風(fēng)力發(fā)電控制原理

1、風(fēng)力發(fā)電機組控制原理第一章第一章 緒緒 論論輪轂齒輪箱油冷卻器發(fā)電機變槳驅(qū)動旋轉(zhuǎn)罩機艙低速軸熱交換器控制箱旋轉(zhuǎn)接頭支撐軸承偏航驅(qū)動機艙座通風(fēng)隔離減震風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)圖一、機組的總體結(jié)構(gòu)一、機組的總體結(jié)構(gòu)第一章第一章 緒緒 論論控 制 系 統(tǒng)風(fēng)輪增速器發(fā)電機主繼電器主開關(guān)熔斷器變壓器晶閘管電網(wǎng)風(fēng)變槳風(fēng)速轉(zhuǎn)速并網(wǎng)功率無功補償風(fēng)定槳：定槳：1.5-2.51.5-2.5葉尖擾流器起脫網(wǎng)停機氣動剎車，一般采用雙速發(fā)電機來提高效率。葉尖擾流器起脫網(wǎng)停機氣動剎車，一般采用雙速發(fā)電機來提高效率。變槳：隨風(fēng)速改變攻角，超過額定風(fēng)速保持額定功率。變槳：隨風(fēng)速改變攻角，超過額定風(fēng)速保持額定功率。設(shè)

2、計風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：設(shè)計風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：20-30r/min20-30r/min，通過增速器與發(fā)電機匹配。，通過增速器與發(fā)電機匹配。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)，并網(wǎng)容易，擾動小。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)，并網(wǎng)容易，擾動小。含微處理器的控制系統(tǒng)。含微處理器的控制系統(tǒng)。第一章第一章 緒緒 論論二、風(fēng)力發(fā)電機組的主要類型與控制要求二、風(fēng)力發(fā)電機組的主要類型與控制要求定槳距失速型機組定槳距失速型機組監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)與脫網(wǎng)；自動相位補償；監(jiān)視機組的運監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)與脫網(wǎng)；自動相位補償；監(jiān)視機組的運行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護停機；產(chǎn)生并記錄風(fēng)速、功率、行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異

3、常工況保護停機；產(chǎn)生并記錄風(fēng)速、功率、發(fā)電量等機組運行數(shù)據(jù)。發(fā)電量等機組運行數(shù)據(jù)。全槳葉變距型機組全槳葉變距型機組監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)與脫網(wǎng)；優(yōu)化功率曲線；監(jiān)視機組的運監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)與脫網(wǎng)；優(yōu)化功率曲線；監(jiān)視機組的運行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護停機；產(chǎn)生并記錄風(fēng)速、功率、行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護停機；產(chǎn)生并記錄風(fēng)速、功率、發(fā)電量等機組運行數(shù)據(jù)。發(fā)電量等機組運行數(shù)據(jù)。基于變速恒頻技術(shù)的變速型機組基于變速恒頻技術(shù)的變速型機組監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)除去上述功能外主要包括：監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)除去上述功能外主要包括：基于微處理器及先進(jìn)基于微處理器及先進(jìn)IGBTI

4、GBT電力電子技術(shù)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子變頻勵磁；脈寬調(diào)制技電力電子技術(shù)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子變頻勵磁；脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生正弦電壓控制發(fā)電機輸出電壓與頻率質(zhì)量；低于額定風(fēng)速的最大風(fēng)能術(shù)產(chǎn)生正弦電壓控制發(fā)電機輸出電壓與頻率質(zhì)量；低于額定風(fēng)速的最大風(fēng)能（功率）控制與高于額定風(fēng)速的恒定額定功率控制。（功率）控制與高于額定風(fēng)速的恒定額定功率控制。第一章第一章 緒緒 論論三、風(fēng)力發(fā)電機組的控制技術(shù)三、風(fēng)力發(fā)電機組的控制技術(shù)定槳距失速型機組定槳距失速型機組解決了風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)解決了風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自動解纜技術(shù)

5、。技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自動解纜技術(shù)。固定的節(jié)距角及電網(wǎng)頻率決定的轉(zhuǎn)速，簡化了控制與伺服驅(qū)動系統(tǒng)固定的節(jié)距角及電網(wǎng)頻率決定的轉(zhuǎn)速，簡化了控制與伺服驅(qū)動系統(tǒng)。全槳葉變距型機組全槳葉變距型機組啟動時可進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并網(wǎng)后可進(jìn)行功率控制。啟動時可進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并網(wǎng)后可進(jìn)行功率控制。電液伺服機構(gòu)與閉環(huán)變距控制提高了機組效率。電液伺服機構(gòu)與閉環(huán)變距控制提高了機組效率。基于變速恒頻技術(shù)的變速型機組基于變速恒頻技術(shù)的變速型機組采用變速風(fēng)力發(fā)電機。采用變速風(fēng)力發(fā)電機。根據(jù)風(fēng)速信號控制，低于額定風(fēng)速跟蹤最佳功率曲線，高于額定風(fēng)速柔性保根據(jù)風(fēng)速信號控制，低于額定風(fēng)速跟蹤最佳功率曲線，高于額定風(fēng)速柔性保證額

