风力发电技术的发展及相关控制问题综述

论述了风力发电机组在提高机组容量、改进功率调节方式、变速恒频运行、发电机和电力电子技术等方面的进展。由于风能密度低，具有不稳定性和随机性，控制技术是机组安全高效运行的关键，详细分析风力发电机组的动态特性和对控制系统的要求。     

海上风力发电小览

地球变暖，CO2及沼气等排放，使得能源一环境问题日益尖锐。成为21世纪人类必须认真对待和设法解决的问题。再生能源之一的风力发电，由于上世纪90年代以欧美为中心的技术革新及积极导入的政策，实现了快速的进步。现风力发电用作石化燃料的代替     

风力发电的发展及其市场前景

总结了中国风电装机情况，回顾了世界风电的发展，展望了风力发电的前景；讨论了风力发电的环保作用和各种能源发电的外部成本以及风电穿透功率。     

风电机组的最新设计推动了风力发电技术

除了优惠的政策环境,先进的风电机组的商业展示也将促进这一可再生能源发电技术选择的市场占有率。阿尔塔蒙山口,凯耐技术风电公司（旧金山凯耐技术公司的子公司）,通过展示一台输出功率450KW,电价期望值为5美分／kWh的机组,将风电技术推进了一步（图1）。据报道,根据阿尔塔蒙22台这种设计组组的情况。好几家电力公司,包括新和兰电力系统和太平洋集团公司都计划开发用于安装这些机组的风电场。     

迅速发展的风力发电

风力发电没有CO_2、SO_x及NO_x污染环境,也没有煤电煤渣或核电核废料问题。风能取之不尽,作为一种地域性极强的再生能源,被喻为绿色电力而受到世人青睐。近年来,风力发电成为增长最快的能源,在全球日渐流行。专家预测,21世纪风电将成为新能源发电中最活跃的新型产业之一。 1.风电技术进步 风电的开发可以追朔到上世纪1891年,丹麦人最早在风车上安装发电机进行发电的尝试。一直到本世纪70年代     

风力发电系统运行和规划问题研究综述

20世纪70午代初的能源危机推动了可再生能源的开发利用，因风能具有可再生性和无污染性的优点。风力发电已成为最具有规模化发展前景的新能源。但风能存在随机性和波动性的特点，对电力系统的安全性、稳定性、电能质量、系统可靠性、电源和电网规划等方面带来一定的影响。为全面评价风电的作用，充分利用风电，国内外在研究凤电的特性和评估其对电力系统的影响方面都做了大量的工作。本文综述了国内外目前在风电研究中的成果。     

我国风力发电现状和展望

借助大量翔实的统计信息，从风电场各年的装机容量、分布状况、投资情况及风电机组的市场份额和国产化等方面分析我国2002年底风力发电现状和存在的问题，认为存在的主要问题有政策上的也有技术上的，并对我国今后风电的发展趋势作了分析。     

风力发电的经济性

由于风电市场的扩大、风电机组产量和单机容量的增加以及技术上的进步,使风电机组每千瓦的生产成本在过去近20年中稳定下降。80年代初期,每千瓦的造价约为3000~4000美元。而现在,按1997年国际上的批量(30台以上)售价,定桨距失速调节型300kW机组约为925美元/kW,600kW机组约为730美元/kW(含塔架及其基础件,不包括运输费用)。风电场的建设成本每千瓦装机容量约为1000~1300美元。另一方面,由于风电机组设计和工艺的改进(如叶片翼型改进等),性能和可靠性提高,加上塔架高度增加以及风场选址评估方法的改进等,使风电机组的发电能力有相当大的增长…     

大型风电场及风电机组的控制系统

本文详细介绍了恒速恒频及变速恒频并网型风力发电机组的控制方法，同时介绍了大型风电场的计算机监控系统。     

风力发电机通用化建模研究

对风力发电机研究目的不同导致风力发电机建模方式、方法各异,不同模型之间无法共享和统一评价。基于此提出风力发电机建模通用化概念,将常规风力发电机建模分为风速建模、风力机建模、发电机建模、电气控制部分建模和模型参数规范等五部分,针对每部分提出相应的通用化建模思路,最后提出基于制造参数和电网运行数据两种评价方向。模型通用化研究对风力发电机建模技术标准化和更好的服务于现代电力系统稳定性分析有一定意义。     

计及ROCOF与转子动能的风电机组自适应下垂控制策略

风电机组参与调频可提高风电并网系统的频率稳定性,但现有下垂控制难以兼顾频率响应特性和风机自身运行状态。为此,文中提出一种计及频率变化率(rate of change of frequency, ROCOF)与转子动能的自适应下垂控制策略,充分利用转子动能参与调频,确保风机稳定运行。首先,根据系统频率情况,将ROCOF划分区间,通过分段函数构建下垂系数与ROCOF的耦合函数,确保风电机组在扰动初期释放更多能量,提高风机对频率的支撑能力,减缓频率跌落速度。然后,引入转速影响因子,根据风机自身运行状态调整下垂系数,防止风机转子失速,避免频率二次跌落。最后,在MATLAB/Simulink平台上搭建风火联合系统仿真模型验证了所提控制策略有效性。仿真结果表明所提策略在保证风机转速稳定的同时,能有效利用风机转子动能改善系统频率响应特性。     

