動解繞未成功，在扭纜達(dá)4圈時，扭纜機(jī)械開關(guān)將動作，此時報(bào)告扭纜故障，自動停機(jī)，等待人工解纜操作。

　　（3） 失速保護(hù)時偏離風(fēng)向。當(dāng)有特大強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時，停機(jī)，釋放葉尖阻尼板，槳距調(diào)到最大，偏航90o背風(fēng)，以保護(hù)風(fēng)輪免受損壞。