風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)與控制 華北電力大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院華北電力大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院呂呂 躍躍 剛剛第一章第一章 緒緒 論論輪轂齒輪箱油冷卻器發(fā)電機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)罩機(jī)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(dòng)機(jī)艙座通風(fēng)隔離減震風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖一、機(jī)組的總體結(jié)構(gòu)一、機(jī)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(jī)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(wú)功補(bǔ)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(jī)氣動(dòng)剎車，一般采用雙速發(fā)電機(jī)來(lái)提高效率。葉尖擾流器起脫網(wǎng)停機(jī)氣動(dòng)剎車，一般采用雙速發(fā)電機(jī)來(lái)提高效率。變槳：隨風(fēng)速改變攻

2、角，超過(guò)額定風(fēng)速保持額定功率。變槳：隨風(fēng)速改變攻角，超過(guò)額定風(fēng)速保持額定功率。設(shè)計(jì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：設(shè)計(jì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：20-30r/min20-30r/min，通過(guò)增速器與發(fā)電機(jī)匹配。，通過(guò)增速器與發(fā)電機(jī)匹配。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)，并網(wǎng)容易，擾動(dòng)小。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)，并網(wǎng)容易，擾動(dòng)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(jī)組的主要類型與控制要求二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要類型與控制要求定槳距失速型機(jī)組定槳距失速型機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)；自動(dòng)相位補(bǔ)償；監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)：控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)；自動(dòng)相位補(bǔ)償；監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與

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

4、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)IGBTIGBT電力電子技術(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻勵(lì)磁；脈寬調(diào)制技電力電子技術(shù)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻勵(lì)磁；脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生正弦電壓控制發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)組的控制技術(shù)三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)定槳距失速型機(jī)組定槳距失速型機(jī)組解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問(wèn)題和運(yùn)行安全性與可靠性問(wèn)題，采用了軟并網(wǎng)解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問(wèn)題

5、和運(yùn)行安全性與可靠性問(wèn)題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)。技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)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(jiǎn)化了控制與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)固定的節(jié)距角及電網(wǎng)頻率決定的轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)化了控制與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。全槳葉變距型機(jī)組全槳葉變距型機(jī)組啟動(dòng)時(shí)可進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并網(wǎng)后可進(jìn)行功率控制。啟動(dòng)時(shí)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(jī)構(gòu)與閉環(huán)變距控制提高了機(jī)組效率。電液伺服機(jī)構(gòu)與閉環(huán)變距控制提高了機(jī)組效率。基于變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)組基于變速恒頻技術(shù)的變速型機(jī)組采用變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。采用變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制，低于額定風(fēng)速跟蹤最佳功率曲線，高于額定

6、風(fēng)速柔性保根據(jù)風(fēng)速信號(hào)控制，低于額定風(fēng)速跟蹤最佳功率曲線，高于額定風(fēng)速柔性保證額定功率輸出。改善了高次諧波對(duì)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(duì)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(jī)組的控制技術(shù)有何功能特點(diǎn)。第一章第一章 緒緒 論論圖中看出，系統(tǒng)的特性除了與機(jī)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(jī)組特性有關(guān)外，還受控制器影響。運(yùn)行中控制器可改變功率輸出，風(fēng)能看成是擾動(dòng)運(yùn)行中控制器可改變功率輸出，風(fēng)能看成是擾動(dòng)。四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制特性四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制特性風(fēng)輪動(dòng)態(tài)特性傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)特性發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性風(fēng)

7、能風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)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(hào)變距指令變距位置第一章第一章 緒緒 論論五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及 故障狀況發(fā)電機(jī)控制軟并網(wǎng)變頻器勵(lì)磁調(diào)節(jié)主控制器運(yùn)行監(jiān)控，機(jī)組起/停電網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測(cè)無(wú)功補(bǔ)償根據(jù)無(wú)功功率信號(hào)分組切入或切出補(bǔ)償電容變距系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功率控制液壓系統(tǒng)剎車機(jī)構(gòu)壓力保持變距機(jī)構(gòu)壓力保持制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)氣動(dòng)剎車機(jī)構(gòu)調(diào)向系統(tǒng)偏航自動(dòng)解除電纜纏繞習(xí)題：通過(guò)對(duì)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(jī)控制風(fēng)力機(jī)控制氣流動(dòng)能為氣流動(dòng)能為 m 空氣

8、質(zhì)量，空氣質(zhì)量，v 氣流速度氣流速度密度為密度為的的氣流過(guò)面積氣流過(guò)面積 S 的氣體體積為的氣體體積為 V，M= V= Sv則單位時(shí)間內(nèi)氣流所具有的動(dòng)能為則單位時(shí)間內(nèi)氣流所具有的動(dòng)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(shí)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(dòng)能（單位時(shí)間）的變化：令兩式相等，得 經(jīng)過(guò)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，

9、可得風(fēng)力機(jī)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(jī)的理論最大效率：一、一、1、風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程、風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程221mvE 321SvESv1SvSv2)(212221vvSvE221 vvv)(41212221vvvvSP02dvdP1231vv 31max278SvP593. 02716maxmaxEP1、風(fēng)能利用系數(shù)、風(fēng)能利用系數(shù) ：風(fēng)力機(jī)的實(shí)際功率風(fēng)力機(jī)的實(shí)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(lái)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