大型风电机组自抗扰转速控制

大型风电机组通常具有较大的转动惯量,因此在风速变化时机组转速不能快速地跟踪最大功率点.为了提高风电机组在低风速下对风能的利用率,提出自抗扰转速控制策略.利用基于转速反馈的扩张状态观测器对系统的内外扰动进行观测,并采用扰动补偿的方法,将风电机组等效为一阶线性系统.基于自抗扰控制原理设计了系统的转速控制器.实时估计出机组捕获的机械功率并计算出转速给定值,采用转速控制器直接对转速进行控制.仿真结果表明,与采用传统的功率控制策略的机组相比,自抗扰转速控制策略在风速变化时对最大功率点的跟踪速度要快,机组对风能的捕获效率得到了提高,同时对风力机的参数依赖性小.     

基于SDW-LSI算法的风力机故障估计与容错控制

为了解决风力机桨距执行器故障导致的桨距角动态响应变慢和输出功率波动的问题,基于辨识理论和解析理论,提出了故障估计和容错控制方法。采用欧拉变换将二阶传递函数转化为辨识方程。利用滑动数据窗最小二乘迭代辨识算法估计桨距系统中的自然频率和阻尼系数。根据解析理论推导补偿函数,将所估计的参数反馈到补偿函数中,调整故障前后系统的关系,从而解决桨距角变慢和输出功率波动的问题。最后,选取桨距执行器液压油空气含量过高故障验证算法的可行性。     

一种风电机组在低风速区间的功率控制方法

由于在低风速区间风速变化较快、风能密度较低,因此对风电机组的功率转换效率造成了较大影响。针对风电机组在低风速区域的运行特点,从功率控制角度出发,以提高风电机组功率输出效率为目的,采用最大功率点跟踪控制策略(MPPT)实现对风能最大限度的捕获,提出了大范围快速对焦最优转速的控制策略。与传统爬山法相比,该方法具有寻优速度快、精确度高、简单易行的优点。在Power Simulation(PSIM)环境中仿真分析,研究结果表明:该控制策略对提高机组稳定性和功率转换效率具有一定的价值。     

基于风电机组健康状态的风电场功率分配研究

评价风电机组健康状态,合理分配风电场中风电机组的功率,对降低风电场的运维成本有着重要意义。首先,利用风电机组监控与数据采集(supervisory control and data acquisition, SCADA)系统中的风电机组历史运行数据,训练基于长短期记忆(long short-term memory, LSTM)网络的风电机组输出功率预测模型。然后,根据预测功率和风电机组实测输出功率的偏差幅值将风电机组的健康状态分为良好、一般、较差等三个类别。最后,综合考虑风电场中每台机组的健康状态、最大发电能力和电网调度部门对风电场下达的发电指令,建立目标函数和约束条件,采用遗传算法进行求解,得到分配给每台机组的功率。仿真结果表明,所提出的方法不仅能够根据风电机组的健康状态合理分配机组功率,而且能够满足调度中心下达的风电场总的发电功率。     

我国海上风电发展的若干问题初探

国外的近海风电场建设已进入大规模发展阶段,我国的海上风电场建设也已启动。介绍了国内外海上风电发展的概况,对海上风电技术和海上风电场投资进行了分析,探讨了我国发展海上风电所面临的一些问题以及应采取的相应对策。     

蚁群算法在风电机组变桨控制中的应用

运行在额定风速以上区间时,变速变桨风力发电机组采用恒功率变桨控制方式,由于额定风速至切出风速之间的风速变化范围大且迅速,使得功率波动较大且频繁,传统PID变桨控制器难以达到很好的控制效果。本文提出的蚁群PID变桨控制器,利用蚁群算法的寻优特性来优化PID参数,使得恒功率变桨控制系统更具自适应性和鲁棒性。分析了风机的恒功率变桨控制,然后给出了蚁群算法优化PID参数的策略以及具体实现步骤。仿真与实验结果验证了蚁群PID变桨控制器的良好动态性能,其有效地减缓了额定风速以上风机的功率波动。     

基于直流风电机组的风电全直流输电系统设计综述

随着海上风电场远海化、大规模大容量化发展,由直流风电机组构建的风电全直流输电系统,凭借其可以避免使用笨重的工频交流变压器,解决因交流电缆导致的无功充电电流问题等特点,已成为海上风力发电技术研究的热点之一。文中首先根据升压方式的不同将风电全直流输电系统方案分为升压装置升压型和串联升压型两大类;其次根据系统结构的不同,进一步将升压装置升压型系统方案分为集中升压型、两级升压型、机端升压型升压站直流并联型以及升压站直流串联型五种系统方案,将串联升压型系统方案分为直接串联型、串-并联型、并-串联型以及矩阵型四种系统方案;然后介绍了各种方案的系统结构及其优缺点,并对各种方案的特点进行了分析与比较,结合各种方案特点指出其适用场景;最后就目前风电全直流输电系统研究存在的主要问题及发展趋势进行了总结与展望。     

全功率直驱风机电网友好型控制策略

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势,近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能,以全功率直驱风机为研究对象,总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后,综合不同工况下的仿真结果,得到了总体性能最优的控制策略。