實驗四 風力發(fā)電機組的啟動控制

1、一、實訓目的1. 了解恒速變槳距風力發(fā)電機組的啟動控制要求2. 熟悉并掌握恒速變槳距風力發(fā)電機組的啟動控制過程二、實訓內容1. 學習恒速變槳距風力發(fā)電機組啟動的工作原理2. 編寫風力發(fā)電機組的啟動控制程序，實現(xiàn)風機正確啟動三、實訓步驟1. 恒速變槳距風力發(fā)電機組啟動的工作原理變距風輪的槳葉在靜止時，槳距角為90°，這時氣流對槳葉不產(chǎn)生轉矩，整個槳葉實際上是一塊阻尼板。當風速達到啟動風速時，槳葉向0°方向轉動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風輪開始啟動。在發(fā)電機并入電網(wǎng)以前，變槳距系統(tǒng)的槳距角給定值由發(fā)電機轉速信號控制。轉速控制器按照發(fā)電機轉速的大小，相應改變槳距角設定值的大

2、小。變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的槳距角參考值，調整槳距角，進行所謂的速度控制。其控制系統(tǒng)框圖如圖5-1所示，轉速控制的給定值是恒定的，即同步轉速。圖5-1 發(fā)電機并網(wǎng)前的變槳控制系統(tǒng)框圖為了使控制過程比較簡單，可以在轉速達到發(fā)電機同步轉速前對槳葉槳距并不加以控制。在這種情況下，槳葉槳距只是按所設定的變距速度將槳距角向0°方向打開，直到發(fā)電機轉速上升到同步轉速附近，變槳距系統(tǒng)才開始投入工作。轉速反饋信號與給定值進行比較，當轉速超過同步轉速時，槳葉槳距就向迎風面積增大的方向轉動一個角度。當轉速在同步轉速附近保持一定時間后，發(fā)電機即并入電網(wǎng)。2. 風力發(fā)電機組的啟動控制程序本實驗啟動控制程序分三部

3、分，一部分完成啟動邏輯，一部分完成并網(wǎng)之前的槳距角控制，一部分是初始化設置。（1） 啟動控制邏輯部分的梯形圖程序啟動過程中，首先判定風速是否達到最低啟動風速要求（4m/s），若沒達到，則不啟動；若達到，則啟動，松開機械剎車且啟用自動偏航，并及時復位啟動信號，如圖5-2所示。圖5-2 啟動風速判定及相應動作若10s內機械剎車故障，則啟用安全停車（后續(xù)實驗中將會實現(xiàn)），如圖5-3所示：圖5-3 機械剎車故障檢查對風完成，當發(fā)電機轉速到達一定轉速后，如350r/min，手動調節(jié)槳距角到0°，如圖5-4所示：圖5-4 手動調節(jié)槳距角到0°當槳距角小于1°且發(fā)電機轉速達到1

4、500r/min左右時，進行并網(wǎng)發(fā)電，將控制器方式設置為自動，并將相關信號復位，如圖5-5所示：圖5-5(a) 并網(wǎng)投自動圖5-5(b) 并網(wǎng)投自動后復位信號若并網(wǎng)故障，則啟用安全停車，如圖5-6所示：圖5-6 并網(wǎng)故障檢查（2） 并網(wǎng)之前的槳距角梯形圖控制程序并網(wǎng)之前的槳距角梯形圖控制程序編寫成FC函數(shù)，在主函數(shù)中直接調用即可。FC函數(shù)設計如下：圖5-7 并網(wǎng)之前的槳距角梯形圖控制程序中使用的內部變量在“對風”（風機正向迎風）結束后設定PID控制器手動輸出值為30°，如圖5-8所示：圖5-8 對風完成后槳距角的手動設置再將手動輸出值經(jīng)FC106轉換，輸出控制槳距角，如圖5-9所示：

5、圖5-9 槳距角手動控制風機并網(wǎng)后再次確認PID控制器設定為自動模式，如圖5-10所示：圖5-10 PID控制器模式設置（3） 初始化設置在OB100中進行信號初始化設置，它是在OB1運行之前預先給某些信號賦初值。程序如圖5-11所示：圖5-11(a) 信號初始化設置此外，還應將在偏航實驗中的偏航方式初始化更改為手動，如圖5-11(b)所示：圖5-11(b) 初始化設置更改（4） 主程序調用通過在主程序中給定啟動信號，實行對啟動程序的調用，如圖5-12所示：圖5-12 啟動信號程序（5）其他上述程序中FB2的功能是求平均值函數(shù)，程序如圖5-13所示：圖5-13(a) FB2屬性端口設置圖5-1

6、3(b) FB2求均值程序上述程序中用到的延時計時器為IEC_TIMER類型，設定方法為在“添加新塊”中選擇“數(shù)據(jù)塊”，按圖5-14設置即可。圖5-14 IECTimer設置四、思考題1. 恒速變槳距風力發(fā)電機組啟動的工作原理是什么？變槳距控制是通過葉片和輪轂之間的軸承機構轉動葉片來減小迎角，由此來減小翼型的升力，以達到減小作用在風輪葉片上的扭矩和功率的目的。當風速達到啟動風速時，槳葉向0°方向轉動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風輪開始啟動。在發(fā)電機并入電網(wǎng)以前，變槳距系統(tǒng)的槳距角給定值由發(fā)電機轉速信號控制。轉速控制器按照發(fā)電機轉速的大小，相應改變槳距角設定值的大小。變槳距系統(tǒng)根據(jù)

7、給定的槳距角參考值，調整槳距角，進行所謂的速度控制。2. 恒速變槳距風力發(fā)電機組啟動程序中第一步為什么是“對風”？風力機正常運行最重要的有這樣兩個工況：(1)風速低于額定風速(2)風速高于額定風速，風輪是風力發(fā)電機組中最主要的受力部件。在風切變和塔影效應的影響下,葉片受力不均,葉片上的載荷發(fā)生變化,這是由不同方位角處氣流流速不同造成的。葉片受到空氣動力載荷的影響會引起風輪葉片的振動,從而帶動機艙、塔架等其他部件的振動,這就要求在不影響風機運轉的情況下控制載荷的大小。因此,對載荷的計算分析與控制,對風力發(fā)電機組的正常工作有著很重要的意義。所以第一步是“對風”。3. 恒速變槳距風力發(fā)電機組啟動時，

8、槳距角的手動調節(jié)為什么要分兩步調節(jié)到零？直接一步可以嗎？測試前需要將葉片轉至0度，釋放變槳機械剎車，轉子鎖定裝置必須鎖定。在測試過程中，葉片的順槳速度、加速度、槳距角給定值和槳距角實際值都必須記錄。需要在轉子處于Y位置時進行一次，將葉輪旋轉90度和180度，再分別進行一次。4. 在OB100中，為什么要將M1.3的初始化值由“1”改為“0”？若不改，在風車啟動時會發(fā)生什么情況？風車啟動會一直轉不能停止。5. 功能塊FC105和FC106的功能分別是什么？各用于什么情形？FC105功能：SCALE功能接收一個以工程單位表示、且標定于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之間的實型輸入值（IN），并將其轉換為一個整型值。將結果寫入OUT。通過設置LO_LIM > HI_LIM可獲得反向標定。使用反向轉換時，輸出值將隨輸入值的增加而減小。如果輸入整型值大于K2，輸出(OUT)將鉗位于HI_LIM，并返回一個錯誤。如果輸入整型值小于K1，輸出將鉗位于LO_LIM，并返回一個錯誤。FC106功能：UNSCALE功能接收一個以工程單位表示、且標定于