10、與風(fēng)速比來(lái)衡量，稱葉尖速比PSSCvP3121一、一、2、風(fēng)力機(jī)的主要特性系數(shù)、風(fēng)力機(jī)的主要特性系數(shù)PCvRn2第二章第二章 風(fēng)力機(jī)控制風(fēng)力機(jī)控制0.200.10.30.40.51310241568切出風(fēng)速12141618切入風(fēng)速額定風(fēng)速26109875431恒定功率Cp1、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(dòng)力特性、槳葉的幾何參數(shù)與空氣動(dòng)力特性0i功角升力角零升力角風(fēng)向弦長(zhǎng)vivAB攻角攻角：來(lái)流方向與弦線的夾角：來(lái)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(lái)流方向與零升力線夾角：來(lái)流方向與零升力線夾角2、槳葉上的氣動(dòng)力、槳

11、葉上的氣動(dòng)力221SvCFr總的氣動(dòng)力總的氣動(dòng)力，S S 槳葉面積，槳葉面積，Cr Cr 總氣動(dòng)系數(shù)總氣動(dòng)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(jì)的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動(dòng)力計(jì)算的原始依據(jù)。是由設(shè)計(jì)的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動(dòng)力計(jì)算的原始依據(jù)。第二章第二章 風(fēng)力機(jī)控制風(fēng)力機(jī)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 40o0.8

12、0.60.40.2Mi-0.2minlC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(gè)角度后升力的升力增加，但當(dāng)增加到某個(gè)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(diǎn)叫失速點(diǎn)。升力的點(diǎn)叫失速點(diǎn)。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(huì)影響升力系數(shù)與置）、表面粗糙度等都會(huì)影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。阻力系數(shù)。對(duì)有限長(zhǎng)槳葉，葉片兩端會(huì)產(chǎn)生渦流，造對(duì)有限長(zhǎng)槳葉，葉片兩端會(huì)產(chǎn)生渦流，造成阻力增

13、加，成阻力增加，第二章第二章 風(fēng)力機(jī)控制風(fēng)力機(jī)控制i三、旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動(dòng)力（葉素分析）三、旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動(dòng)力（葉素分析）風(fēng)向v- uw運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)的夾角I傾斜角RnRu2相對(duì)速度dFdF氣流氣流W W產(chǎn)生的氣動(dòng)力產(chǎn)生的氣動(dòng)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(dòng)功率驅(qū)動(dòng)功率dPw=dTdPw=dT風(fēng)輸入的總氣動(dòng)功率風(fēng)輸入

14、的總氣動(dòng)功率P=vFaP=vFa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(jī)控制風(fēng)力機(jī)控制第二章第二章 風(fēng)力機(jī)控制風(fēng)力機(jī)控制五、渦流理論（葉片數(shù)的影響及實(shí)際風(fēng)力機(jī)五、渦流理論（葉片數(shù)的影響及實(shí)際風(fēng)力機(jī)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(jī)效率有所下降。實(shí)際風(fēng)力機(jī)曲線如下圖所示：pCBetz極限理想的Cp曲線實(shí)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(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)1、風(fēng)輪結(jié)構(gòu)、風(fēng)輪結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)：槳葉與輪轂的連接是固定的，

15、槳葉的迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速變化而變化。需解決的問(wèn)題：高于額定風(fēng)速時(shí)槳葉需自動(dòng)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(shí)槳葉自身具備制動(dòng)能力。 添加了葉尖擾流器，降低機(jī)械剎車結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(kuò)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(yùn)行時(shí)，在液壓控制下與葉片成為整體，風(fēng)力機(jī)脫網(wǎng)時(shí)液壓控制指令將擾流器釋放并旋轉(zhuǎn)80o90o，產(chǎn)生阻

16、力停機(jī)，即產(chǎn)生空氣動(dòng)力剎車?？諝鈩?dòng)力剎車是按失效思想設(shè)計(jì)，即起到液壓系統(tǒng)故障時(shí)的機(jī)組停機(jī)保護(hù)。4、雙速發(fā)電機(jī)、雙速發(fā)電機(jī)小發(fā)電機(jī)功率曲線大發(fā)電機(jī)功率曲線切換點(diǎn)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(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)一、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)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(cè)出的，測(cè)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

17、。因此氣溫升高，密度下降，輸出功率減少。750kW機(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)組可能會(huì)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(duì)功率輸出的影響、節(jié)距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響由于機(jī)組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機(jī)組功率曲線上只有一點(diǎn)有最大功率系數(shù)。由于機(jī)組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機(jī)組功率曲線上只有一點(diǎn)有最大功率系數(shù)。額定轉(zhuǎn)速低的機(jī)組，低風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機(jī)組，高風(fēng)速下有較高的功率額定轉(zhuǎn)速低的機(jī)組，低風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機(jī)組，高風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)。即為雙速電機(jī)依據(jù)。系數(shù)。即為雙速電機(jī)依據(jù)。設(shè)計(jì)的最大功率系數(shù)并不出現(xiàn)在額定功率

18、上，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不經(jīng)常工作在額定風(fēng)速點(diǎn)。定槳設(shè)計(jì)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(jī)并不經(jīng)常工作在額定風(fēng)速點(diǎn)。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過(guò)程二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過(guò)程1、待機(jī)狀態(tài)、待機(jī)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(jī)