6、定功率輸出。改善了高次諧波對電網(wǎng)影響，提高了功率因數(shù)，高效高質(zhì)證額定功率輸出。改善了高次諧波對電網(wǎng)影響，提高了功率因數(shù)，高效高質(zhì)地向電網(wǎng)供電。地向電網(wǎng)供電。習(xí)題：各不同類型機組的控制技術(shù)有何功能特點。第一章第一章 緒緒 論論圖中看出，系統(tǒng)的特性除了與機組特性有關(guān)外，還受控制器影響。圖中看出，系統(tǒng)的特性除了與機組特性有關(guān)外，還受控制器影響。運行中控制器可改變功率輸出，風(fēng)能看成是擾動運行中控制器可改變功率輸出，風(fēng)能看成是擾動。四、風(fēng)力發(fā)電機組的控制特性四、風(fēng)力發(fā)電機組的控制特性風(fēng)輪動態(tài)特性傳動鏈動態(tài)特性發(fā)電機動態(tài)特性風(fēng)能風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速發(fā)電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速電功率功率變送器伺服執(zhí)行器控制器功率信號變距指令變距

7、位置第一章第一章 緒緒 論論五、風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)五、風(fēng)力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及 故障狀況發(fā)電機控制軟并網(wǎng)變頻器勵磁調(diào)節(jié)主控制器運行監(jiān)控，機組起/停電網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測無功補償根據(jù)無功功率信號分組切入或切出補償電容或變流器進(jìn)行調(diào)節(jié)變槳系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功率控制液壓系統(tǒng)剎車機構(gòu)壓力保持變距機構(gòu)壓力保持制動系統(tǒng)機械剎車機構(gòu)氣動剎車機構(gòu)偏航系統(tǒng)偏航自動解除電纜纏繞習(xí)題：通過對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的了解，回答控制系統(tǒng)主要包括那些功能？第二章第二章 風(fēng)力機控制風(fēng)力機控制氣流動能為氣流動能為 m 空氣質(zhì)量，空氣質(zhì)量，v 氣流速度氣流速度密度為密度為的氣流過面積的氣

8、流過面積 S 的氣體體積為的氣體體積為 V，M= V= Sv則單位時間內(nèi)氣流所具有的動能為則單位時間內(nèi)氣流所具有的動能為理想風(fēng)輪與貝茲（理想風(fēng)輪與貝茲（Betz）理論：）理論：前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2根據(jù)牛頓第二定律，單位時間內(nèi)風(fēng)輪上的受力 F= mv1-mv2= Sv(v1-v2)風(fēng)輪吸收的功率P=Fv= Sv2 (v1-v2)風(fēng)輪吸收的功率又等于風(fēng)輪前后動能（單位時間）的變化：令兩式相等，得 經(jīng)過風(fēng)輪風(fēng)速變化產(chǎn)生的功率為其最大功率可令 得 ，代入后得到的最大理想功率為最大理想功率為與氣流掃掠面積風(fēng)的能量相比，可得風(fēng)力機的理論最大效率：與氣流掃掠面積風(fēng)的能量相比，可得風(fēng)力機

9、的理論最大效率：221mvE 一、一、1、風(fēng)力機能量轉(zhuǎn)換過程、風(fēng)力機能量轉(zhuǎn)換過程321SvESv1SvSv2)(212221vvSvE221 vvv)(41212221vvvvSP02dvdP1231vv 31max278SvP593. 02716maxmaxEP第二章第二章 風(fēng)力機控制風(fēng)力機控制1、風(fēng)能利用系數(shù)、風(fēng)能利用系數(shù) ：風(fēng)力機的實際功率風(fēng)力機的實際功率其中其中CP為風(fēng)能利用系數(shù)，它小于為風(fēng)能利用系數(shù)，它小于0.5932、葉尖速比、葉尖速比為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風(fēng)速比來衡量，稱葉尖速比為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風(fēng)速比來衡量，稱葉尖速比PS

10、SCvP3121一、一、2、風(fēng)力機的主要特性系數(shù)、風(fēng)力機的主要特性系數(shù)PCvRn20.200.10.30.40.51310241568切出風(fēng)速12141618切入風(fēng)速額定風(fēng)速26109875431恒定功率Cp第二章第二章 風(fēng)力機控制風(fēng)力機控制1、槳葉的翼型、槳葉的翼型l二、二、1、槳葉的幾何參數(shù)與空氣動力特性、槳葉的幾何參數(shù)與空氣動力特性0i功角升力角零升力角風(fēng)向弦長vivAB攻角攻角：來流方向與弦線的夾角：來流方向與弦線的夾角零升力角零升力角：弦線與零升力線夾角：弦線與零升力線夾角升力角升力角：來流方向與零升力線夾角：來流方向與零升力線夾角2、槳葉上的氣動力、槳葉上的氣動力221SvCFr總

