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基于欧姆龙PLC的风力发电机组变桨距系统
时间:2021-04-04 来源:官网首页 浏览量 49244 次
本文摘要:第一章随着风力发电技术的高度成熟和发展,变桨距风力发电机的优势更加明显:不仅可以提高风力发电机运行的可靠性,还可以保证较低的风能利用系数和大大优化的输出功率曲线。

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第一章随着风力发电技术的高度成熟和发展,变桨距风力发电机的优势更加明显:不仅可以提高风力发电机运行的可靠性,还可以保证较低的风能利用系数和大大优化的输出功率曲线。具有反向变桨机构的风力发电机可以减轻叶轮的重量,大大改善整机的受力状况,使风力发电机在不同风速下保持最佳的切换效率成为可能,使输出功率仅次于风力发电机,从而提高系统性能。随着风力发电机功率水平的降低,使用反桨技术是大势所趋。

目前,变桨距执行机构主要有液压变桨距和电动变桨距两种,根据其控制方式可分为统一变桨距和独立状态变桨距。在统一变桨距控制的基础上发展起来的独立的国家级反向变桨距技术,每个叶片根据自己的控制规律独立改变桨距角,可以有效解决叶片、塔架等部件载荷分布不均匀的问题,具有结构紧凑简单、易于产生多种控制、可靠性高的优点,更受国际风电市场青睐。

兆瓦级恒频变桨自卸风力发电机是目前世界上技术先进的风力发电机。从未来的发展趋势来看,它将取代固定桨距的风力发电机,成为主要的风力发电机。

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其中,反桨技术在自航式恒频风力发电机组的研究中占有最重要的地位,是构建自航式恒频技术的前提。研究这项技术,提高风力发电机的灵活性,缩短风力发电机的使用寿命,是目前国外的一个热点,而国内的响应研究却很少。支持这个前瞻性的项目,控制没有自主知识产权的独立国家的桨距控制技术,从而超越发达国家对先进设备风电技术的垄断,促进我国风电产业的进一步发展,具有十分重要的意义。为了在变桨系统中获得足够多的高可靠性控制器,本文采用欧姆龙公司的CJ1M系列可编程控制器作为变桨系统的控制器,并设计了PLC软件程序,该程序已在国外某著名风力发电公司的风力发电机上进行了测试。

2变桨距风力发电机及其控制方式反桨距调压是现代风力发电机的主要调压方式之一,如图1,变桨距风力发电机右图所示。通过减小桨距角,压力调节装置增加了叶轮扭矩由于风速降低而变慢的趋势。当风速减小时,反桨液压缸作用推动叶片向减小桨距角的方向转动,增加了叶片吸收的风能,使风轮在额定扭矩范围内运转。

当风速增大时,忽略操作者,构建的风轮吸收的功率基本保持不变。液压控制系统具有传递扭矩大、重量轻、刚性高、定位准确、液压执行机构动态响应速度慢等优点。

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有必要确保将叶片更慢、更准确地调整到预测的桨距[4] [5]。目前,我国生产和运行的大型风力发电机组变桨装置大多采用液压系统作为动力系统。

图1是如图2所示的变桨距风力涡轮机的示意图,右图是变桨距控制器的原理框图。发动机放入电网前,速度控制器根据发动机的扭矩控制系统信号,并根据扭矩和风速信号确认叶片处于备用或顺桨方位;发动机放入电网后,功率控制器起作用。一般来说,功率调节器是由PI(或PID)控制的。PI运算后,功率误差信号获得俯仰角方位。

图2变桨距风力发电机的控制框图。当风力涡轮机处于停机状态时,桨距角处于90的方位,然后气流不对叶片产生扭矩;当风力发电机从停机状态变为运行状态时,桨距角从一定速度(约1/s)的90增加到备用角(本系统中为15;如果风速超过并网风速,桨距角后期会增加到3(桨距角在3左右时,风能吸收系数最佳);发电机并网后,当风速大于额定风速时,桨距角保持恒定在3;当风速低于额定风速时,控制器根据系统的功率信号向比例阀输入-10V-10V电压,并控制比例阀输入流量的方向和大小。反向俯仰液压缸根据比例阀输入的流量和方向控制叶片的俯仰角,使输出功率保持在额定功率附近。

在频繁出现故障或停机命令的情况下,控制器会输入一个快速顺桨命令,使风力慢慢停止,顺桨速度平均为20/s。


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