19、組從小功率切出，沒有并網(wǎng)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。但沒達(dá)到切入轉(zhuǎn)速或機(jī)組從小功率切出，沒有并網(wǎng)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械剎車已松開；機(jī)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(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)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(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)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(jī)組的自啟動(dòng)及啟動(dòng)條件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自啟動(dòng)及啟動(dòng)條件機(jī)組在自然風(fēng)作用下升速、并網(wǎng)的過(guò)程。需具備的條件為：機(jī)組在自然風(fēng)作用下升速

20、、并網(wǎng)的過(guò)程。需具備的條件為：電網(wǎng)：連續(xù)電網(wǎng)：連續(xù)1010分鐘沒有出現(xiàn)過(guò)電壓、低電壓；分鐘沒有出現(xiàn)過(guò)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(jī)組運(yùn)行范圍內(nèi)（分鐘風(fēng)速在機(jī)組運(yùn)行范圍內(nèi)（3.0m/s25m/s)3.0m/s25m/s)機(jī)組：發(fā)電機(jī)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(jī)組：發(fā)電機(jī)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(rùn)滑油位正常；制動(dòng)器摩擦片正常；扭纜開

21、關(guān)復(fù)位；控制系以內(nèi)；液壓油位和齒輪潤(rùn)滑油位正常；制動(dòng)器摩擦片正常；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(jī)故障顯示均已排除；維護(hù)開電源正常；非正常停機(jī)故障顯示均已排除；維護(hù)開關(guān)在運(yùn)行位置。關(guān)在運(yùn)行位置。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過(guò)程二、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過(guò)程3、風(fēng)輪對(duì)風(fēng)、風(fēng)輪對(duì)風(fēng)偏航角度通過(guò)偏航角度通過(guò)風(fēng)向測(cè)定儀風(fēng)向測(cè)定儀測(cè)定。測(cè)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(dòng)解除、制動(dòng)解除 啟動(dòng)條件滿足

22、后，控制啟動(dòng)條件滿足后，控制葉尖擾流器葉尖擾流器的電磁閥打開，壓力油進(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。控制器收到擾流器回收信號(hào)后，壓力油進(jìn)入機(jī)械盤器被收回與槳葉主體合為一體?？刂破魇盏綌_流器回收信號(hào)后，壓力油進(jìn)入機(jī)械盤式制動(dòng)器液壓缸，松開式制動(dòng)器液壓缸，松開盤式制動(dòng)器盤式制動(dòng)器。5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(shí)，三相主電路上的時(shí)，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(jī)轉(zhuǎn)速的加速度減少；當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)晶閘管步轉(zhuǎn)速的接

23、近而增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度減少；當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)晶閘管完全導(dǎo)通，轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)；完全導(dǎo)通，轉(zhuǎn)速超過(guò)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(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(hào)自動(dòng)進(jìn)行啟動(dòng)、并網(wǎng)或從電網(wǎng)切出。根據(jù)風(fēng)向信號(hào)自動(dòng)對(duì)風(fēng)。根據(jù)功率因數(shù)及輸出電功率大小自動(dòng)進(jìn)行電容切換補(bǔ)償。脫網(wǎng)時(shí)保證機(jī)組安全停機(jī)。運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析與

24、記錄，異常情況判斷及處理。2、主要監(jiān)測(cè)參數(shù)及作用、主要監(jiān)測(cè)參數(shù)及作用電力參數(shù)電力參數(shù)：電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機(jī)輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機(jī)功率因數(shù)等。判斷并網(wǎng)條件、計(jì)算電功率和發(fā)電量、無(wú)功補(bǔ)償、電壓和電流故障保護(hù)。發(fā)電機(jī)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(jī)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(jì)算一次平均值。v3m/s時(shí)發(fā)電機(jī)， v25m/s停機(jī)。風(fēng)向；測(cè)量風(fēng)向與機(jī)艙中心線的偏差，一般采用兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償。控制偏航系統(tǒng)工作，風(fēng)速低于3m/s偏航系統(tǒng)不會(huì)工作。機(jī)組參數(shù)機(jī)組參數(shù)：轉(zhuǎn)速；機(jī)組有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。控制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)和脫網(wǎng)、超速保護(hù)。溫度；增

25、速器油溫、高速軸承溫度、發(fā)電機(jī)溫度、前后主軸承溫度、晶閘管溫度、環(huán)境溫度。振動(dòng)；機(jī)艙振動(dòng)探測(cè)。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(jī)解纜操作。位置行程開關(guān)停機(jī)保護(hù)。剎車盤磨損；油位；潤(rùn)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(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求各種反饋信號(hào)的檢測(cè)：各種反饋信號(hào)的檢測(cè)：控制器在發(fā)出指令后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)收到的反饋信號(hào)包括回收葉尖擾流器、松開機(jī)械剎車、松開偏航制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速降落。否則故障停機(jī)。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(cè)溫；加熱器保證潤(rùn)滑油溫不

26、低于10oC；潤(rùn)滑油泵始終對(duì)齒輪和軸承強(qiáng)制噴射潤(rùn)滑；油溫高于60oC時(shí)冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)，低于45oC時(shí)停止冷卻。發(fā)電機(jī)溫升控制：發(fā)電機(jī)溫升控制：通過(guò)冷卻系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)溫度，如溫度控制在130140oC，到150155oC停機(jī)。功率過(guò)高或過(guò)低的處理：功率過(guò)高或過(guò)低的處理：風(fēng)速較低時(shí)發(fā)電機(jī)如持續(xù)出現(xiàn)逆功率（一般3060 s），退出電網(wǎng)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。功率過(guò)高，可能為電網(wǎng)頻率波動(dòng)（瞬間下降），機(jī)械慣量不能使轉(zhuǎn)速迅速下降，轉(zhuǎn)差過(guò)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(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)：風(fēng)速過(guò)大會(huì)使葉片嚴(yán)重失速造成過(guò)早損

