风力发电变桨自动控制系统的建模与控制(一)开题报告

1、课题研究的背景

可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行，并且要求控制系统有高可靠性。所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义。

20世纪80年代中期开始进入风力发电市场的定桨距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题，只要在允许的风速范围内，定桨距风力发电机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的变化是不作任何控制的。20世纪90年代起，风力发电机组的可靠性已经大大提高，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。采用全变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著改善。由风力发电机组的变桨距系统组成的闭环控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。

由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到了20世纪90年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场。变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风力发电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定。特别是解决了高次谐波与功率因数等问题后，使供电效率、质量有所提高。 随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展。

2、课题研究的目的、意义

在大型风力发电机中，为了追求高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线，变桨距型风力机已经显现出越来越大的优势，变桨机组已经取代定桨机组成为风机商业发展的主流。变桨系统是风电机组功率控制和平稳运行的重要执行部分，在其运行中发挥着主导作用。通常情况下，变桨系统以风力机组主控制器发出的指令来驱动桨叶旋转，从而使桨叶到达指定的桨距角位置，实现并网过程快速无冲击，保证风力机组在不同工作状态下按最佳参数运行；在出现紧急状况时，自动调节桨距角使桨叶顺桨，实现气动刹车，保证风力机组的安全。