三、基本控制逻辑 (1)事先根据叶片特性计算出最优的叶尖速比λopt和最优功率系
数CPmax，将它们作为固定值设置在控制器中，于是由测量到的
发电机转速即可得知获得最大功率下的理想发电机电磁转矩。 (2)时刻计算∂Pem/∂ω，以爬山法来追求最优工作点，使∂Pem/∂ω= 0，从而获得最大功率输出。
风力发电机组监测与控制
第五章 变速恒频风力发电机组的控制
第五章 变速恒频风力发电机组的控制 第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标
第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略
第三节 常用的控制方法和手段
第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标 叶轮所受的空气动力学载荷主要分为两大部分：确定性载荷与
随机性载荷。随机性载荷是由风湍流引起的，而确定性载荷则
统的扭转振动存在很大的阻尼，一般不会引起什么问题。但对 于变速恒频风力发电机组，特别是处于恒转矩控制状态下，叶 轮、齿轮箱和发电机的阻尼都很小，因而叶片的平面内振动模 态和电磁转矩脉动可能激发传动系统产生剧烈的扭转振动。
七、塔架前后振动的抑制
图5-7
带通滤波器的频率特性
八、独立变桨技术
图5-8 增加传动链阻尼后的转矩控制器
(4)机组在额定风速以上运行时，为保持稳定的功率输出而进行 的变速变桨耦合控制。
第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略 一、变速风力机的转矩-转速特性
二、功率系数CP、叶尖速比λ和桨距角β的特定关系
三、基本控制逻辑 四、滤波器 五、转矩和变桨控制 六、传动系统的扭转振动抑制 七、塔架前后振动的抑制 八、独立变桨技术
图5-12 变速与变桨分步控制带来的功率损失
四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性 实际的运行中，由于叶轮动态特性的影响，如果在额定点C附
近的状态只靠变速控制或变桨控制向额定运行点C进行回归,将
很难使机组的运行状态稳定在C点，这是因为转矩调节和转速 调节的效果存在较大的时间差。 图5-13 过渡区域提前变桨调节对功率和CP的影响那么可取的 方法是同时运行两个控制器，其条件是，在远离额定风速时， 置其中一个或另一个控制环饱和。因此在大多数时间里还是只 有一个控制器处于激活状态，但是在接近额定点时它们可以建
三、基本控制逻辑
图5-3
变速恒频风力发电机组基本控制框图
四、滤波器
图5-4
低通滤波器的频率特性
四、滤波器
图5-5
带阻滤波器的频率特性
五、转矩和变桨控制
图5-6
转矩控制和变桨控制的耦合
六、传动系统的扭转振动抑制 在定桨恒速风力发电机组中，异步发电机转差曲线是一个很强
的阻尼器，阻力矩随着转速的增加而迅速增加。因此，传动系
设性的相互干预。
四、在过渡区域进行变桨调节以增强可控性
图5-13 过渡区域提前变桨调节对功率和的影响
(1)减小传动链的转矩峰值。 (2)通过动态阻尼来抑制传动链振动。 (3)避免过量的变桨动作和发电机转矩调节。 (4)通过控制风力发电机组塔架的振动尽量减小塔架基础的负载。 (5)避免轮毂和叶片的突变负载。
第二节 变速恒频风力发电机组的控制策略 变速恒频风力发电机组的基本控制策略是指在各不同的风速段、 不同的工作条件下，采用不同的控制方法调整机组的运行状态，
使其工作曲线表现出预期的工作特性，这些控制方法包括以下
方面： (1)机组在起动或停机时，为限制并网或脱网功率而进行的变桨 变速耦合控制。 (2)机组在额定转速以下运行时，使机组转速能跟随风速变化而 进行的发电机转矩控制。 (3)机组运行在额定转速而风速小于额定风速情况下，使机组保
持稳定转速的变速变桨耦合控制。
可分为以下三种： (1)稳态载荷，由叶轮轴向定常风作用而产生的载荷。 (2)周期载荷，即按一定周期重复的载荷。 (3)瞬态载荷，暂时性的载荷，如阵风和停机过程中所受的载荷。
第一节 变速恒频风力发电机组的控制目标 一个较完整的风力发电机组控制系统除了能保证良好的发电能
力和电能品质外，还应承担以下任务：
一、变速风力机的转矩-转速特性 (1)并网转速。
(2)额定转速。
(3)动态最大转速限制。 (4)额定转矩。 (5)动态最大转矩限制。 (6)CPmax运行段的系数。
一、变速风力机的转矩-转速特性
图5-1
变速风力机的转矩-转速特性区间
二、功率系数CP、叶尖速比λ和桨距角β的特定关系
图5-2
功率系数、叶尖速比λ、桨距角β的关系
第三节 常用的控制方法和手段 一、转速跳跃
二、降低运行轨迹的性能
三、变速与变桨的分步控制 四、在过渡区域
图5-9
转速跳跃
二、降低运行轨迹的性能
图5-10
降低运行轨迹的性能
三、变速与变桨的分步控制
图5-11
变速与变桨分步过渡的运行特性
三、变速与变桨的分步控制