27、壞。風(fēng)速高于25 m/s持續(xù)10min或高于33m/s持續(xù)2s正常停機(jī)，風(fēng)速高于50m/s持續(xù)1s安全停機(jī)，側(cè)風(fēng)90oC。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求3、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制策略、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制策略風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)暫停狀態(tài)停機(jī)狀態(tài)緊急停機(jī)狀態(tài)機(jī)械剎車松開機(jī)械剎車松開機(jī)械剎車松開機(jī)械剎車與氣動(dòng)剎車同時(shí)動(dòng)作機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)組空轉(zhuǎn)計(jì)算機(jī)處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)，輸出信號(hào)被旁路機(jī)組自動(dòng)調(diào)向機(jī)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

28、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(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)與保護(hù)系統(tǒng)四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)與保護(hù)系統(tǒng)1、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)葉尖氣動(dòng)剎車葉尖氣動(dòng)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(jī)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(jī)停機(jī)時(shí)，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(jì)軌跡轉(zhuǎn)過(guò)90o。機(jī)械盤式剎車機(jī)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(dòng)。因風(fēng)力機(jī)

29、轉(zhuǎn)矩很大，作為主剎車將會(huì)使剎車盤直徑很大，改變了機(jī)組結(jié)構(gòu)。大型風(fēng)機(jī)一般有兩部機(jī)械剎車。制動(dòng)系統(tǒng)按失效保護(hù)原則設(shè)計(jì)，一旦失電或液壓系統(tǒng)失效即處于制動(dòng)狀態(tài)。正常停機(jī)制動(dòng)過(guò)程正常停機(jī)制動(dòng)過(guò)程：電磁閥失電釋放葉尖擾流器、發(fā)電機(jī)降至同步轉(zhuǎn)速時(shí)主接觸器動(dòng)作與電網(wǎng)解列、轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí)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(jī)后葉尖擾流器收回。安全停機(jī)制動(dòng)過(guò)程：安全停機(jī)制動(dòng)過(guò)程：葉尖擾流器釋放同時(shí)投入第一部剎車、發(fā)電機(jī)降至同步轉(zhuǎn)速時(shí)主接觸器跳閘同時(shí)第二部剎車立即投入、葉尖擾流器不收回。緊急停機(jī)制動(dòng)過(guò)程緊急停機(jī)制動(dòng)過(guò)程：所有繼電器斷電、接觸器失電；葉尖擾流器和兩部機(jī)械剎車同時(shí)起作用；發(fā)電機(jī)同時(shí)與電

30、網(wǎng)解列。第三章第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)與保護(hù)系統(tǒng)四、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)與保護(hù)系統(tǒng)2、超速保護(hù)、超速保護(hù)發(fā)電機(jī)或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速110%時(shí)，控制器發(fā)出正常停機(jī)指令。葉尖擾流器制動(dòng)液壓系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立超速保護(hù)裝置，風(fēng)輪超速時(shí)，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(shí)停機(jī)。3、電網(wǎng)失電保護(hù)、電網(wǎng)失電保護(hù)電網(wǎng)一旦失電，控制葉尖擾流器和機(jī)械剎車的電磁閥立即打開，實(shí)現(xiàn)失壓制動(dòng)緊急停機(jī)。電網(wǎng)原因引起的停機(jī)，控制系統(tǒng)在電網(wǎng)恢復(fù)后10分鐘自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。4、電氣保護(hù)、電氣保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)：控制器對(duì)通過(guò)

31、電纜進(jìn)入控制柜的沖擊電壓具有自我保護(hù)能力感應(yīng)瞬態(tài)保護(hù)：晶閘管、計(jì)算機(jī)的過(guò)電壓屏蔽，傳感器、通信電纜的隔離。雷擊保護(hù)：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?jì)算機(jī)系統(tǒng)的最后一級(jí)保護(hù)措施，原理是將對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組造成致命傷害的故障節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在停機(jī)回路中，任何一個(gè)故障都可緊急停機(jī)。如：緊急停機(jī)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(dòng)傳感器、控制器DC24V電源失電。緊急停機(jī)后安全鏈只能手動(dòng)復(fù)位第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dòng)時(shí)控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)速。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、改善機(jī)組的受力，優(yōu)化功

32、率輸出（粗調(diào)，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)配合）。2、比定槳距風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速低、效率高；且不存在高于額定風(fēng)速的功率下降問(wèn)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(dòng)時(shí)控制氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩易于并網(wǎng)；停機(jī)氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩回零避免突甩負(fù)荷。運(yùn)行狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)：?jiǎn)?dòng)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(jī)組可通過(guò)追求最佳葉尖速比提高風(fēng)機(jī)效率）。額定功率狀態(tài)功率控制，為了解決變槳對(duì)風(fēng)速響應(yīng)慢問(wèn)題，可通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)速，用風(fēng)輪蓄能特性吸收風(fēng)波動(dòng)造成的功率波動(dòng)，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(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)風(fēng)輪風(fēng)輪系統(tǒng)系

