并网型异步风力发电机的控制研究
2）停机：包含2种情况，从暂停到停机；从运行到停机。 第一种情况：停止自动偏航；实行空气动力制动；冷却停止。 第二种情况：停止自动偏航；实行空气动力制动；冷却停止； 紧急停发电机脱网。 图3.4工作状态
的转换
3）暂停：如果发电机并网，调节功率降到零后切出发电机；如果发电机没有并入电网，则降低风轮转速至零。
3.6 风力发电机组的运行过程
（1）停机 机组停机时，叶片在90o顺桨位置，避免承受风载。
（2）待机 当风速提高时，机组准备开始发电，叶片转动一定角度以吸收风能，转子的转速及发电机的转速也逐步增加。
（3）并网 当发电机的转速达到并网转速时，机组开始并网发电；随着风速的增加，发电机的转速也在增加；风机将转子角速度调整到相应的转速，并使叶片保持0o桨距角。
（4）增加转子扭矩 当发电机达到额定转速时，功率控制设备通过增加转子扭矩使发电机的输出功率增加（捕获最大风能利用率），直到发电机的输出功率达到1500KW额定值。
（5）调节叶片角度 一旦发电机达到额定功率，为保持发电机转速为额定转速和额定功率，变桨系统会不断调节叶片角度。
（6）大风停机 当风速达到切出风速时，将叶片桨距调节至90o，执行停机程序。
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4 偏航系统的控制与研究
偏航系统是风电机组控制系统的重要组成，如图4.1是偏航控制系统。风能具有随机性、间歇性和不定向性，为了能够最大限度的捕获风能，工业上常用PI控制器、模糊控制器等来控制偏航系统。但这些控制器的对风精度不高，在一些精度要求比较高的情况下，风向标就可能会停止工作。基于这些问题本文提出使用陀螺仪和爬山算结合在一起的方法来控制偏航系统的策略。
风 风力机 齿轮箱 发电机 变压器 AC 减速 偏航 电机 DC 电网
DSP 控制
齿轮 信号转偏航系统
图4.1 偏航控制系统
4.1 偏航系统的工作原理
利用传感器将风向变化的信号传给偏航电机控制回路的处理器，经处理器判断后决定偏航方向和偏航角度，最后达到对风目的。当对风完成后，传感器失去电信号，电机结束工作，偏航过程完成。如图4.2所示，偏航系统由控制器、功
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率放大器、执行机构、偏航计数器等组成。
风向信号 风
轮轴向
— 控制功率放大执行机风力 偏航 计数 元检测 图4.2 偏航系统
4.2 偏航系统的控制原理及其功能 4.2.1 偏航系统的控制原理
风能普密度函数为: SW?2SK?2|?i|????i????1???????VW????2243 (4.1)
式中：
?i?(i?12)???，风波动频率；
??—积分步长； SK—表面张力因数； ?—风波动范围因数； VW—平均风速。
平均风速VW附近的瞬时风速vW(t)为：
vW(t)?2?i?1n?SW??i?????cos(?i?t??i) （4.2）
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i为时变量，?为自由独立变量，0
ii实际风速为：V?t??VW?vW(t) （4.3） 偏航角：
?e??W??T
式中：?W—风向角度； ?T—风力机叶轮角度。
偏航角与风向角度和风力机叶轮角度（也就是机舱角度）之间的相对关系有以下两种情况：（1）当风向与风力机叶轮迎风面法线方向角度差小于180?时， 偏航角为：
（4.4）
?W一般是相对叶轮迎风面法线方向，故取?T＝0，所以偏航角度为：
如图所示（粗实线表示叶轮迎风面，虚线表示风力机的迎风位置），电机正转，风力机舱顺时针调向。
图4.3 ?W<180o时
机舱顺时针调向
θw 风风 风 风θe θ w θe （2）当风向与风力机叶轮迎风面法线方向角度差大于180?时，偏航角为：
如图所示，电机反转，风力机舱逆时针调向。
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（4.5）
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风 风θe θw θθe w 风 风
图4.4 ?W>180o时
机舱逆时针调向
4.2.2 偏航控制系统的功能
偏航控制系统主要具备以下几个功能： （1）风向标控制的自动偏航；
（2）人工偏航，按其优先级别由高到低依次为：顶部机舱控制偏航、面板控制偏航、远程控制偏航；
（3）风向标控制的90°侧风； （4）自动解缆。
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