1、1 绪论 1.1 课题背景 风力发电机发电的原理是将风能转化为机械能， 然后再将机械能转化为 电能 1。控制系统是风力发电系统的核心部分，现如今，风力发电中面临着 两个亟待解决的问题（发电效率和发电质量）都和控制系统密切相关。 上个世纪末风力发电机组的桨距系统主要经过了两个阶段： （1）20 世纪 80 年代的定桨距风力发电机组。该种机组的特点是桨叶 的节距角在安装时是固定的。 因此， 发电机发出的电的频率、 幅值是固定的， 是不可控制的。 （2）20 世纪 90 年代中期变桨距风力发电机组。该种机组与定桨机组 最大的区别在于，变速风力发电机组是把风速、风向信号作为控制系统的输 入变量来进行转
2、速和功率控制的。从而解决了高次谐波与功率因数等问题， 使得发电效率和发电质量有所提高 2。 现如今，随着计算机技术与先进的控制技术应用到风力发电领域，控制 方式从以前定桨失速向变桨恒频方向发展 3。目前的控制方法是：当风速变 化时调节发电机电磁力矩（9550P/N）或风力机桨距角使叶尖速比（叶尖速 度/风速）保持最佳值，实现风能的最佳利用率。近些年，一些新的控制理 论也逐渐应用于风电机组。例如模糊逻辑控制、神经网络智能控制、鲁棒控 制等。使风力机更加趋于智能化。 传统的风力发电控制方法存在很多不足，经常引起较大的能量损失，基 于 PLC 为主控制器的控制系统，结构简单，通用性强，编程方便，抗干
3、扰 能力强，可靠性较高，并且维护起来比较方便，不仅能直观的反应现场信号 的变化，还可以通过编程工具可以直接观察系统的运行状态，极大的方面了 维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。随着新型控制算法的研究和 应用，可以有效提高风能利用效率，对于提高风电机组的发电量，减小风电 成本具有重要意义 4。 1.2 风力发电国内外发展现状 2 人类利用风能已有数千年的历史， 在蒸汽机发明以前风能曾作为重要的 动力，用于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等。埃及被 认为可能是最先利用风能的国家，约在几千年前，他们就开始用风帆来帮助 行船，波斯和中国也很早开始利用风能 5。欧洲到中世纪才广泛利用
4、风能。 蒸汽机出现以后，随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获 得，各种曾经被广泛使用的风力机械，由于成本高，效率低，使用不方便等 原因，无法与蒸汽机、内燃机和电动机相竞争，渐渐被淘汰。例如荷兰现在 还有几百座风车，被作为文物保护起来，成为旅游景观。 在过去的 5 年里，风力发电不断超越其预期的发展速度，而且一直保持 着世界最快增长率能源的地位。2005 年以来，全球风电累计装机容量年平 均增长率为 27.3%，新增装机容量年平均增长率为 36.1%。2011 年全球装机 容量达 196630MW，新增装机容量 37642MW，比上一年同期增长 23.6%。2011 年新增装机容量相当于 430TWh 年发电量，占全球总发电量 2.5%，总量超过 世界第六大经济体英国。目前，德国、西班牙和意大利三国的风电机组 的装机容量约占到欧洲总量的 65%。近年来，在欧洲大力发展风电的国家还 有法国、英国、葡萄牙、丹麦、荷兰、奥地利、瑞典、爱尔兰。欧洲之外， 发展风电的主要国家有美国、中国、印度、加拿大和日本。迄今为止，世界 上已有 82 个国家在积极开发和应用风能
