Velocità costante nominale della turbina a vento a frequenza costante a velocità costante superiore al controllo costante della potenza
Essendo una fonte di energia rinnovabile inesauribile, pulita e senza inquinamento, l'energia eolica è stata ampiamente utilizzata dai paesi di tutto il mondo. Essendo uno dei paesi con abbondanti risorse eoliche, la Cina ha compiuto rapidi progressi nella localizzazione delle turbine eoliche. Durante il periodo del "Nono piano quinquennale", ha raggiunto una percentuale di localizzazione del 96% di turbine eoliche da 600 kW e ha sviluppato con successo venti di stallo da 600 kW. La tecnologia chiave del sistema di controllo del gruppo elettrogeno. Al momento, abbiamo intrapreso la ricerca e lo sviluppo del sistema di controllo elettrico a turbina a frequenza costante a frequenza variabile da 863 "megawatt classe", e il lavoro di ricerca e sviluppo viene svolto attivamente ed efficacemente.
Uno dei grandi vantaggi delle turbine eoliche a frequenza costante a velocità variabile rispetto alle turbine eoliche in stallo è la potenza di uscita stabile al di sopra della velocità del vento nominale. Quando la turbina eolica a frequenza costante a velocità variabile viene azionata oltre la velocità nominale del vento, è necessario rendere stabile la potenza di uscita sopra il punto di potenza nominale, evitare fluttuazioni e rendere il sistema di trasmissione del gruppo elettrogeno sufficientemente flessibile, e considerare anche protezione efficace per la turbina eolica. Allo stato attuale, le turbine eoliche a frequenza costante a velocità variabile di classe MW che abbiamo sviluppato utilizzano principalmente la tecnologia di controllo del passo. La tecnologia di controllo del passo è quella di modificare la coppia aerodinamica ottenuta dalla turbina eolica regolando il passo della pala e regolando la coppia aerodinamica ottenuta dalla turbina eolica quando la velocità del vento è troppo elevata, in modo che la potenza dell'unità sia stabile . Questa strategia di controllo utilizza un sistema di controllo ad anello chiuso con retroazione di potenza per raggiungere l'obiettivo di controllo al di sopra della velocità nominale del vento dell'unità a frequenza costante a velocità variabile. Meccanismo del passo Introduzione L'attuatore del passo è costituito da un sistema meccanico e idraulico che regola le pale del ventilatore lungo l'asse longitudinale del ventilatore. Poiché l'inerzia della pala è grande e l'attuatore del passo non deve consumare molta energia, l'attuatore ha la capacità limitante e le sue caratteristiche dinamiche sono la dinamica non lineare con i limiti di saturazione sia all'angolo di beccheggio sia alla velocità di beccheggio. Quando l'angolo di beccheggio e la frequenza di beccheggio sono inferiori al limite di saturazione, la dinamica del passo è lineare. L'attuatore del passo è mostrato in Figura 1.
Il modello dell'attuatore descrive la dinamica tra il comando dell'angolo di inclinazione dal controller e l'eccitazione del comando. Il modello matematico può essere descritto come il seguente sistema del primo ordine
Il valore dato nel sistema di controllo effettivo è la tensione di controllo dalla deviazione dell'angolo di inclinazione alla valvola proporzionale -DC10V ~ + DC10V.
Progettazione del controller
Lo scopo principale di questo controller è di regolare la potenza costante regolando l'angolo di inclinazione. Come mostrato in FIG. 2, la potenza di uscita del generatore di corrente P viene misurata dalla potenza di raccolta. L'errore di potenza ΔP viene calcolato rispetto alla potenza P * indicata. La deviazione della potenza viene utilizzata come ingresso del controller PID e il controller comanda l'errore dell'angolo di inclinazione attuale Δβ = β * -β (l'attuale angolo di inclinazione β) in base al comando della famiglia per emettere il β * di l'angolo di inclinazione del riferimento della lama. Quindi, la velocità di variazione del pitch viene determinata in base ai parametri del meccanismo a passo variabile. L'angolo di inclinazione di riferimento è limitato all'intervallo compreso tra 0 e 92 °, all'interno del quale il controller regola le pale della turbina eolica ai nuovi requisiti dell'angolo di inclinazione.
Nella casella di Fig. 2 è il controller PID. L'intervallo di valori di stabilità dei guadagni proporzionali, integrali e differenziali Kp, Ki e Kd è determinato dal criterio di stabilità Rolls della funzione di trasferimento ad anello chiuso mostrato in figura. I guadagni di proporzionale, integrale e derivativo sono ottenuti mediante simulazione. Il principio è di mantenere la potenza della ventola alla potenza di uscita nominale.
Risultati della simulazione
1) La velocità di variazione dell'angolo di beccheggio varia nell'intervallo compreso tra -5 ° / sa + 5 ° / s consentito dal sistema idraulico.
2) Il cambiamento dell'angolo di inclinazione β è uguale all'andamento di variazione della velocità del vento v, la velocità del vento v aumenta e l'angolo di inclinazione medio β aumenta; al contrario, la velocità del vento v diminuisce e l'angolo di beccheggio medio β diminuisce.
3) La potenza Pmech e il coefficiente di utilizzazione dell'energia eolica Cp dell'assorbimento istantaneo delle pale della ventola mostrano che il cambiamento dell'angolo di inclinazione β limita la potenza Pmech dell'assorbimento istantaneo della pala e la pala lavora a un rendimento inferiore.
4) La potenza di uscita del generatore Pe può essere variata dolcemente attorno alla potenza nominale cambiando l'angolo di inclinazione β per mantenere la potenza costante.
5) La fluttuazione della velocità del generatore è influenzata da (Pmech-Pe) e dall'inerzia dell'unità.
