风电泵控制策略工况l农村牧区机械化2011年第1风能利用技术是现今发展快的、清洁的可再生能源技术之一，其主要的利用形式有风力发电、风力提水和风帆助航等。此外，还可以与其他能源互补，结合二者来发电。风能利用技术在能源危机的现今有着越来越重要的地位。

　　根据提水方式的不同，现代风力提水机可分为机械式风力提水和风电泵两大类1.风电泵是近几年出现的种新型风力提水方式，其基本形式有两种：一种为风力发电储能电泵提水；另一种是风力发电机在有效风速范围内发电，直接驱动电泵提水。尽管后者较前者省去了蓄电池和逆变系统，减少了中间环节，某种程度上降低了提水系统的费用，但是控制难度增加，至今仍没有十分有效的控制策略。因此，本文旨在探讨风电泵的控制策略，希望能对曰后实现真正意义上的风电泵具有一定的指导意义。

　　1风电泵结构及组成由于风电泵各部分所承担任务不同，我们可以把它分为四个部分，分别是风能转换系统、整流逆变系统、泵水系统以及控制系统。风能转化系统的主要任务是将捕获的风能转换成为电能，其主要结构包括风轮、发电机等；整流逆变系统的任务是将电能进一步细调，使之成为可供使用的合格电能，主要结构有整流器、逆变器以及蓄电池；泵水系统的主要任务是提取地下水并且将其储存到蓄水池中，供给人们的曰常使用；控制系统的主要任务是辅助风电泵系统安全有效的运行，同时对各设备提供保护。

　　对以上结构进行分析之后，考虑到用户的种种需要，采用了如所示的风电泵结构。需要注意的是，在图中的风电泵系统中，蓄电池不仅是蓄能稳压的装置，同时也是水泵的备用电源。在无法采用风力提水，而又需要提水的状况时，为水泵提供动力，保证用水需求。

　　2风电泵工况分析对于如上所示的风电泵系统而言，由于风电泵中风力发电系统所带负载为水泵，其正常运行时水泵的电动机与发电机之间存在耦合现象，可以实现负载的自动匹配，因此，其工况也与一般的小型风力发电系统略有不同。以下是在风速逐渐增大的过程中风电泵的运行工况：2.1风力机启动在风速逐渐增大的过程中，当风速达到风力机切入速度Vmin时，风轮开始转动，带动发电机工作。由于启动初期风力机输出功率较低，达不到使用要求，这部分电能只用于蓄电池充电。

　　2.2水泵启动随着风速的增大，风力机的输出功率也随之增加，当输出达到水泵启动所需条件时，水泵启动，开始提水。

　　2.3风电泵正常运行随着风速的继续增大，发电机与水泵电机处于耦合状态，水泵自动跟随风力机的输出，调整其输出流量2 13.这时，如果蓄电池可充入，功率不为零，同时还可以对蓄电池进行充电。

　　2.4风电泵停机当风速增大到切出速度Vmax时，风力机停止工作，同时水泵不再提水。这时，如果需要提水，在蓄电池不过放的情况下，可以以蓄电池为电源，启动水泵提取一定量的水。

　　3风电泵控制策略由于水泵可以自动跟踪风力机输出，不必考虑运行中负载的功率匹配问题。因此，所设计的风电泵系统其控制的关键问题就在于水泵的启动控制、大风停机控制以及保护控制了。

　　3.1风电泵水泵的启动控制策略本文中，控制系统采用了蓄电池、逆变器并联的结构。由于蓄电池充放电过程中端电压变化不大，故认定其为定值。若不计损耗，可以将蓄电池与逆变器认定为一个定压交变电源。因此，在水泵启动之前，以蓄电池的充电电流Fm为控制水泵启动的信号。由此，设计如下的控制策略：以水泵的启动电流Ip，作为给定值，将其与蓄电池充入电流Fm的差值输入给启动控制器，实现对水泵启动的控制。

　　3.2风力发电系统控制策略对于发电机而言，其输出功率随着风速的增加而增加，但是其输出功率若超过大输出功率时，就会造成发电机的损坏。因此，为了保证风力机的正常运行，必须采用调速机构以限制发电机的输出功率大值。对于小型风力机而言，出于经济性的考量，一般采用扭转风轮，减小风轮迎风面积的方法实现限制发电机功率输出的目的。常见的限速措施主要有两种：其一是利用侧翼板上所受风压给风轮的转矩与弹簧拉力之间的平衡来实现侧偏调速，其二是偏心转矩与摩擦转矩之间的平衡来实现风轮的侧偏4. 3.3蓄电池保护控制为了保证风电泵的安全运行，必须针对敏感、易损元件设计保护控制。蓄电池便是其中的重要环节。在风电泵中，蓄电池的过冲、过放都会影响其运行安全及使用寿命，因此，必须在风电泵系统中设计蓄电池的过冲及过放保护。由于蓄电池的端电压Vb可以表征其工况，那么我们可以通过对蓄电池端电压的监测来判断开启过冲及过放保护的时机。将蓄电池端电压限制在大值与小值之间。当VfVmax通过过充保护使得蓄电池出于边充边放状态，当Vb=Vmin时，通过过放保护切出负载，蓄电池出于充电或停机状态。

　　除蓄电池保护之外，还有其他需要保护的电器元件，如水泵电机等。

　　4结论本文通过对简单风电泵系统工况的分析研究，提出了相应的的控制策略，目的是为了保证风电泵安全有效运行，得出以下结论。

　　4.1风电泵提水与传统的机械式风力提水技术相比，风电泵提水解决了机械式提水的启动转矩大的问题，扩大提水的风速范围，提高风能的利用率，同时，实现了取风地与取水地的分离，使得用水更为便捷。

　　4.2由于风电泵的用户多处于远离电网的边远地区，考虑到维修的难度以及使用的便利，风电泵在设计和控制时应该采用简单、安全的控制策略，尽量降低成本，减少维修率，同时提高安全系数，增加其使用寿命。

　　4.3文中设计的是简单的风电泵系统，因此用途十分单一。但是通过合理的负载控制系统，可以实现在提水的同时使用其他负载的目的。

　　简单有效安全的控制策略是实现风电泵应用于实际或进行推广的主要关键技术，我们对其进行探讨对其有很好的现实意义及理论指导意义。

　　1刘惠敏，吴永忠，刘伟。风力提水与风力发电提水技术。可再生能源2005.3