[00940244]兆瓦级风电机组变桨距系统和发电机高可靠性控制技术及应用

在能源日益枯竭和环境不断恶化的背景下，风力发电在全世界范围内近20年异军突起，取得了巨大的发展。中国经过超常规的发展，已成为全球风电第一大国，发展势头迅猛。中国的风电技术虽然取得较大的成就，但是控制技术仍是较薄弱的环节。随着风电机组的大型化，变桨距控制系统和无刷双馈发电机的变速恒频控制技术优越性显得更加突出，可使机组重量减轻，受力状态改善，对机组运行效益的提升具有积极作用。目前相关核心技术仍受国外知名企业控制，尽快实现控制系统国产化具有十分重要的意义。该项目在完成国电联合动力技术有限公司自筹经费资助的“TR-1.5G三柜式变桨距系统风电机组的设计”和河北省教育厅资助的“兆瓦级风电机组变桨距控制系统研究”等课题的前提下，对变桨距控制系统和无刷双馈发电机的变速恒频控制技术进行了深入的研究。该项目提出基于军用飞行控制系统可靠设计理念的变桨距控制系统：通过风能利用系数的在线辨识，评估风力机实时运行状态，据此调整变桨距控制系统的控制策略，实现效率和可靠性的协调；提出基于鲁棒的智能计算方法的变桨距控制器设计方法，在模糊PID控制器架构下设计变桨距控制器，引入最优模糊推理、进化算法与罚函数法结合的混合优化算法、采样鲁棒特性分析等手段，实现控制精度和鲁棒性的协调；提出基于高效率的变频、励磁控制技术的无刷双馈发电机设计方法：根据无刷双馈发电机的技术特点和难点，通过高滑差变频调速方法和高精度励磁两个角度提高电机的效率，并提出新型发电机的设计方法。通过运用变桨距控制技术提高了风能利用率(发电量)和效率，提高了运行可靠性和可维护性，减少了风机故障停机率，实现了产品升级。通过运用无刷双馈发电机变速恒频控制技术，在保持其成本低、产业链成熟优势的同时，提高了可靠性，提高了电网适应性。该项目关于变桨距控制系统的研究成果在2009-2011年共应用在国电联合动力技术(保定)有限公司生产的202台1.5MW的风力发电机组上，直接经济效益实现销售额增加8080万元，新增利润1616万元，新增税收96万元；间接经济效益实现销售额增加43038万元，新增利润8400万元，新增税收504万元。通过与北京华电天仁电力控制技术有限公司联合研发，应用成果可观，实现销售额的大幅度上升。该项目关于无刷双馈电机的研究成果应用在国电联合动力技术(保定)有限公司研制的2MW、3MW样机上，为产品定型提供指导意见。该项目研究成果对提高风电机组控制技术国产化、以及制造/改造风电机组高性能靠可靠控制系统具有重要的指导意义，产生显著的社会和经济效益。同时，该项目旨在高效可靠的利用风能，有助于缓解电力供应紧张，有效利用的土地资源，减少二氧化碳排放，保护大气环境。