11、的氣動力總的氣動力，S S 槳葉面積，槳葉面積，Cr Cr 總氣動系數(shù)總氣動系數(shù)C壓力中心221SvCFll221SvCFdd升力升力，與氣流方向垂直，與氣流方向垂直，Cl Cl 升力系數(shù)升力系數(shù)阻力阻力，與氣流方向平行，與氣流方向平行，Cd Cd 阻力系數(shù)阻力系數(shù)CdCd、Cl Cl 是由設(shè)計的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動力計算的原始依據(jù)。是由設(shè)計的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動力計算的原始依據(jù)。第二章第二章 風(fēng)力機控制風(fēng)力機控制ilCdC二、二、2、升力和阻力的變化曲線、升力和阻力的變化曲線-30o -20o -10o 0o 10o 20o 30o 40o0.80.60.40.2Mi-0.2

12、minlC升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得槳葉升力系數(shù)隨攻角的增加而增加，使得槳葉的升力增加，但當(dāng)增加到某個角度后升力的升力增加，但當(dāng)增加到某個角度后升力開始下降；阻力系數(shù)開始上升。出現(xiàn)最大開始下降；阻力系數(shù)開始上升。出現(xiàn)最大升力的點叫失速點。升力的點叫失速點。截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會影響升力系數(shù)與置）、表面粗糙度等都會影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。阻力系數(shù)。對有限長槳葉，葉片兩端會產(chǎn)生渦流，造對有限長槳葉，葉片兩端會產(chǎn)生渦流，造成阻力增加，成阻力增加，第二章第二章

13、風(fēng)力機控制風(fēng)力機控制Ii三、旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動力（葉素分析）三、旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動力（葉素分析）風(fēng)向v- uw運動旋轉(zhuǎn)方向安裝角（槳距角、節(jié)距角）：回轉(zhuǎn)平面與槳葉截面弦長的夾角傾斜角RnRu2相對速度dFdF氣流氣流W W產(chǎn)生的氣動力產(chǎn)生的氣動力dLdL氣流升力氣流升力dDdD氣流阻力氣流阻力dSwCdLl221dSwCdDd221I軸向推力軸向推力dFa=dLcosI+dDsinIdFa=dLcosI+dDsinII旋轉(zhuǎn)力矩旋轉(zhuǎn)力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)dT=r(dLsinI-dDcosI)驅(qū)動功率驅(qū)動功率dPw=dPw=dTdT風(fēng)輸入的總氣動功率風(fēng)輸入的總氣動功率P=vP=vFaF

14、a旋轉(zhuǎn)軸得到的功率旋轉(zhuǎn)軸得到的功率Pu=TPu=T風(fēng)輪效率風(fēng)輪效率=Pu/P=Pu/P第二章第二章 風(fēng)力機控制風(fēng)力機控制五、渦流理論（葉片數(shù)的影響及實際風(fēng)力機五、渦流理論（葉片數(shù)的影響及實際風(fēng)力機Cp曲線）曲線）有限葉片數(shù)由于較大的渦流影響將造成一定的能量損失，使風(fēng)力機效率有所下降。實際風(fēng)力機曲線如下圖所示：pCBetz極限理想的Cp曲線實際的Cp曲線失速損失型阻損失0第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的特點一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的特點1、風(fēng)輪結(jié)構(gòu)、風(fēng)輪結(jié)構(gòu)主要特點：槳葉與輪轂的連接是固定的，槳葉的迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速變化而變化。需解決的問題：高于額定風(fēng)速時槳

15、葉需自動將功率限制在額定功率附近（失速特性）。 脫網(wǎng)（突甩負(fù)荷）時槳葉自身具備制動能力。 添加了葉尖擾流器，降低機械剎車結(jié)構(gòu)強度，2、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理因槳葉的安裝角不變，風(fēng)速增加升力增加升力變緩升力下降阻力增加葉片失速葉片攻角由根部向葉尖逐漸增加，根部先進(jìn)入失速，隨風(fēng)速增大逐漸向葉尖擴展。失速部分功率減少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在額定功率附近。3、葉尖擾流器、葉尖擾流器葉尖部分可旋轉(zhuǎn)的空氣阻尼板，正常運行時，在液壓控制下與葉片成為整體，風(fēng)力機脫網(wǎng)時液壓控制指令將擾流器釋放并旋轉(zhuǎn)80o90o，產(chǎn)生阻力停機，即產(chǎn)生空氣動力剎車?？諝鈩恿x車是按失效思想設(shè)計，即起到

