南京工業(yè)大學(xué)風(fēng)力發(fā)電原理 第六章

風(fēng)力發(fā)電原理譚劍鋒第六章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制及安全第六章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制需要掌握：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)風(fēng)力機(jī)控制發(fā)電機(jī)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全保護(hù)一、控制技術(shù)風(fēng)的隨機(jī)性風(fēng)電并網(wǎng)最佳風(fēng)能利用及安全發(fā)電機(jī)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)安全保護(hù)一、控制技術(shù)1、基本控制要求控制對(duì)象：風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)目標(biāo)：風(fēng)力機(jī)最佳風(fēng)力利用效率和額定功率運(yùn)行及安全階段：停機(jī)狀態(tài)低于額定風(fēng)速狀態(tài)高于額定風(fēng)速狀態(tài)極限風(fēng)速的停機(jī)狀態(tài)一、控制技術(shù)控制基本構(gòu)型一、控制技術(shù)風(fēng)輪控制：槳距角(輸入)，轉(zhuǎn)速(輸出)發(fā)電機(jī)控制：勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)差速率等(輸入)，電壓、頻率、功率等(輸出)兆瓦級(jí)發(fā)電機(jī)組：普通異步發(fā)電機(jī)、雙饋式異步發(fā)電機(jī)、直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)普通異步發(fā)電機(jī)：控制發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)與脫網(wǎng)，補(bǔ)償電容器的切換控制雙饋式異步發(fā)電機(jī)直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)與脫網(wǎng)，變流器變頻基本控制參數(shù)一、控制技術(shù)發(fā)電機(jī)控制構(gòu)型普通異步發(fā)電機(jī)雙饋式異步發(fā)電機(jī)直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)一、控制技術(shù)變流器：電子器件組成的交-直-交變頻器，實(shí)現(xiàn)交流電的頻率變化雙饋異步發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)子電流頻率與電網(wǎng)頻率存在差別，需進(jìn)變流器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)頻率同步直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)：定子電流頻率與電網(wǎng)頻率存在差別對(duì)電機(jī)的控制通過(guò)對(duì)變流器的控制實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)基本要求發(fā)電機(jī)并網(wǎng)與脫網(wǎng)，并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)組的沖擊最小，平穩(wěn)并網(wǎng)，脫網(wǎng)時(shí)機(jī)組不能超速、安全停機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)風(fēng)，解纜各部件溫度控制故障報(bào)警和停機(jī)安全鏈系統(tǒng)一、控制技術(shù)控制系統(tǒng)基本功能根據(jù)風(fēng)速信號(hào)自動(dòng)進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)或從電網(wǎng)自動(dòng)切除根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制根據(jù)風(fēng)向信號(hào)自動(dòng)對(duì)風(fēng)根據(jù)電網(wǎng)和輸出功率要求自動(dòng)進(jìn)行功率因素調(diào)整當(dāng)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)時(shí)，能確保機(jī)組安全停機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，并自行判斷和采取保護(hù)措施風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行具有遠(yuǎn)程通信功能抗干擾和防雷保護(hù)措施一、控制技術(shù)2、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)底部變流器柜：雙饋發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)及發(fā)電機(jī)發(fā)電過(guò)程控制塔筒控制柜：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制、顯示操作和通信機(jī)艙控制柜：機(jī)組制動(dòng)、偏航及液壓系統(tǒng)、變速箱等溫度調(diào)節(jié)，各參數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)向檢測(cè)一、控制技術(shù)單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與中央監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控一、控制技術(shù)3、控制過(guò)程無(wú)人值守、自動(dòng)起動(dòng)、并網(wǎng)、發(fā)電、停機(jī)待機(jī)狀態(tài)、起動(dòng)狀態(tài)、欠功率運(yùn)行狀態(tài)、額定功率運(yùn)行狀態(tài)、正常停機(jī)狀態(tài)、緊急停機(jī)狀態(tài)待機(jī)狀態(tài)機(jī)組運(yùn)行部件均檢測(cè)正常，風(fēng)速低于3.5m/s。