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目前，變速恒頻風(fēng)電機組是主流的風(fēng)力發(fā)電機組，其控制是風(fēng)力發(fā)電的核心問(wèn)題，同時(shí)也是最難解決的問(wèn)題。

控制系統設計的基本目標

評價(jià)風(fēng)電機組優(yōu)劣的主要指標為一定時(shí)間內的實(shí)際發(fā)電量和平均無(wú)故障時(shí)間。因此，機組控制策略的設計，既要考慮到盡可能提高機組的發(fā)電能力，又要為機組各部件留有充分的安全余量，同時(shí)兼顧到良好的供電質(zhì)量。

對于變速恒頻風(fēng)電機組而言，在額定風(fēng)速以下運行時(shí)，風(fēng)電機組應該盡可能的提高能量轉換效率，這主要通過(guò)發(fā)電機轉矩的控制，使機組變速運行來(lái)實(shí)現。所以這時(shí)候沒(méi)有必要改變槳距角，此時(shí)的空氣動(dòng)力載荷通常比額定風(fēng)速時(shí)小，因此也沒(méi)有必要通過(guò)變槳來(lái)調節載荷。在額定風(fēng)速之上運行時(shí)，變槳控制可以有效地調節風(fēng)電機組所吸收的能量，同時(shí)控制葉輪上的載荷，使之限定在安全設計值以?xún)?。由于葉輪的巨大慣量，變槳作用對機組的影響通常需要數秒的時(shí)間才能表現出來(lái)，這很容易引起功率的大幅波動(dòng)，因此必須以發(fā)電機轉矩控制來(lái)實(shí)現快速的調節作用，通過(guò)變槳調節與變速調節的協(xié)同控制來(lái)保證穩定的能量輸出。

風(fēng)電機組控制特點(diǎn)

風(fēng)電機組的控制技術(shù)是一項綜合技術(shù)，它涉及空氣動(dòng)力學(xué)、結構動(dòng)力學(xué)、機械傳動(dòng)學(xué)、電工電子學(xué)、材料力學(xué)、自動(dòng)化等多個(gè)學(xué)科。而且，風(fēng)電機組具有不同于通常機械系統的特性：風(fēng)電機組的動(dòng)力源是具有很強隨機性和不連續性的自然風(fēng)能，使傳動(dòng)系統的輸入極不規則，疲勞負載高于通常旋轉機械的幾十倍。為此，在控制過(guò)程中，要求系統對隨機的動(dòng)態(tài)負荷有很強的適應能力，并且能有效地降低結構的疲勞載荷。

空氣動(dòng)力學(xué)模型是風(fēng)電機組控制系統設計的基礎。對于風(fēng)電機組這樣的特殊設備，實(shí)際的風(fēng)況將直接影響控制效果。因此即使是成熟的機型也應該根據各個(gè)風(fēng)場(chǎng)的自然條件來(lái)調整控制參數，在弦長(cháng)經(jīng)過(guò)驗證后才能進(jìn)入商業(yè)化運行。

結構動(dòng)力學(xué)分析是風(fēng)電機組進(jìn)行優(yōu)化控制的關(guān)鍵?，F代大型風(fēng)電機組由于葉片的長(cháng)度和塔架高度大大增加，結構趨于柔性，這有利于減小極限載荷，但結構柔性增強后，葉片除了揮舞和顫振外，還可能發(fā)生扭轉振動(dòng)。當葉片揮舞、擺動(dòng)和扭轉振動(dòng)相互耦合時(shí)，會(huì )出現氣彈失穩，導致葉片破壞。在變槳機構動(dòng)作與葉輪不均衡載荷的影響下，塔架會(huì )出現前后和左右方向的振動(dòng)，如果該振動(dòng)激勵源與塔架的自然頻率產(chǎn)生共振時(shí)就有可能導致機組傾覆。因此，大型風(fēng)電機組結構動(dòng)力學(xué)是一個(gè)復雜的多體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

由于在實(shí)施控制的過(guò)程中會(huì )對結構性負載及振動(dòng)產(chǎn)生影響，這種影響嚴重時(shí)足以對機組產(chǎn)生破壞作用，所以設計控制算法時(shí)必須考慮這些影響。一個(gè)理想的風(fēng)電機組控制系統除了能實(shí)現基本控制目標外，還應盡可能實(shí)現以下控制目標

減小傳動(dòng)鏈的轉矩峰值

通過(guò)動(dòng)態(tài)阻尼來(lái)抑制傳動(dòng)鏈振動(dòng)

壁面過(guò)量的變槳動(dòng)作和發(fā)電機轉矩調節

通過(guò)控制風(fēng)電機組塔架的振動(dòng)盡量減小塔架基礎的負載

壁面輪轂和葉片的突變負載

這些目標有些相互間存在沖突，所以控制的設計過(guò)程需要進(jìn)行相互權衡，實(shí)現最優(yōu)化設計。