16、液壓系統(tǒng)故障時的機組停機保護。4、雙速發(fā)電機、雙速發(fā)電機小發(fā)電機功率曲線大發(fā)電機功率曲線切換點風(fēng)速功率如6極200kW和4極750kWP1P2第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的特點一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的特點5、功率輸出、功率輸出功率的輸出主要決定于風(fēng)速，葉片的失速特性功率曲線是在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度功率的輸出主要決定于風(fēng)速，葉片的失速特性功率曲線是在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度=1.225kg/m3測出的，測出的，一般溫度變化一般溫度變化10oC，空氣密度變化空氣密度變化4%。因此氣溫升高，密度下降，輸出功率減少。因此氣溫升高，密度下降，輸出功率減少。750kW機組可能會出現(xiàn)

17、機組可能會出現(xiàn)3050kW的偏差，的偏差，6、節(jié)距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響、節(jié)距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響由于機組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機組功率曲線上只有一點有最大功率系數(shù)。由于機組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機組功率曲線上只有一點有最大功率系數(shù)。額定轉(zhuǎn)速低的機組，低風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機組，高風(fēng)速下有較高的功率額定轉(zhuǎn)速低的機組，低風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機組，高風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)。即為雙速電機依據(jù)。系數(shù)。即為雙速電機依據(jù)。設(shè)計的最大功率系數(shù)并不出現(xiàn)在額定功率上，因風(fēng)力發(fā)電機并不經(jīng)常工作在額定風(fēng)速點。定槳設(shè)計的最大功率系數(shù)

18、并不出現(xiàn)在額定功率上，因風(fēng)力發(fā)電機并不經(jīng)常工作在額定風(fēng)速點。定槳距風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)盡量提高低風(fēng)速的功率系數(shù)和考慮高風(fēng)速的失速性能。距風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)盡量提高低風(fēng)速的功率系數(shù)和考慮高風(fēng)速的失速性能。0 2 4 6 8 10 12 14 16 1810008006004002000.10.20.30.40.5功率輸出/kWpC風(fēng)速/（m/s)功率/kW第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的基本運行過程二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的基本運行過程1、待機狀態(tài)、待機狀態(tài)風(fēng)速風(fēng)速v v3m/s3m/s但沒達(dá)到切入轉(zhuǎn)速或機組從小功率切出，沒有并網(wǎng)的自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)。但沒達(dá)到切入轉(zhuǎn)速或機組從

19、小功率切出，沒有并網(wǎng)的自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)做好切入電網(wǎng)的準(zhǔn)備；控制系統(tǒng)做好切入電網(wǎng)的準(zhǔn)備；機械剎車已松開；機械剎車已松開；葉尖阻尼板已收回；葉尖阻尼板已收回；風(fēng)輪處于迎風(fēng)狀態(tài)；風(fēng)輪處于迎風(fēng)狀態(tài)；液壓系統(tǒng)壓力保持在設(shè)定值；液壓系統(tǒng)壓力保持在設(shè)定值；風(fēng)況、電網(wǎng)和機組的所有狀態(tài)參數(shù)檢測正常，一旦風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速升高，即可并網(wǎng)。風(fēng)況、電網(wǎng)和機組的所有狀態(tài)參數(shù)檢測正常，一旦風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速升高，即可并網(wǎng)。2、風(fēng)力發(fā)電機組的自啟動及啟動條件、風(fēng)力發(fā)電機組的自啟動及啟動條件機組在自然風(fēng)作用下升速、并網(wǎng)的過程。需具備的條件為：機組在自然風(fēng)作用下升速、并網(wǎng)的過程。需具備的條件為：電網(wǎng)：連續(xù)電網(wǎng)：連續(xù)1010分鐘沒

20、有出現(xiàn)過電壓、低電壓；分鐘沒有出現(xiàn)過電壓、低電壓；0.10.1秒內(nèi)電壓跌落小于設(shè)定值；電網(wǎng)秒內(nèi)電壓跌落小于設(shè)定值；電網(wǎng)頻率在設(shè)定范圍內(nèi)；沒有出現(xiàn)三相不平衡等現(xiàn)象。頻率在設(shè)定范圍內(nèi)；沒有出現(xiàn)三相不平衡等現(xiàn)象。風(fēng)況：連續(xù)風(fēng)況：連續(xù)1010分鐘風(fēng)速在機組運行范圍內(nèi)（分鐘風(fēng)速在機組運行范圍內(nèi)（3.0m/s25m/s)3.0m/s25m/s)機組：發(fā)電機溫度、增速器油溫在設(shè)定值范圍以內(nèi)；液壓系統(tǒng)各部位壓力在設(shè)定值機組：發(fā)電機溫度、增速器油溫在設(shè)定值范圍以內(nèi)；液壓系統(tǒng)各部位壓力在設(shè)定值以內(nèi)；液壓油位和齒輪潤滑油位正常；制動器摩擦片正常；扭纜開關(guān)復(fù)位；控制系以內(nèi)；液壓油位和齒輪潤滑油位正常；制動器摩擦片正常

