文档介绍：工学硕士学位论文
变速恒频风电机组主控系统研究

RESEARCH ON VRIABLE-SPEED CONSTANT-
FREQUENCY WIND POWER GENERATION’S
MAIN CONTROLLER

姚春光

哈尔滨工业大学

2011 年 6 月
国内图书分类号:TM614 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开

工学硕士学位论文

变速恒频风电机组主控系统研究

硕士研究生: 姚春光
导师: 徐殿国教授
申请学位: 工学硕士
学科: 电气工程
所在单位: 电气工程系
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TM614
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

RESEARCH ON VRIABLE-SPEED CONSTANT-
FREQUENCY WIND POWER GENERATION’S
MAIN CONTROLLER

Candidate: Yao Chunguang
Supervisor: Prof. Xu Dianguo
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Electrical Engineering
Affiliation: Dept. of Electrical Engineering
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
作为取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源,风能的开发利用备受青睐,
伴随着人类对能源的巨大需求,风力发电行业逐步走向了大规模、商业化的发
展道路,风力发电蕴藏着无限的发展潜力和美好前景。随之带动的是风力发电
技术的快速发展。近年来,随着变桨技术的发展,变速恒频双馈风力发电机组
成为了主流的风力发电机型。
在风力发电所涉及的众多系统中,控制系统处于整个机组的核心地位,它
与机组其他部件联系密切,指挥着机组正常运行。控制系统的控制技术是风力
发电关键技术之一,精确地控制、完善的功能是保证机组安全、稳定、高效运
行的条件。
由于风场大多处于自然条件恶劣、且无人值守的环境中,这就要求控制系
统具有较高的可靠性和完备的控制功能。本文以变速恒频双馈风力发电机组为
基础,研究机组控制系统的主要功能,重点进行机组主控制器的设计研究,并
在实验室实现主控系统的实验平台。
本文分析了变速恒频风电机组发电原理以及整个机组的系统结构,根据风
速和转速条件的不同将机组运行区域进行划分,分阶段对机组进行控制,分析
了机组的控制任务和功能要求,制定出机组整体的控制策略。研究了最大风能
捕获过程,通过对不同方法的比较,选用跟踪最优功率转速曲线法作为本系统
的最佳风能追踪算法。
对于主控系统中的变桨调节环节,在额定风速以上发电机输出功率达到最
大值后,投入变桨控制器限制风机进一步的捕获风能。本文在传统 PI 控制器的
基础上,采用 PI 增益调度的控制方法,实现不同阶段变参数的 PI 调节,较好
的改进了控制效果。
根据主控系统的控制任务要求以及对硬件性能的考虑,选用西门子工控机
作为主控制器的硬件基础,配以嵌入式 PLC-SIMATIC WinAC 实现控制功能,
对机组各种现场输入输出信号选择分布式 I/O 系统进行采集,完成了硬件的选
型配置。根据系统要求设计了主要软件功能,并开发了良好的现场操作屏和远
程上位机系统。

关键词:风力发电;主控制器;变桨距控制;嵌入式 PC
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
As a sustainable green resource which can be capitalized limitlessly, the
development of wind resources has been paid a lot of attention to. With human’s
huge