风力发电机及风力发电控制技术综述

2007.№3 大 电 机 技 术

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风力发电机及风力发电控制技术综述

刘细平，林鹤云

(1.东南大学，江苏 南京 210096；2.江西理工大学，江西 赣州 341000)

[摘 要] 介绍了各种类型风力发电机及其风力发电系统的特点，论述了风力发电机组的定桨距失速控制、变桨距控制及变速控制等控制方式，阐述了具有鲁棒性的非线性智能控制技术在风力发电中的应用研究。通过对比各种风力发电机和各种控制方法的优缺点，对未来风力发电机和风力发电控制技术的发展趋势做了展望。

[关键词] 双馈异步发电机；永磁同步发电机；智能控制；变桨距控制

[中图分类号] TM315 [文献标识码] A [文章编号] 1000-3983（2007）03-0017-04

1,2

1

Overview of Wind Power Generators and the Control Technologies

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LIU Xi-ping1,2, LIN He-yun

(1.Department of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2. Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)

Abstract: The characteristics of every kind of wind power generator and the wind power system are introduced in this paper, the control methods of fixed pitch and variable pitch and variable speed are analyzed, and the robust non-linear of intellectual control methods are expatiated. According to the merits and demerits of wind generators and control methods, the paper shows the development trend of wind power generators and the control technologies in the future.

Key words: doubly-fed asynchronous generator; permanent magnet synchronous generator; intellectual control; variable pitch control

1 引言

在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近20年来风电技术有了巨大的进步，风电开发在各种能源开发中增速最快。德国、西班牙、丹麦、美国等欧美国家在风力发电理论与技术研发方面起步较早，因而目前处于世界领先地位。与风电发达国家相比，中国在风力发电机制造技术和风力发电控制技术方面存在较大差距，目前国内只掌握了定桨距风机的制造技术和刚刚投入应用的兆瓦级永磁直驱同步发电机技术，在风机的大型化、变桨距控制、主动失速控制、变速恒频等先进风电技术方面还有待进一步研究和应用[1]。

发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它不仅直接影响输出电能的质量和效率，也影响整个风电转换系统的性能和装置结构的复杂性。

风能是低密度能源，具有不稳定和随机性特点，控制技术是风力机安全高效运行的关键，因此研制适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制且供电性能良好的发电机系统和先进的控制技术是风力发电推广应用的关键。

本文分析比较了各种风力发电机的优缺点，介绍了相关风力发电控制技术，阐述了具有鲁棒性的非线性智能控制方法在风力发电系统中的应用，最后对未来风力发电机和风力发电控制技术作了展望。

2 风力发电机

2.1 传统风力发电机 2.1.1 笼型异步发电机

笼型异步发电机是传统风力发电系统广泛采用的发电机。系统结构如图1所示。图中的功率变换器是指软并网用的双向晶闸管起动装置，箭头指功率P的流动方向。其工作原理是利用电容器进行无功补偿，在高于同步转速附近作恒速运行，采用定桨距失速或主动