21、；扭纜開關(guān)復(fù)位；控制系統(tǒng)統(tǒng)DC24VDC24V、AC24VAC24V、DC5VDC5V、DCDC15V15V電源正常；非正常停機故障顯示均已排除；維護開電源正常；非正常停機故障顯示均已排除；維護開關(guān)在運行位置。關(guān)在運行位置。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的基本運行過程二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的基本運行過程3、風(fēng)輪對風(fēng)、風(fēng)輪對風(fēng)偏航角度通過偏航角度通過風(fēng)向測定儀風(fēng)向測定儀測定。測定。1010分鐘分鐘調(diào)整一次，調(diào)整中釋放偏航剎車。調(diào)整一次，調(diào)整中釋放偏航剎車。4、制動解除、制動解除 啟動條件滿足后，控制啟動條件滿足后，控制葉尖擾流器葉尖擾流器的電磁閥打開，壓

22、力油進(jìn)入槳葉液壓缸，擾流的電磁閥打開，壓力油進(jìn)入槳葉液壓缸，擾流器被收回與槳葉主體合為一體?？刂破魇盏綌_流器回收信號后，壓力油進(jìn)入機械盤器被收回與槳葉主體合為一體。控制器收到擾流器回收信號后，壓力油進(jìn)入機械盤式制動器液壓缸，松開式制動器液壓缸，松開盤式制動器盤式制動器。5、風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng) 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速時，三相主電路上的時，三相主電路上的晶閘管晶閘管被觸發(fā)開始導(dǎo)通，被觸發(fā)開始導(dǎo)通，導(dǎo)通角導(dǎo)通角隨與同隨與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的加速度減少；當(dāng)發(fā)電機達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時晶閘管步轉(zhuǎn)速的接近而增大，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的加速度減少；當(dāng)發(fā)電機達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時晶閘管完

23、全導(dǎo)通，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)；完全導(dǎo)通，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)；1 1秒后秒后旁路接觸器閉合，電流被旁路，旁路接觸器閉合，電流被旁路，如一切正常晶閘管停止觸發(fā)。如一切正常晶閘管停止觸發(fā)。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組三、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求三、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求1、控制系統(tǒng)的基本功能、控制系統(tǒng)的基本功能根據(jù)風(fēng)速信號自動進(jìn)行啟動、并網(wǎng)或從電網(wǎng)切出。根據(jù)風(fēng)向信號自動對風(fēng)。根據(jù)功率因數(shù)及輸出電功率大小自動進(jìn)行電容切換補償。脫網(wǎng)時保證機組安全停機。運行中對電網(wǎng)、風(fēng)況和機組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、分析與記錄，異常情況判斷及處理。2、主要監(jiān)測參數(shù)及作用、主要監(jiān)測參數(shù)及

24、作用電力參數(shù)電力參數(shù)：電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機功率因數(shù)等。判斷并網(wǎng)條件、計算電功率和發(fā)電量、無功補償、電壓和電流故障保護。發(fā)電機功率與風(fēng)速有著固定的函數(shù)關(guān)系，兩者不符可作為機組故障判斷的依據(jù)。風(fēng)力參數(shù)風(fēng)力參數(shù)：風(fēng)速；每秒采集一次，10分鐘計算一次平均值。v3m/s時發(fā)電機， v25m/s停機。風(fēng)向；測量風(fēng)向與機艙中心線的偏差，一般采用兩個風(fēng)向標(biāo)進(jìn)行補償?？刂破较到y(tǒng)工作，風(fēng)速低于3m/s偏航系統(tǒng)不會工作。機組參數(shù)機組參數(shù)：轉(zhuǎn)速；機組有發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速兩個測點?？刂瓢l(fā)電機并網(wǎng)和脫網(wǎng)、超速保護。溫度；增速器油溫、高速軸承溫度、發(fā)電機溫度、前后主軸承溫度、晶閘管溫度、

25、環(huán)境溫度。振動；機艙振動探測。電纜扭轉(zhuǎn)；安裝有從初始位置開始的齒輪記數(shù)傳感器，用于停機解纜操作。位置行程開關(guān)停機保護。剎車盤磨損；油位；潤滑油和液壓系統(tǒng)油位。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組三、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求三、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求各種反饋信號的檢測：各種反饋信號的檢測：控制器在發(fā)出指令后的設(shè)定時間內(nèi)應(yīng)收到的反饋信號包括回收葉尖擾流器、松開機械剎車、松開偏航制動器、發(fā)電機脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速降落。否則故障停機。增速器油溫的控制增速器油溫的控制：增速器箱內(nèi)由PT100熱電阻溫度傳感器測溫；加熱器保證潤滑油溫不低于10oC；潤滑油泵始終對齒輪和軸承強制噴射潤滑；油溫高于60

