电网友好型风电机组的电气控制系统改造技术研究

【摘要】：随着化石燃料的日趋枯竭、环境污染的严重、温室效应的加剧。作为一种可再生无污染的能源，风能的作用日益凸显出来。近几年来随着经济的增长，我国风力发电取得了较快的发展，风电已成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。随着风电机组接入电网的规模不断扩大，电网对接入风电的调度也有了更多的要求。电网直接对风电场的有功无功调度，电网和风电场自身的风电功率预测都已提上未来风电场改造的议事日程，这些都需要对风机单机电控系统和风电场SCADA系统的现有功能进行改造和扩充，因此风电机组的电控系统改造技术研究对提升风电的电网适应性有很重要的意义。 本文首先在对中广核苏尼特右旗风电场调研的基础上，分析了2MW风机存在的问题，并提出了相应的对策。其次，研究了最优的硬件及网络拓扑改造技术，解决了电气产品替换问题；借助国际通用的风电设计工具GHBladed软件，进行了小风况下的最佳叶尖速比追踪控制策略优化研究和抑制功率大幅度波动和机组振动的改进控制策略研究，设计了基于转矩控制器和桨距角控制器的耦合PID控制器；研究了风电机组主控系统侧的低电压穿越技术，以满足国家电网最新风电并网接入标准要求。最后，研究了基于组态软件的风电机组现地人机可视化交互技术及实现方法；设计了基于国际通用的OPC规约的风电场级数据采集服务器，并在Visual Basic.Net平台上设计开发了满足OPC标准访问接口的风电机组信息管理系统客户端软件。 在完成上述设计开发工作后，将上述研究成果应用到中广核苏尼特右旗风电场随机选取的2台风机，在近2个半月的现场改造实施及试运行过程中，机组运行情况稳定，可利用率及发电量等指标均接近或略好于周边机组，达到了预期效果，积累了宝贵的现场应用工程经验，为上述成果的全面推广奠定了坚实的基础。 【关键词】：风力发电 电气改造 最佳叶尖速比 耦合控制 OPC 人机交互
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究动态11-13
• 1.3 课题研究内容13-14
• 第2章 风电场控制系统改造方案14-21
• 2.1 风电场概况14
• 2.2 早期控制系统构成14-16
• 2.2.1 控制系统构成原理14
• 2.2.2 控制系统的功能14-16
• 2.3 问题分析16-19
• 2.3.1 系统构成硬件存在的问题16-17
• 2.3.2 系统软件及控制策略方面存在的问题17-19
• 2.4 风电场控制系统改造总体方案19-20
• 2.4.1 控制系统构成方案设计19
• 2.4.2 系统软件及控制策略方案设计19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第3章 变速风电机组改进控制策略研究与实现21-36
• 3.1 变速风力发电机组特性分析21-23
• 3.1.1 风力发电机组的基本特性系数21-22
• 3.1.2 变速风力发电系统的运行区域22-23
• 3.2 变速风电机组控制策略研究23-30
• 3.2.1 变速风电机组建模及仿真平台介绍23-25
• 3.2.2 小风下的最大功率追踪策略优化25-28
• 3.2.3 恒功率控制28-30
• 3.3 低电压穿越技术研究30-32
• 3.3.1 低电压穿越介绍30-31
• 3.3.2 低电压穿越功能的实现31-32
• 3.4 现场应用32-35
• 3.4.1 有功功率调节功能32-33
• 3.4.2 现场实测风速功率曲线33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 系统构成硬件改造36-44
• 4.1 原有系统构成分析36-39
• 4.1.1 主控制器分析37-38
• 4.1.2 模块构成分析38
• 4.1.3 网络拓扑结构分析38-39
• 4.2 系统构成硬件设计39-43
• 4.2.1 改造设计原则39-40
• 4.2.2 硬件设备选用40-42
• 4.2.3 网络改造42-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 人机交互界面及风电场监控系统设计44-56
• 5.1 人机交互界面设计44-48
• 5.1.1 人机交互界面硬件设计44-45
• 5.1.2 人机交互界面软件设计45-48
• 5.2 风电场监控系统设计48-53
• 5.2.1 OPC 规范介绍49
• 5.2.2 风电场监控系统设计49-53
• 5.3 HMI 和 SCADA 系统现场运行性能分析53-55
• 5.3.1 HMI 现场运行性能分析53-54
• 5.3.2 SCADA 系统现场运行性能分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作61-62
• 致谢62-63
• 作者简介63

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