33、統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)傳動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速槳距角發(fā)電功率風(fēng)速轉(zhuǎn)速給定功率給定第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(gè)隨動(dòng)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(gè)非線性控制器，具有死區(qū)補(bǔ)償和變槳限制功能。死區(qū)用來(lái)補(bǔ)償液壓及變距機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制三、變槳距控制（并網(wǎng)前）三、

34、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(dòng)到并網(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(dòng)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(dòng)目的；非線性環(huán)節(jié)使增益隨節(jié)距角增加而減小，補(bǔ)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(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)風(fēng)輪風(fēng)輪系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)傳動(dòng)傳動(dòng)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(bǔ)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(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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

35、到最大攻角，低于額定功率（額定風(fēng)速）時(shí)控制器輸出飽和，攻角最大；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(guò)額定風(fēng)速后，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)起到快速補(bǔ)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(shí)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(shí)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(dòng)時(shí)，由于變槳調(diào)節(jié)的滯后使驅(qū)動(dòng)功率發(fā)生波動(dòng)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)子電流）使機(jī)組轉(zhuǎn)速變化而維持功率恒定，利用風(fēng)輪儲(chǔ)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(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)風(fēng)輪風(fēng)輪系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)傳動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速槳距角發(fā)電功率風(fēng)速額定功

36、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(hào)濾波器+-+-+-+-第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制四、發(fā)電功率控制四、發(fā)電功率控制1、發(fā)電機(jī)功率參考曲線、發(fā)電機(jī)功率參考曲線 功率給定曲線在點(diǎn)劃線限制的范圍內(nèi)變化，發(fā)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)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(lì)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(dòng)勢(shì)2021

37、22244. 444. 4SENSfNfEl發(fā)電功率與轉(zhuǎn)子電流成正比，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(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制四、發(fā)電功率控制四、發(fā)電功率控制 MSn0ns10電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)R2R1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)電機(jī)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(chǎng)轉(zhuǎn)速）兩種運(yùn)行狀態(tài)：nns為電動(dòng)機(jī)方式；nns發(fā)電機(jī)狀態(tài)?；盥剩?發(fā)電狀態(tài)時(shí)為負(fù)值與功率成正比的電流

38、可表示為： pfns60%100ssnnnS220220222022222RSESfLRSELfRSEXREI轉(zhuǎn)子靜止時(shí)感應(yīng)電勢(shì)接近同步速時(shí)S很小分析：高于額定風(fēng)速時(shí)，如發(fā)生擾動(dòng)轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，感應(yīng)電勢(shì)變化，電流亦將變化，通 過(guò)電阻的變化可以維持電流不變，因此維持功率瞬時(shí)穩(wěn)定（克服擾動(dòng)）。 反之，低于額定風(fēng)速時(shí)，通過(guò)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(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電

39、機(jī)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(guò)高，設(shè)定值145bar系統(tǒng)維修時(shí)，可調(diào)節(jié)流閥閥用來(lái)釋放來(lái)自蓄能器的壓力油油位開關(guān)用來(lái)防止油溢出或泵在無(wú)油情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。油箱內(nèi)設(shè)有PT100溫度檢測(cè)與報(bào)警，液壓泵站第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制五

40、、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(shí)緊急順槳閥通電，電磁閥1通電使先導(dǎo)止回閥雙向流動(dòng)。比例閥“直通”時(shí)，活塞向右運(yùn)動(dòng)，槳葉節(jié)距向-5方向調(diào)節(jié)。比例閥“跨接”時(shí)，節(jié)距角向88方向調(diào)節(jié)，液壓缸左側(cè)壓力油回壓力管路（活塞右側(cè)面積大于左側(cè)）。緊急順槳閥緊急順槳閥電磁閥電磁閥1電磁閥2第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制五、液壓變距系統(tǒng)五、液壓變距

41、系統(tǒng) M油泵油箱濾油器溢流閥壓力傳感器節(jié)流閥節(jié)流閥1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液壓系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài)緊急順槳閥斷電，壓力油通過(guò)節(jié)流閥2進(jìn)入液壓缸右端。左端壓力油經(jīng)節(jié)流閥1回油箱，順槳88。電磁閥1斷電，先導(dǎo)止回閥變?yōu)閱蜗蜷y，防止風(fēng)作用力矩使液壓缸活塞向右運(yùn)動(dòng)。急停狀態(tài)防止蓄能器油量不夠活塞行程，風(fēng)的自變力矩將幫助緊急順槳，補(bǔ)充油來(lái)自活塞左部及油箱吸油管。節(jié)流閥用來(lái)限制變槳速度在9左右。節(jié)流閥節(jié)流閥2緊急順槳閥緊急順槳閥電磁閥電磁閥1第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制五、液壓變距系統(tǒng)五、液壓變距系統(tǒng) M