26、oC時冷卻系統(tǒng)啟動，低于45oC時停止冷卻。發(fā)電機溫升控制：發(fā)電機溫升控制：通過冷卻系統(tǒng)控制發(fā)電機溫度，如溫度控制在130140oC，到150155oC停機。功率過高或過低的處理：功率過高或過低的處理：風(fēng)速較低時發(fā)電機如持續(xù)出現(xiàn)逆功率（一般3060 s），退出電網(wǎng)，進(jìn)入待機狀態(tài)。功率過高，可能為電網(wǎng)頻率波動（瞬間下降），機械慣量不能使轉(zhuǎn)速迅速下降，轉(zhuǎn)差過大造成。也可能是氣候變化，空氣密度增加造成。當(dāng)持續(xù)10min大于額定功率15%或2s大于50%應(yīng)停機。風(fēng)力發(fā)電機組退出電網(wǎng)：風(fēng)力發(fā)電機組退出電網(wǎng)：風(fēng)速過大會使葉片嚴(yán)重失速造成過早損壞。風(fēng)速高于25 m/s持續(xù)10min或高于33m/s持續(xù)2s正

27、常停機，風(fēng)速高于50m/s持續(xù)1s安全停機，側(cè)風(fēng)90oC。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組三、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求三、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求3、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制策略、風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制策略風(fēng)力發(fā)電機組的工作狀態(tài)風(fēng)力發(fā)電機組的工作狀態(tài)：運行狀態(tài)暫停狀態(tài)停機狀態(tài)緊急停機狀態(tài)機械剎車松開機械剎車松開機械剎車松開機械剎車與氣動剎車同時動作機組并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機組空轉(zhuǎn)計算機處于監(jiān)測狀態(tài)，輸出信號被旁路機組自動調(diào)向機組調(diào)向保持工作狀態(tài)調(diào)向系統(tǒng)停止工作液壓系統(tǒng)保持工作壓力液壓系統(tǒng)保持工作壓力液壓系統(tǒng)保持工作壓力葉尖阻尼板回收（或變槳處于最佳角度）葉尖阻尼板回收（或變節(jié)距

28、角在90o）葉尖阻尼板彈出（或變距系統(tǒng)失去壓力）第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)1、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的制動系統(tǒng)、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的制動系統(tǒng)葉尖氣動剎車葉尖氣動剎車：液壓系統(tǒng)提供的壓力由經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入槳葉根部的壓力缸，壓縮擾流器機構(gòu)中的彈簧，使葉尖擾流器與槳葉主體平滑連為一體。當(dāng)風(fēng)力機停機時，液壓系統(tǒng)釋放壓力油，葉尖擾流器在離心力作用下，按設(shè)計軌跡轉(zhuǎn)過90o。機械盤式剎車機械盤式剎車：作為輔助剎車裝置被安裝在高速軸上，液壓驅(qū)動。因風(fēng)力機轉(zhuǎn)矩很大，作為主剎車將會使剎車盤直徑很大，改變了機組結(jié)構(gòu)。大型風(fēng)

29、機一般有兩部機械剎車。制動系統(tǒng)按失效保護原則設(shè)計，一旦失電或液壓系統(tǒng)失效即處于制動狀態(tài)。正常停機制動過程正常停機制動過程：電磁閥失電釋放葉尖擾流器、發(fā)電機降至同步轉(zhuǎn)速時主接觸器動作與電網(wǎng)解列、轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時第一部剎車投入、如轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升第二部剎車立即投入、停機后葉尖擾流器收回。安全停機制動過程：安全停機制動過程：葉尖擾流器釋放同時投入第一部剎車、發(fā)電機降至同步轉(zhuǎn)速時主接觸器跳閘同時第二部剎車立即投入、葉尖擾流器不收回。緊急停機制動過程緊急停機制動過程：所有繼電器斷電、接觸器失電；葉尖擾流器和兩部機械剎車同時起作用；發(fā)電機同時與電網(wǎng)解列。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組定槳距風(fēng)力發(fā)電機組四、定

30、槳距風(fēng)力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)2、超速保護、超速保護發(fā)電機或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速110%時，控制器發(fā)出正常停機指令。葉尖擾流器制動液壓系統(tǒng)設(shè)有獨立超速保護裝置，風(fēng)輪超速時，液壓缸壓力迅速上升，受壓力控制的“突開閥”打開，壓力油被泄掉，葉尖擾流器迅速打開，使得在控制系統(tǒng)失效時停機。3、電網(wǎng)失電保護、電網(wǎng)失電保護電網(wǎng)一旦失電，控制葉尖擾流器和機械剎車的電磁閥立即打開，實現(xiàn)失壓制動緊急停機。電網(wǎng)原因引起的停機，控制系統(tǒng)在電網(wǎng)恢復(fù)后10分鐘自動恢復(fù)運行。4、電氣保護、電氣保護過電壓保護：控制器對通過電纜進(jìn)入控制柜的沖擊電壓具有自我保護能力感應(yīng)瞬態(tài)保護：晶閘管、計