執(zhí)行機(jī)構(gòu)和信號(hào)處于實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)，制動(dòng)盤松開(kāi)，葉尖擾流器收回，處于順槳狀態(tài)一、控制技術(shù)起動(dòng)過(guò)程風(fēng)速增加，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加到一定轉(zhuǎn)速，為并網(wǎng)做好準(zhǔn)備10min電網(wǎng)電壓及頻率正常，風(fēng)速超過(guò)3.5m/s，控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和檢測(cè)信號(hào)正常，槳距從順槳轉(zhuǎn)至合適角度。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動(dòng)在電動(dòng)機(jī)提高轉(zhuǎn)速(發(fā)電機(jī))機(jī)組并網(wǎng)過(guò)程機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，合閘開(kāi)關(guān)接入電網(wǎng)普通異步發(fā)電機(jī)：機(jī)組轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，晶閘管開(kāi)始觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通角隨轉(zhuǎn)速增加而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，晶閘管完全導(dǎo)通，超過(guò)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電，旁路接觸器閉合，晶閘管停止觸發(fā)雙饋發(fā)電機(jī)：控制交流器控制轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁完成，控制勵(lì)磁電壓幅值、頻率、相位、相序?qū)崿F(xiàn)，容易并網(wǎng)。一、控制技術(shù)直驅(qū)發(fā)電機(jī)：控制全功率變流器完成并網(wǎng)。首先起動(dòng)網(wǎng)側(cè)變流器調(diào)制單元給直流母線預(yù)充電，接著起動(dòng)電機(jī)側(cè)變流器調(diào)制單元并檢測(cè)機(jī)組轉(zhuǎn)速，跟蹤電網(wǎng)電壓、電流波形與相位。電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，全功率變流器控制功率模塊和變流器網(wǎng)側(cè)電抗器、電容器使系統(tǒng)輸出電壓、頻率等于電網(wǎng)電壓和頻率，檢測(cè)電網(wǎng)電壓與變流器網(wǎng)側(cè)電壓相位差，相等時(shí)并網(wǎng)。欠功率運(yùn)行狀態(tài)風(fēng)速低于額定風(fēng)速，調(diào)整槳距角至最大風(fēng)能處，通過(guò)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速追蹤最佳葉尖速比，達(dá)到最大風(fēng)能捕捉。雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差速率±25%，直驅(qū)發(fā)電機(jī)10~22r/min，普通異步發(fā)電機(jī)不可調(diào)一、控制技術(shù)額定功率運(yùn)行狀態(tài)風(fēng)速高于額定風(fēng)速，變槳距角保持輸出功率在額定功率附近。風(fēng)速波動(dòng)雙饋異步發(fā)電機(jī)：調(diào)整轉(zhuǎn)差速率調(diào)整風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，存儲(chǔ)多余風(fēng)能，達(dá)到穩(wěn)定輸出功率。

定槳距：依靠失速特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出功率。停機(jī)狀態(tài)正常停機(jī)：槳葉順槳發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)機(jī)械制動(dòng),(自動(dòng)重新啟動(dòng))緊急停機(jī)：快速順槳，發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)并機(jī)械制動(dòng)(安全鏈動(dòng)作，人工重新啟動(dòng))二、風(fēng)力機(jī)控制風(fēng)的隨機(jī)性風(fēng)電并網(wǎng)最佳風(fēng)能利用及安全發(fā)電機(jī)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制技術(shù)風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)安全保護(hù)二、風(fēng)力機(jī)控制1、空氣動(dòng)力學(xué)原理風(fēng)速變化，葉尖速比變化，功率系數(shù)變化，對(duì)應(yīng)唯一的最大風(fēng)能捕獲控制：風(fēng)速變化，發(fā)電機(jī)功率<額定功率，調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和槳距角，追蹤最佳功率曲線，獲得最大風(fēng)能系數(shù)恒功率控制：風(fēng)速增加到額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)的輸出功率達(dá)到額定功率附近，風(fēng)速機(jī)械增加，通過(guò)增大槳距角減小發(fā)電機(jī)輸出功率，維持額定功率附近二、風(fēng)力機(jī)控制負(fù)攻角小攻角大攻角主動(dòng)失速變槳距控制：減小槳距角，葉片失速限制總距主動(dòng)變槳距控制：增大槳距角，減小攻角，減小升力實(shí)現(xiàn)功率限制改變攻角，改變升阻比，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)階段：改變合適攻角，獲得最大起動(dòng)力矩恒功率階段：二、風(fēng)力機(jī)控制2、定槳距風(fēng)力機(jī)控制控制風(fēng)能吸收方