42、油泵油箱濾油器溢流閥壓力傳感器節(jié)流閥比例閥蓄能器蓄能器可調(diào)節(jié)流閥ABPT電磁閥電磁閥先導(dǎo)止回閥單向閥壓力開關(guān)壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗剎車鉗900制動(dòng)機(jī)構(gòu)開機(jī)指令發(fā)出后，電磁閥通電，制動(dòng)卡鉗排油到油箱，剎車被釋放。停機(jī)指令發(fā)出后，電磁閥失電，蓄能器壓力油進(jìn)入制動(dòng)液壓缸，實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作。制動(dòng)器一側(cè)裝有螺桿活塞泵，用來(lái)當(dāng)液壓系統(tǒng)不能加壓時(shí)制動(dòng)風(fēng)力機(jī)。壓力開關(guān)用來(lái)檢測(cè)制動(dòng)壓力，因壓力過(guò)高（大于23bar）會(huì)造成傳動(dòng)系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p壞。螺桿活塞泵螺桿活塞泵第五章第五章 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)一、最大風(fēng)能追蹤一、最大風(fēng)能追蹤 風(fēng)力機(jī)的實(shí)際機(jī)械輸出功率為 ：例：1.5106=(3.14/2)

43、 0.41.27402V3, V約為10(米/秒)葉尖速比 為：如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終在最佳葉尖速比處，則風(fēng)力機(jī)在最佳功率曲線上將會(huì)輸出最大功率：在上述公式中，功率與風(fēng)速的關(guān)系換成了功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。此時(shí) 是指最佳轉(zhuǎn)速。 風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的轉(zhuǎn)速功率曲線如右圖322VRCPpmVRnVRww/2/332maxmax)(2wwoptwpkRRCPw第五章第五章 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制技術(shù)一、最大風(fēng)能追蹤一、最大風(fēng)能追蹤 追蹤最大風(fēng)能的過(guò)程追蹤最大風(fēng)能的過(guò)程： 假設(shè)在風(fēng)速V3下原風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在曲線上的A點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為1。如果某時(shí)刻風(fēng)速升高至V2，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，所以其運(yùn)行

44、點(diǎn)就會(huì)由A點(diǎn)跳變至B點(diǎn)，風(fēng)力機(jī)輸出功率由PA突增至PB。由于風(fēng)力機(jī)功率突然增大，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩失衡，于是發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速開始上升，風(fēng)力機(jī)將沿著BC曲線增速。當(dāng)?shù)竭_(dá)風(fēng)力機(jī)功率曲線與其最佳功率曲線相交的C點(diǎn)時(shí)，功率再一次平衡，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為2，就是對(duì)應(yīng)于風(fēng)速的最佳轉(zhuǎn)速。 上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)條件是機(jī)組轉(zhuǎn)速可調(diào)，定速（同步發(fā)電機(jī)）機(jī)組的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)決定；異步發(fā)電機(jī)（轉(zhuǎn)子電流可調(diào)）的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍很小，難于實(shí)現(xiàn)大范圍；雙饋型機(jī)組的轉(zhuǎn)差率約為30%，因此，效率較高。第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Doubly-Fed Indu

45、ction Generator，簡(jiǎn)稱DFIG）是一種繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)，由于其定、轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故簡(jiǎn)稱雙饋電機(jī)。特點(diǎn)是通過(guò)變頻器給轉(zhuǎn)子加入交流勵(lì)磁。交流勵(lì)磁電流的幅值、頻率、相位是可調(diào)的，他們的作用可簡(jiǎn)述為：1、勵(lì)磁電流幅值勵(lì)磁電流幅值可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率。2、勵(lì)磁電流頻率勵(lì)磁電流頻率可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲。3、勵(lì)磁電流相位勵(lì)磁電流相位可以改變電機(jī)的功率角，可以調(diào)節(jié)有功和無(wú)功功率。 第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 雙饋電機(jī)的基本工作原理：雙饋電機(jī)的基本工作原理： 當(dāng)轉(zhuǎn)子三相繞組施以交流，在電機(jī)的氣隙中

46、會(huì)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)， 此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與通入交流電的頻率及電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)，即： 2260fnp則只要維持nn2=n1=常數(shù)，定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)頻率將始終維持為f1不變。雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為 11nnSn則轉(zhuǎn)子電流頻率應(yīng)為： 2111211pnp(nn)pnnnff S606060n雙饋發(fā)電機(jī)有以下三種運(yùn)行狀態(tài)：雙饋發(fā)電機(jī)有以下三種運(yùn)行狀態(tài)：亞同步運(yùn)行狀態(tài):nn1,n2與n轉(zhuǎn)向相反。同步運(yùn)行狀態(tài):n=n1,f2=0,與普通的同步電機(jī)一樣。 第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 雙饋電機(jī)的等效電路：雙饋電機(jī)的等效電路：定子按發(fā)

47、電機(jī)慣例，轉(zhuǎn)子按電動(dòng)機(jī)慣例，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)向相反為正，轉(zhuǎn)差率s按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速為正，可得雙饋發(fā)電機(jī)的基本方程式：.11111.22222.12.12()mmmRjXRjXssjXUE IUEIEEIIII .22222XjsRIEsU2I2U2E1I1E1U式中， 、 為定子側(cè)的電阻與漏抗 、 分別為轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的電阻和漏抗 為激磁電抗， 為勵(lì)磁電流1R1X2R2XmXmI雙饋電機(jī)就是在普通繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中增加了一個(gè)勵(lì)磁電源，恰恰是這個(gè)交流勵(lì)磁電源的加入大大改善了雙饋電機(jī)的調(diào)節(jié)特性，使其表現(xiàn)出比其他電機(jī)更優(yōu)越的一些特性。 第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

