探究风电机组独立变距控制中ABB变频器的应用.docVIP

探究风电机组独立变距控制中ABB变频器的应用 　　【摘 要】为了进一步推动和落实国家的可持续发展战略，大力开发新型的清洁能源，风电产业搭载着先进的科学技术得到了快速的发展，风电技术作为风电产业的核心与关键，直接影响着系统对发电机组的功率和不平衡荷载精确控制，文中简单阐述了风电机组变桨距系统的结构组成，并深入分析了ABB变频器应用于变桨距控制系统中的工作原理，结果显示ABB变频器能够精确的控制异步电动机的转速和转矩，实现在异步电动机中对桨叶距的独立控制。 　　【关键词】ABB变频器 变桨距系统 工作原理 　　目前世界上多数国家针对容量在750kw以下的风电机组选择定桨距系统，而容量在750kw以上的风电机组选择变桨距系统，因此从当前的实际应用来看，变桨距型的风电机组逐渐成为大型风力发电机组的应用对象，对于全翼展变距的风电机组来说可以采用变桨距控制系统来限制叶片的转动，使风力机达到最佳刹车性能的同时也增加了系统的安全性，变桨距系统是风力发电机组的核心控制系统，文中针对ABB变频器用于变桨距系统做了深入的研究。 　　1.电动变桨距控制系统 　　电动变桨距的基本结构原理是当风速达到一定的范围之内，控制系统会根据风速的实际变化情况对桨距角进行调节，以达到控制吸收机械能的目的，以此来获得最大的机械能量并将风力机受到的冲击力度降到最低，在并网的过程中，为了提高发电系统的发电效率和电能的质量，需要将变桨距控制系统和变速恒频技术结合起来使用。 　　电动变桨距系统最多可以允许三个叶片分别进行独立变桨，而且可以给风力发电机组提供功率输出，同时也可以提供足够的能量用于风力机组的刹车程序，有效的避免了风力机电能过载现象的产生，进而降低了风力机的故障率。 　　2.大型风力发电机组变桨距控制所面临的难题 　　2.1风电系统非线性和时变不确定性 　　风电系统因工作环境和功能作用的特殊性而具备较高的非线性和时变不确定性，因为受到多种因素的干扰，因此风电系统的模型结构也会随着时间和环境的变化产生相应的变化，很难满足设计的要求，因此怎样可以实现控制器在参数不精确的情况下经过简单的运算和较强的控制性，对风电机组的变桨距进行合理的控制一直是风电企业的关注的问题。 　　2.2传统独立变桨的弊端 　　传统独立变桨控制系统是根据多叶片协调进行控制的，主要使用的方法是用三套独立变桨距闭合回路实施控制，但是这种控制方法无法兼顾各种信号之间的耦合作用，而且这种控制方法只能用于低频段当中，对于高频段的载荷几乎没有实际的作用。 　　2.3桨叶吸收功率不平衡 　　由于大型风力机的桨叶直径在不断加大，尤其是兆瓦以上的风力发电机组，当其处在额定的风速时，桨叶的旋转的过程中最低端和最高端在功率吸收上相差20%左右，是桨叶的工作中出现严重的不平衡载荷，给机组造成一定程度的损伤，因此需要从根本上解决独立桨叶变距的控制问题。 　　3.基于ABB变频器的变桨距控制系统工作原理 　　当前，风力发电机组中使用的异步电动机有很好的稳定性，而且国内风电企业在异步电动机控制方面的技术也趋于成熟，改型电动机不但可以长时间的连续工作，其制造的成本也相对低廉，因此多数风电企业的大型风力发电机组采用的都是三项感应异步电动机，而且在控制系统中加上ABB变频器，实现了对异步电动机的精确控制，桨叶的旋转角度与控制器给定的角度完全吻合，进而实现了独立桨叶变距的精确控制。 　　ABB变频器有着强大的编程功能，在变频器中同时设计了三个桨叶的同步变化程序，而且其中还包含了当桨叶遇到紧急情况时，每个桨叶都会同时参与气动刹车，变频器中安装了实时监控系统，对发电机组的点击温度、电源、点击刹车状态以及其他的各种参数实施全面监控，当其中任何一个参数出现异常的变频器就会立刻采取有效的措施把桨叶停止在安全的位置，于此同时对其他的变频器发出警示信号，使所有运行中的桨叶都停止在安全合理的位置，有效的阻止了风力发电机组故障的进一步扩大。在变桨距控制系统当中增加ABB变频器之后，变桨的主控制器和轮毂内轴控制盒都是通过现场的总线进行通讯控制传输的，以此来实现对独立桨叶变距装置的控制目标，主控制器需要结合风机的风速和发电机的转速等关键参数，制定合适的命令并传输到变桨距控制系统当中，而变桨距控制系统又会把风电机组的实际参数反馈给主控制系统，使其做出适当的调整和改变。 　　4.变桨距控制系统中的PID控制 　　PID控制系统最早只是应用在工业生产当中，但是随着科学技术的发展和融合，该项控制技术逐渐被广泛用于风力发电机中。ABB变频器中就带有内置的PID控制系统和电机控制系统，这两种控制技术的结合，将电机、电机编码器以及敬业位置编码器共同组成了两个闭合控制回路，能够对电机的转速和桨叶的角度进行持续的监控，一旦发现桨叶的