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第七届工业仪表与自动化学术会议
风力发电控制系统综述
Control Systems for Wind-Driven Power Generation

曾婧婧 1,2 杨平 1 徐春梅 1,2 蒋式勤 2
(上海电力学院信息与控制技术系 1,上海 200090;同济大学控制科学与工程系 2,上海 200092)

摘要:介绍了世界风力发电控制系统的发展历程和我国的研究现状。分析并得出风力发电系统中,控制系统是确保机组安
全可靠运行、优化机组效率的关键。详细介绍了控制系统的功能,并给出了 DCS 控制系统结构图,同时探讨了控制系统发
展趋势。仿真表明:风力发电控制技术的研究,对增强我国大型风力发电机组的自主开发能力、提高风力发电机组的国产化
率和降低机组成本具有重要意义。
关键词:风力发电控制系统功能结构研究动态

0 引言
煤炭、石油和天然气等化石燃料的蕴藏量是有限的,人类赖以生存、发展的能源总有一天要枯竭,并且不
断增长的能源消耗所造成的环境污染和安全问题已经成为社会的主要突出矛盾。无论从人类将来的能源危机,
或是眼前的环境污染问题来看,研究开发风力发电技术都具有十分重要的意义,而且,地球上蕴藏的风力资源
也十分丰富,具有广阔的开发前景。
开发利用风力资源,要用到许多高新技术。其中最关键的是电力电子技术以及控制技术。将最新的电力电
子技术、控制技术应用于风力发电系统中,提高风力发电的效率和电力变换质量、降低风电的成本,使得清洁
可再生能源逐步替代传统的化石燃料,以改善人类生存的环境,提高人们的生活水平,具有重大的经济效益和
社会价值。

1 风力发电的发展现状
现代风力发电崛起于上世纪八九十年代以来取得了飞速的进展。
从控制系统的实现来说,由 19 世纪末第一台现代风力发电机组在丹麦诞生,到 20 世纪 80 年代初,风力发
电机组电气控制系统得以实现,但仍局限于采用模拟电子器件。到了 80 年代中后期,随着计算机技术的发展及
其在控制领域的应用,出现了基于微处理器的风力发电机组电气控制系统。步入 90 年代,随着微处理器在电力
电子、数据采集、信号处理、工业控制等领域的广泛应用,风力发电机组的电气控制系统往往采用基于单板机、
单片机或可编程控制器的微机控制。
目前国外对大型风力发电机组控制系统的研究非常活跃,以提高机组的运行性能、降低发电成本。
我有所差距。为跟上国际发展步伐,在未来世界风电市场激烈竞争中占有一席之
地,我国政府为风电产业从业者提供了更为广阔的空间,风力发电在我国将大有所为。

2 风力发电系统
风力发电机组主要由风轮、发电机、电能变换单元和控制系统组成,如图 1 所示。
风轮通过叶片捕获风能,是吸收风能并将其转换成机械能的部件。
负载或电网
风力机械发电机
发电机实现机械能-电能转换。由于异步发电机结构简单、运行
电能变换
可靠,目前风力发电几乎均采用异步发电机。
发电机所发出的电能有两种处理方式:可以直接给负载供电或并储能设备
入电网;也可以通过储能设备进行蓄能,再由电能变换单元将储能设
图1 风力发电系统
备输出的直流电转换成交流电再供给负载或并网。储能设备作为中间