48、控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與三相繞線式感應(yīng)電機(jī)相似，是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。為了建立數(shù)學(xué)模型，一般作如下假設(shè)： 三相繞組對(duì)稱，忽略高次諧波，磁勢(shì)沿氣隙圓周按正弦分布。 忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是線性的。 忽略鐵損。 不考慮頻率和溫度變化對(duì)繞組的影響。在建立基本方程之前，有幾點(diǎn)必須說(shuō)明：1、首先要選定好磁鏈、電流和電壓的正方向。圖（3-9）所示為雙饋電機(jī)的物理模型和結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，定子三相繞組軸線A、B、C在空間上是固定的，a、b、c為轉(zhuǎn)子軸線并且隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，為轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸之間的

49、電角度電角度。它與轉(zhuǎn)子的機(jī)械角位移 的關(guān)系為， 為極對(duì)數(shù)。2、為了簡(jiǎn)單起見，在下面的分析過(guò)程中，我們假設(shè)轉(zhuǎn)子繞組各個(gè)參數(shù)已經(jīng)折算到定子側(cè)，折算后定、轉(zhuǎn)子每相繞組匝數(shù)相等。rm/mrpnpn于是，實(shí)際電機(jī)就被等效為右圖的物理模型了。雙饋電機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括：電壓方程、磁連方程、運(yùn)動(dòng)方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程等。 第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 電壓方程：電壓方程：交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)定子繞組電壓方程為： AAsADiruBBsBDiruCCsCDiru交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電壓方程為： aaraDirubr bburiDccrcDiru

50、可用矩陣形式表示為： cbaCBAcbaCBArrrssscbaCBADDDDDDiiiiiirrrrrruuuuuu000000000000000000000000000000式中的電壓與電流為瞬時(shí)值第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 磁鏈方程磁鏈方程 定轉(zhuǎn)子各繞組的合成磁鏈?zhǔn)怯筛骼@組自感磁鏈與其它繞組互感磁鏈組成，按照上面的磁鏈正方向，磁鏈方程式為： cbaCBAcccbcacCcBcAbcbbbabCbBbAacabaaaCaBaACcCbCaCCCBCABcBbBaBCBBBAAcAbAaACABAAcbaCBAi

51、iiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL主對(duì)角線元素是與下標(biāo)對(duì)應(yīng)繞組的自感，其它元素是與下標(biāo)對(duì)應(yīng)的兩繞組間互感。 定子各相自感為漏感加主電感：轉(zhuǎn)子各相自感為漏感加主電感：由于折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等，氣隙、磁阻相等，即磁路相同，故 ：mslsCCBBAALLLLLmrlrccbbaaLLLLLmsmrsrLLL定子三相彼此之間和轉(zhuǎn)子三相彼此之間的空間位置都是固定的（相位差是120），故為常值 01cos1202msmsLL 于是：msACCBBACABCABLLLLLLL21mraccbbacabcabLLLLLLL21第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)

52、組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 定子任一相和轉(zhuǎn)子任一相之間的位置是變化的，互感是定、轉(zhuǎn)子繞組軸線電角度 的余弦函數(shù)。當(dāng)兩套繞組恰好處于同軸時(shí)，互感有最大值（互感系數(shù)），于是： rrsrCcCcbBBbaAAaLLLLLLLcos)32cos(rsrcBBccAAcbAAbLLLLLLL)32cos(rsrbCCbaBBacAAcLLLLLLL代入磁鏈方程，就可以得到更進(jìn)一步的分塊矩陣的形式磁鏈方程：abcABCrrrssrssabcABCiiLLLL其中：TCBAABCTcbaabcTCBAABCiiiiTcbaabciiii11221122112

53、2mslsmsmsssmsmslsmsmsmsmslsLLLLLLLLLLLLL112211221122mrlrmrmrrrmrmrlrmrmrmrmrlrLLLLLLLLLLLLL22coscos()cos()3322cos()coscos()3322cos()cos()cos33rrrTrssrsrrrrrrrLLL定轉(zhuǎn)子互感矩陣互為轉(zhuǎn)置，且與轉(zhuǎn)角位置有關(guān)，各元素是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個(gè)根源。為了把變參數(shù)轉(zhuǎn)化為常參數(shù)需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，這將于后面討論。 第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程 交流勵(lì)磁

54、電機(jī)內(nèi)部電磁關(guān)系的建立，離不開輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和由此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系。簡(jiǎn)單起見，忽略電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的摩擦，則轉(zhuǎn)矩之間的平衡關(guān)系為：mepJ dTTndt從磁場(chǎng)能量根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，可以得出電磁轉(zhuǎn)矩方程：122sinsin32sin3TTrssreprssrrrpsrA aB bC crA bB cC arA cB aC brLLTniiiin Li ii ii ii ii ii ii ii ii i 第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制 小結(jié)：小結(jié)： 上述公式是在磁路為線性、磁場(chǎng)在空間按正弦分布的假定條件下得

55、出的，但對(duì)定、轉(zhuǎn)子的電流的波形沒有作任何假定，它們都是任意的。因此，上述電磁轉(zhuǎn)矩公式對(duì)研究由變頻器供電的三相轉(zhuǎn)子繞組很有實(shí)用意義。 上述公式構(gòu)成了交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。該數(shù)學(xué)模型既是一個(gè)多輸入多輸出的高階系統(tǒng)，又是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。分析和求解這組方程是非常困難的，即使繪制一個(gè)清晰的結(jié)構(gòu)圖也并非容易。為了使交流勵(lì)磁電機(jī)具有可控性、可觀性，必須對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化、解耦，使其成為一個(gè)線性、解耦的系統(tǒng)。其中簡(jiǎn)化、解耦的有效方法就是矢量坐標(biāo)變換方法矢量坐標(biāo)變換方法。S第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制（矢量控制的基本概念）二、雙饋風(fēng)電