31、算機的過電壓屏蔽，傳感器、通信電纜的隔離。雷擊保護：提供便捷的接地通道釋放雷電。5、緊急安全鏈、緊急安全鏈?zhǔn)怯嬎銠C系統(tǒng)的最后一級保護措施，原理是將對風(fēng)力發(fā)電機組造成致命傷害的故障節(jié)點串聯(lián)在停機回路中，任何一個故障都可緊急停機。如：緊急停機按鈕、控制器看們狗、葉尖擾流器液壓繼電器、扭攬傳感器、振動傳感器、控制器DC24V電源失電。緊急停機后安全鏈只能手動復(fù)位第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制一、概述一、概述 高于額定風(fēng)速改變攻角保持功率恒定； 啟動時控制驅(qū)動轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)速。特點：特點：1、改善機組的受力，優(yōu)化功率輸出（粗調(diào)，與發(fā)電機轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)配合）。2、比定槳距風(fēng)力機額定風(fēng)

32、速低、效率高；且不存在高于額定風(fēng)速的功率下降問題。3、功率反饋控制使額定功率不受海拔、濕度、溫度等空氣密度變化影響4、啟動時控制氣動轉(zhuǎn)矩易于并網(wǎng)；停機氣動轉(zhuǎn)矩回零避免突甩負(fù)荷。運行狀態(tài)：運行狀態(tài)：啟動狀態(tài)轉(zhuǎn)速反饋控制，速度給定加升速率限制有利于并網(wǎng)。欠功率狀態(tài)不控制（變速機組可通過追求最佳葉尖速比提高風(fēng)機效率）。額定功率狀態(tài)功率控制，為了解決變槳對風(fēng)速響應(yīng)慢問題，可通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)差率調(diào)速，用風(fēng)輪蓄能特性吸收風(fēng)波動造成的功率波動，維持功率恒定。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速控制器控制器功率功率控制器控制器變槳變槳執(zhí)行器執(zhí)行器變距變距機構(gòu)機構(gòu)風(fēng)輪風(fēng)輪系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電機傳動傳動系統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速槳距角發(fā)電功率風(fēng)速轉(zhuǎn)速給定功率

33、給定第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制二、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)二、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)a、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)，即槳距角位置跟隨變槳指令變化。b、校正環(huán)節(jié)是一個非線性控制器，具有死區(qū)補償和變槳限制功能。死區(qū)用來補償液壓及變距機構(gòu)的不靈敏區(qū)，變槳限制防止超調(diào)。c、液壓系統(tǒng)由液壓比例伺服閥、液壓回路、液壓缸活塞等組成。d、位置傳感器給出實際變槳角度。D/A轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器位移傳感器變槳距機構(gòu)液壓系統(tǒng)活塞位移槳距角變槳給定校正環(huán)節(jié)第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制三、變槳距控制（并網(wǎng)前）三、變槳距控制（并網(wǎng)前）1、并網(wǎng)前的速度控制速度控制器控制從啟動到并

34、網(wǎng)的轉(zhuǎn)速控制，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速10r/min內(nèi)1s并網(wǎng)。進(jìn)入啟動狀態(tài)，前饋通道將槳距角快速提高到45，500r/min減小到5，達(dá)到快速啟動目的；非線性環(huán)節(jié)使增益隨節(jié)距角增加而減小，補償轉(zhuǎn)矩變化。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速控制器控制器變槳變槳執(zhí)行器執(zhí)行器變距變距機構(gòu)機構(gòu)風(fēng)輪風(fēng)輪系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電機傳動傳動系統(tǒng)系統(tǒng)槳距角風(fēng)速轉(zhuǎn)速給定A轉(zhuǎn)速速度變化率額定轉(zhuǎn)速PID轉(zhuǎn)速傳感器+-+轉(zhuǎn)速節(jié)距指令轉(zhuǎn)矩補償45*5*節(jié)距非線性化第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制三、變槳距控制（并網(wǎng)后）三、變槳距控制（并網(wǎng)后）b、功率控制器A并網(wǎng)后執(zhí)行變槳到最大攻角，低于額定功率（額定風(fēng)速）時控制器輸出飽和，攻角最大；

