ABB SPFEC12

《厦门莫格电气自动化有限公司》

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SPFEC12

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摘要: 风能是绿色能源。风力发电在解决能源和环境问题上的积极意义,正在世界范围内得到快速发展,成为当今世界增长速度***快的能源。本文在介绍了风力机的偏航控制系统的软硬件设计的基础上,***提出一种新型适于大型风力发电机组的对风偏航控制算法－－Vane_HillClimbing 算法,将风向传感器的应用和Hill Climbing 算法结合设计了控制器。
关键字: 偏航控制系统; V_HC 控制算法; 风力发电

1 引言
       能源是人类生存的基本要素,国民经济发展的主要物资基础。由于化石资源的日益枯竭和人类对***环境恶化的倍加关注,风能作为取之不尽、用之不竭的清洁绿色能源已深受全世界的重视。随着风电技术的进步和风电场的开发,我国风电产业开始形成。目前风电场的全年发电量近8 亿度,已形成产值20 多亿元,在社会经济生活中产生了一定的影响。风力机的偏航控制系统作为风力机控制系统里的重要一环,本文详细介绍了一种基于新型算法的风力机偏航控制系统设计。

2 系统结构设计
       风力发电系统的偏航控制系统,主要分为两大类:被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前者多用于小型的***风力发电系统,由尾舵控制,风向改变时,被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统,由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对***制。为了保证风力发电机组发挥***大效能,机舱必须准确对风;只有在风力发电机叶轮法线方向与风向一致时,才能确保风力机吸收的功率***大。

图1 控制器系统总体结构图
       以前的风力发电控制系统硬件主电路主要采用一片89C51 单片机和两片可编程8255A并行口I/O 接口芯片组成,硬件电路如图1 所示;后来采用单片机AT89S52 和三片8155H 并行口I/O 接口芯片组成,二者的控制方式和原理是相同的,存在的主要缺陷是,采用这样的控制器,其实时性和数据处理速度不够好。随着系统的控制性能不断提升,采用单片机作为偏航控制器已逐渐被性能更好、处理速度更快、实时性更高的DSP 和嵌入式系统所替代。本系统硬件电路采用DSP 作为系统偏航控制器。

3 硬件系统设计
1、系统的传动机构。偏航系统通常其主要功能有两个:一是与风力发电机组的控制系统相互配合,使风轮始终处于迎风状态,提高风力发电机组的发电效率;其二是保障风力发电机组的安全运行。风力发电机系统结构含四组偏航系统,四组偏航系统对称分布,其中机舱与塔之间是回转支承。
2、系统机组的选定。双馈风力发电机组是目前技术***成熟、研究***为广泛的一类发电机组,自身有着诸多优点。如与传统的恒速恒频风力发电系统相比,采用双馈电机的变速恒频风力发电系统具有风能利用系数高,能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力,以及可以改善系统的功率因数等。本文中的仿真模型采用了此种风力发电机组。
3、功率检测。为有效进行Hill Climbing 算法控制,功率检测尤其显为重要。功率检测仪器位于转子侧,这是因为转子侧的输入输出功率容量相对于定子边要小,对功率变化检测的精度要高,并且所需检测仪器的容量也可相应的有所降低。功率检测的量主要包括电压和电流的检测,如图2 所示,虚线框内给出的是偏航控制系统框图。本设计选用了莱姆公司生产的LEM 电流、电压传感器。LEM 电流、电压传感器可测量直流、交流和脉冲波形的电流和电压。在原边电路和副边电路之间由很高的绝缘强度,可以有效地保护副边的测量设备,而且准确、快速。