WPCS风电主控系统介绍

控制器控制风机卸掉多余的机械能，维持机组工作在额定点附近。
        2.5机组载荷优化
        风力发电机组在运行过程中载荷情况复杂，控制系统的动作也不可避免对机组的载荷产生影响，在各种工况下风力机组疲劳载荷、极限载荷对机组的运行效率、使用寿命都有非常至关重要的影响，系统设计时需仔细分析风机主要部件包括叶轮、传动系统、塔架的各阶振动模态以及相互的作用， 充分考虑了各类复杂的动力学问题，通过发电机转矩控制、叶片变桨角度控制，尽可能减缓载荷对机组长期运行寿命的影响。
        Cmapbell图常用于机组振动模态的分析，下图是某1.5MW机型经BLADED软件模态线性化分析后得到的机组各部件的振动模态图控制工程网版权所有，图中列出了塔架、叶片等机组各部件的振动模态，机组在设计阶段就应开展固有频率、阻尼率和可能引起的谐振问题的分析，以及引起谐振工作区域的分析，如机组的运行频率应尽可能辟开塔架的固有频率，以免引起共振。主控软件需针对机组的相关特征频率进行优化和控制，常规载荷优化括：风轮-塔架耦合振动控制、机组传动链扭振控制。

        图1.4 风电机组坎贝尔图

        风轮-塔架耦合振动控制
        对于大型变桨距风力机组CONTROL ENGINEERING China版权所有，叶片变桨角度变化直接影响塔架的振动幅度和载荷，机组塔架一阶前后振动模态为主要模态，如果风轮的启动阻尼较小，小激励就可能引起很大的载荷相应，所以需在变桨距调节中适当增加阻尼，以进行塔架的载荷优化控制。
        通过塔架的运动模型分析可知，塔架前后振动速度与风力作用在叶片上的△F呈反比。常规的处理方法为：通过机舱的加速度传感器可很容易得到塔架的前后振动加速度，积分后即得到塔架前后振动的速度，在变桨调节的叶片开度指令加入一定分量的该阻尼信号，即可获得很好的机组塔架振动控制效果，同时对速度和功率调节的效果没有影响。
        传动链扭振控制
        双馈机组在额定功率以上运行时，转矩指令不再随风速变化而变化，使得机组传动链的阻尼很小，容易引起传动链的扭转振动，从而引起齿轮箱的转矩波动加速齿轮箱的损坏CONTROL ENGINEERING China版权所有，因此在控制器设计中进行传动链加阻非常有必要。
        根据模态线形化分析www.cechina.cn，机组传动链扭转振动与叶片面内一阶模态、塔架左右二阶模态直接相关，通过带通滤波器在转速测量值上将该特征频率取出，经增益、移相处理后，加入转矩指令，从而抵消扭振的谐振CONTROL ENGINEERING China版权所有，有效增加阻尼效果，控制传动链扭转振动。
        另外，控制器设计时，须对叶片的穿越频率进行陷波滤波处理，减少其对机组变桨调节，变转矩调节的影响。
        三、WPCS软件结构
        WPCS风力发电机组控制系统软件的结构框图如图1.5所示，其组成主要有两大控制器：转矩控制器和变桨距控制器。

        图1.5 转矩控制器框图

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