電網(wǎng)友好型風電機組的電氣控制系統(tǒng)改造技術研究

【摘要】：隨著化石燃料的日趨枯竭、環(huán)境污染的嚴重、溫室效應的加劇。作為一種可再生無污染的能源，風能的作用日益凸顯出來。近幾年來隨著經(jīng)濟的增長，我國風力發(fā)電取得了較快的發(fā)展，風電已成為繼煤電和水電之后的第三大主力電源。隨著風電機組接入電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)對接入風電的調(diào)度也有了更多的要求。電網(wǎng)直接對風電場的有功無功調(diào)度，電網(wǎng)和風電場自身的風電功率預測都已提上未來風電場改造的議事日程，這些都需要對風機單機電控系統(tǒng)和風電場SCADA系統(tǒng)的現(xiàn)有功能進行改造和擴充，因此風電機組的電控系統(tǒng)改造技術研究對提升風電的電網(wǎng)適應性有很重要的意義。 本文首先在對中廣核蘇尼特右旗風電場調(diào)研的基礎上，分析了2MW風機存在的問題，并提出了相應的對策。其次，研究了最優(yōu)的硬件及網(wǎng)絡拓撲改造技術，解決了電氣產(chǎn)品替換問題；借助國際通用的風電設計工具GHBladed軟件，進行了小風況下的最佳葉尖速比追蹤控制策略優(yōu)化研究和抑制功率大幅度波動和機組振動的改進控制策略研究，設計了基于轉(zhuǎn)矩控制器和槳距角控制器的耦合PID控制器；研究了風電機組主控系統(tǒng)側的低電壓穿越技術，以滿足國家電網(wǎng)最新風電并網(wǎng)接入標準要求。最后，研究了基于組態(tài)軟件的風電機組現(xiàn)地人機可視化交互技術及實現(xiàn)方法；設計了基于國際通用的OPC規(guī)約的風電場級數(shù)據(jù)采集服務器，并在Visual Basic.Net平臺上設計開發(fā)了滿足OPC標準訪問接口的風電機組信息管理系統(tǒng)客戶端軟件。 在完成上述設計開發(fā)工作后，將上述研究成果應用到中廣核蘇尼特右旗風電場隨機選取的2臺風機，在近2個半月的現(xiàn)場改造實施及試運行過程中，機組運行情況穩(wěn)定，可利用率及發(fā)電量等指標均接近或略好于周邊機組，達到了預期效果，積累了寶貴的現(xiàn)場應用工程經(jīng)驗，為上述成果的全面推廣奠定了堅實的基礎。 【關鍵詞】：風力發(fā)電 電氣改造 最佳葉尖速比 耦合控制 OPC 人機交互
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)11-13
• 1.3 課題研究內(nèi)容13-14
• 第2章 風電場控制系統(tǒng)改造方案14-21
• 2.1 風電場概況14
• 2.2 早期控制系統(tǒng)構成14-16
• 2.2.1 控制系統(tǒng)構成原理14
• 2.2.2 控制系統(tǒng)的功能14-16
• 2.3 問題分析16-19
• 2.3.1 系統(tǒng)構成硬件存在的問題16-17
• 2.3.2 系統(tǒng)軟件及控制策略方面存在的問題17-19
• 2.4 風電場控制系統(tǒng)改造總體方案19-20
• 2.4.1 控制系統(tǒng)構成方案設計19
• 2.4.2 系統(tǒng)軟件及控制策略方案設計19-20
• 2.5 本章小結20-21
• 第3章 變速風電機組改進控制策略研究與實現(xiàn)21-36
• 3.1 變速風力發(fā)電機組特性分析21-23
• 3.1.1 風力發(fā)電機組的基本特性系數(shù)21-22
• 3.1.2 變速風力發(fā)電系統(tǒng)的運行區(qū)域22-23
• 3.2 變速風電機組控制策略研究23-30
• 3.2.1 變速風電機組建模及仿真平臺介紹23-25
• 3.2.2 小風下的最大功率追蹤策略優(yōu)化25-28
• 3.2.3 恒功率控制28-30
• 3.3 低電壓穿越技術研究30-32
• 3.3.1 低電壓穿越介紹30-31
• 3.3.2 低電壓穿越功能的實現(xiàn)31-32
• 3.4 現(xiàn)場應用32-35
• 3.4.1 有功功率調(diào)節(jié)功能32-33
• 3.4.2 現(xiàn)場實測風速功率曲線33-35
• 3.5 本章小結35-36
• 第4章 系統(tǒng)構成硬件改造36-44
• 4.1 原有系統(tǒng)構成分析36-39
• 4.1.1 主控制器分析37-38
• 4.1.2 模塊構成分析38
• 4.1.3 網(wǎng)絡拓撲結構分析38-39
• 4.2 系統(tǒng)構成硬件設計39-43
• 4.2.1 改造設計原則39-40
• 4.2.2 硬件設備選用40-42
• 4.2.3 網(wǎng)絡改造42-43
• 4.3 本章小結43-44
• 第5章 人機交互界面及風電場監(jiān)控系統(tǒng)設計44-56
• 5.1 人機交互界面設計44-48
• 5.1.1 人機交互界面硬件設計44-45
• 5.1.2 人機交互界面軟件設計45-48
• 5.2 風電場監(jiān)控系統(tǒng)設計48-53
• 5.2.1 OPC 規(guī)范介紹49
• 5.2.2 風電場監(jiān)控系統(tǒng)設計49-53
• 5.3 HMI 和 SCADA 系統(tǒng)現(xiàn)場運行性能分析53-55
• 5.3.1 HMI 現(xiàn)場運行性能分析53-54
• 5.3.2 SCADA 系統(tǒng)現(xiàn)場運行性能分析54-55
• 5.4 本章小結55-56
• 第6章 結論與展望56-58
• 參考文獻58-61
• 攻讀碩士學位期間參加的科研工作61-62
• 致謝62-63
• 作者簡介63

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