56、機(jī)組的控制（矢量控制的基本概念） 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流If產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)及勵(lì)磁磁通；驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)及勵(lì)磁磁通；驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電樞電流子感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電樞電流Ia，后者產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。，后者產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)。電磁剎車轉(zhuǎn)矩電磁剎車轉(zhuǎn)矩T正比于正比于（I If f）Ia由于直流發(fā)電機(jī)的由于直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)垂直，改變其中一與電樞磁動(dòng)勢(shì)垂直，改變其中一個(gè)的大小并不影響另一個(gè)，相互沒有耦合（解耦），因此可以實(shí)個(gè)的大小并不影響另一個(gè)，相互沒有耦合（解耦），因此可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)節(jié)。現(xiàn)獨(dú)立調(diào)節(jié)。 1、直流發(fā)電機(jī)矢量控制、直流發(fā)電機(jī)矢量控制IfFf

57、FanIaNffTNS第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制二、雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制（矢量控制的基本概念）矢量控制的基本概念） 多變量、強(qiáng)耦合、非線性，難以控制。多變量、強(qiáng)耦合、非線性，難以控制。定子三相繞組電流定子三相繞組電流Ia產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電樞磁動(dòng)勢(shì)Fa，轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子電流If產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)產(chǎn)生勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)勢(shì)Ff，空間角度為，空間角度為。兩者轉(zhuǎn)速相同，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（同步、異。兩者轉(zhuǎn)速相同，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（同步、異步均如此），即相對(duì)靜止。步均如此），即相對(duì)靜止。Ia產(chǎn)生的產(chǎn)生的Fa是旋轉(zhuǎn)的，如果站在轉(zhuǎn)子上看，是旋轉(zhuǎn)的，如果站在轉(zhuǎn)子上看， Fa是靜止的，

58、且是靜止的，且Ia 是直流，這就是坐標(biāo)變換的出發(fā)點(diǎn)是直流，這就是坐標(biāo)變換的出發(fā)點(diǎn)。 磁動(dòng)勢(shì)與對(duì)應(yīng)的電流在時(shí)磁動(dòng)勢(shì)與對(duì)應(yīng)的電流在時(shí)空上有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以，可空上有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以，可以將電流、電動(dòng)勢(shì)、電壓看成空間矢量。且可以不再使用磁動(dòng)勢(shì)以將電流、電動(dòng)勢(shì)、電壓看成空間矢量。且可以不再使用磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。2、交流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)FfFanIaIfAZYCBX第四章第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制二、雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制（矢量控制的基本概念）二、雙饋風(fēng)電機(jī)組的控制（矢量控制的基本概念） 在轉(zhuǎn)子磁極中心線上放上坐標(biāo)，稱為在轉(zhuǎn)子磁極中心線上放上坐標(biāo)，稱為d軸（直軸）

59、；與之正交的地軸（直軸）；與之正交的地方放上坐標(biāo)，稱為方放上坐標(biāo)，稱為q軸（交軸）。所以，軸（交軸）。所以， Ff、If 都在都在d軸上軸上 設(shè)設(shè)Ia及及Fa如右圖，負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢(shì)合成為氣隙磁動(dòng)勢(shì)如右圖，負(fù)載運(yùn)行時(shí)磁動(dòng)勢(shì)合成為氣隙磁動(dòng)勢(shì)F，并產(chǎn)，并產(chǎn)生氣隙磁通密度生氣隙磁通密度B 。他與直流電機(jī)的。他與直流電機(jī)的Ff對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的NS極其相似。極其相似。 矢量矢量FfFaF也可用也可用IfIaI表示，后者也具有空間矢量的性質(zhì)。表示，后者也具有空間矢量的性質(zhì)。 與直流電機(jī)相比，與直流電機(jī)相比， Ff、Fa不具有解耦控制的特點(diǎn)。不具有解耦控制的特點(diǎn)。 令令M軸與軸與B重合，即所謂的磁場(chǎng)定向。重合，

60、即所謂的磁場(chǎng)定向。T是與是與M垂直的坐標(biāo)。垂直的坐標(biāo)。 此時(shí)，此時(shí)，F(xiàn)相當(dāng)于直流電機(jī)的相當(dāng)于直流電機(jī)的Ff，但，但Ff與與Fa夾角不是夾角不是90o。由于。由于變變成了成了，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的磁動(dòng)勢(shì)為，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的磁動(dòng)勢(shì)為Fa向向T軸的投影，即軸的投影，即Fasin，或，或用用IT=Iasin表示，叫轉(zhuǎn)矩電流分量。表示，叫轉(zhuǎn)矩電流分量。 Im=Iacos叫磁場(chǎng)電流分量，是電樞反映。叫磁場(chǎng)電流分量，是電樞反映。 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T=CIasin= CIT 控制問(wèn)題：控制問(wèn)題：a氣隙磁鏈定向控制，包括幅值與相位；氣隙磁鏈定向控制，包括幅值與相位； b轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)矩電流）控制。轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)矩電流）