35、高于額定風(fēng)速后進(jìn)入恒功率控制；引入風(fēng)速前饋通道，超過額定風(fēng)速后，當(dāng)風(fēng)速變化時起到快速補償作用。c、功率控制器B低于額定風(fēng)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率“實現(xiàn)”最佳葉尖速比調(diào)節(jié)，即風(fēng)速增加轉(zhuǎn)差率增大；高于額定風(fēng)速時配合功率控制器A維持功率恒定。原理是風(fēng)速出現(xiàn)波動時，由于變槳調(diào)節(jié)的滯后使驅(qū)動功率發(fā)生波動，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)子電流）使機組轉(zhuǎn)速變化而維持功率恒定，利用風(fēng)輪儲存和釋放能量維持輸入與輸出功率的平衡。功率功率控制器控制器A功率功率控制器控制器B變槳變槳執(zhí)行器執(zhí)行器變距變距機構(gòu)機構(gòu)風(fēng)輪風(fēng)輪系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電機傳動傳動系統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速槳距角發(fā)電功率風(fēng)速額定功率功率給定同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流執(zhí)行器執(zhí)行器SP風(fēng)速信號濾波器

36、+-+-+-+-第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制四、發(fā)電功率控制四、發(fā)電功率控制1、發(fā)電機功率參考曲線、發(fā)電機功率參考曲線 功率給定曲線在點劃線限制的范圍內(nèi)變化，發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率在110%（15151650r/min），外加轉(zhuǎn)子平均電阻在0到100%變化。2、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制特性轉(zhuǎn)速控制特性功率=轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，功率與轉(zhuǎn)矩成正比。 0 2 4 6 8 1010080604020轉(zhuǎn)差率%參考功率/額定功率%cosIKM= 轉(zhuǎn)矩系數(shù)勵磁磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)其中： 222XREI轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢202122244. 444. 4SENSfNfEl發(fā)電功率與轉(zhuǎn)子電流成

37、正比，改變電流大小可以調(diào)節(jié)電功率。l改變轉(zhuǎn)子回路電阻可以改變轉(zhuǎn)子電流。l低于額定風(fēng)速葉尖速比優(yōu)化：風(fēng)轉(zhuǎn)速參考功率轉(zhuǎn)子電流輸出功率 l高于額定風(fēng)速恒定功率控制：風(fēng)轉(zhuǎn)速輸出功率轉(zhuǎn)子電流輸出功率 跟蹤參考值穩(wěn)定功率值第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制220220222022222RSESfLRSELfRSEXREI四、發(fā)電功率控制四、發(fā)電功率控制 MSn0ns10電動機發(fā)電機R2R1發(fā)電機轉(zhuǎn)矩發(fā)電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線轉(zhuǎn)速特性曲線定子同步轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)決定：（定子三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）兩種運行狀態(tài)：nns為電動機方式；nns發(fā)電機狀態(tài)?；盥剩?發(fā)電狀態(tài)時為負(fù)值與功率成正比的電

38、流可表示為： pfns60%100ssnnnS轉(zhuǎn)子靜止時感應(yīng)電勢接近同步速時S很小分析：高于額定風(fēng)速時，如發(fā)生擾動轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，感應(yīng)電勢變化，電流亦將變化，通 過電阻的變化可以維持電流不變，因此維持功率瞬時穩(wěn)定（克服擾動）。 反之，低于額定風(fēng)速時，通過改變電阻，可以改變S，保證較好的葉尖速比（設(shè)定值改變）。第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制四、發(fā)電功率控制四、發(fā)電功率控制 轉(zhuǎn)子電流控制原理圖：轉(zhuǎn)子電流控制原理圖： 電流控制PWM給定外接電阻定子繞組轉(zhuǎn)子繞組第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制五、液壓變距系統(tǒng)五、液壓變距系統(tǒng) M油泵油泵油箱濾油器濾

39、油器溢流閥溢流閥壓力傳感器壓力傳感器節(jié)流閥比例閥蓄能器蓄能器可調(diào)可調(diào)節(jié)流閥節(jié)流閥ABPT電磁閥先導(dǎo)止回閥單向閥壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗900VESTAS V39型單向閥單向閥油位開關(guān)油位開關(guān)壓力傳感器控制油泵啟停，設(shè)定范圍：130bar145bar高壓濾清器裝有旁通閥和污染指示器，單向閥防止高壓油回流。溢流閥防止油壓過高，設(shè)定值145bar系統(tǒng)維修時，可調(diào)節(jié)流閥閥用來釋放來自蓄能器的壓力油油位開關(guān)用來防止油溢出或泵在無油情況下運轉(zhuǎn)。油箱內(nèi)設(shè)有PT100溫度檢測與報警，液壓泵站第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制五、液壓變距系統(tǒng)五、液壓變距系統(tǒng) M油泵油箱濾油器溢流閥壓力傳感器節(jié)流閥比例閥比例閥蓄能器可調(diào)節(jié)流閥ABPT緊急順槳閥緊急順槳閥先導(dǎo)止回閥先導(dǎo)止回閥單向閥壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗900變槳距控制控制器輸出-10V+10V，控制比例閥輸出方向及大小，使葉片在-588之間變化。工作時緊急順槳閥通電，電磁閥1通電使先導(dǎo)止回閥雙向流動。比例閥“直