式：葉片失速和主動(dòng)變槳距定槳距風(fēng)力機(jī)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槳葉與輪轂固定連接，葉片安裝角不變失速區(qū)域從根部擴(kuò)展至尖部必須解決問(wèn)題：風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，葉片失速能槳功率限制在額定功率附近風(fēng)力發(fā)電機(jī)組突甩電網(wǎng)，機(jī)組安全停機(jī)二、風(fēng)力機(jī)控制葉片自動(dòng)失速性能：葉片翼型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)葉片制動(dòng)能力：葉尖擾流器和機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)定槳距控制槳距角不變，普遍采用普通異步發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速不可調(diào)，最大功率系數(shù)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速固定雙速發(fā)電機(jī)提高低風(fēng)速和高風(fēng)速風(fēng)能利用系數(shù)通過(guò)葉片失速特性和葉尖擾流器實(shí)現(xiàn)功率控制，優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，性能可靠，缺點(diǎn)：葉片重量較大，輪轂、塔架受力較大，不容易起動(dòng)，必須配備專門起動(dòng)程序不適合大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組二、風(fēng)力機(jī)控制變槳距風(fēng)力機(jī)3、變槳距風(fēng)力機(jī)控制葉片與輪轂通過(guò)變距機(jī)構(gòu)連接相同額定功率點(diǎn)，變槳對(duì)應(yīng)風(fēng)速<定槳定槳：低風(fēng)速利用系數(shù)較高，接近額定點(diǎn)時(shí)，利用系數(shù)大幅下滑，超過(guò)額定點(diǎn)，葉片失速，功率下滑變槳：通過(guò)變槳距角，低風(fēng)速最大利用系數(shù)，高風(fēng)速，恒定額定功率兆瓦級(jí)采用二、風(fēng)力機(jī)控制變槳距控制特性：運(yùn)行工況隨風(fēng)速變化切換起動(dòng)并網(wǎng)階段：條件：風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速并保持一定時(shí)間目標(biāo)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的升速和并網(wǎng)任務(wù)：發(fā)電機(jī)快速平穩(wěn)升速，恒定轉(zhuǎn)速最大風(fēng)能捕獲階段：條件：風(fēng)速<額定風(fēng)速，功率<額定功率目標(biāo)：最大限度利用風(fēng)能任務(wù)：最大風(fēng)能利用角度，勵(lì)磁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恒定功率控制階段：條件：風(fēng)速>額定風(fēng)速，功率>額定功率目標(biāo)：功率≈額定功率，<功率極限任務(wù)：調(diào)節(jié)槳距角使功率恒定二、風(fēng)力機(jī)控制超風(fēng)速切出階段：條件：風(fēng)速>切出風(fēng)速目標(biāo)：機(jī)組安全停機(jī)任務(wù)：葉片順槳第二、四階段槳距分別為最佳風(fēng)能吸收角度和順槳角度的極端，采用開(kāi)環(huán)順序控制第一、三階段為連續(xù)控制第一階段可采用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制功率控制首要控制目標(biāo)：功率控制控制目標(biāo)：低于額定風(fēng)速實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功率曲線(最大風(fēng)能捕獲)高于額定風(fēng)速控制功率額定值(恒功率控制)二、風(fēng)力機(jī)控制低于額定風(fēng)速：動(dòng)量理論：最佳功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比，消除轉(zhuǎn)速控制對(duì)風(fēng)速的依賴和風(fēng)速測(cè)量不可靠性變槳距功率控制方式：主動(dòng)失速控制：向失速方向變槳距，失速狀態(tài)氣動(dòng)特性精度預(yù)測(cè)難，葉片負(fù)載和功率波動(dòng)變槳距控制：向小攻角方向變槳，是大型風(fēng)力機(jī)功率控制的主要方式槳距角處于最佳風(fēng)能吸收效率角度(2°~3°)根據(jù)風(fēng)速調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持最佳葉尖速比二、風(fēng)力機(jī)控制功率控制特點(diǎn)風(fēng)速<額定風(fēng)速，

1最大風(fēng)能捕獲，轉(zhuǎn)速升高

2轉(zhuǎn)速達(dá)到極限，功率<額定，恒轉(zhuǎn)速控制風(fēng)速>額定風(fēng)速，恒功率控制升轉(zhuǎn)速控制、并網(wǎng)控制、恒Cp控制、恒轉(zhuǎn)速控制、恒功率控制多擾動(dòng)因素：雷諾數(shù)(5%)，葉片沉積物(20%),電網(wǎng)、風(fēng)速(最大影響)變槳距執(zhí)行系統(tǒng)的大慣性與非線性：液壓和電機(jī)氣動(dòng)非線性：變槳距系統(tǒng)的主要特性是風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性，風(fēng)能利用系數(shù)曲線是槳距角和葉尖速比的非線性函數(shù)工況頻繁切換：一、控制技術(shù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變槳距控制系統(tǒng)工作方式：并網(wǎng)前轉(zhuǎn)速控制和并網(wǎng)后功率控制采用經(jīng)典PI控制算法，通過(guò)轉(zhuǎn)速吸收和釋放風(fēng)速波動(dòng)，接近變距的延遲性風(fēng)速<切入速度：調(diào)整槳距角控制轉(zhuǎn)速，起動(dòng)階段升速并網(wǎng)風(fēng)速<額定風(fēng)速：槳距角保持最優(yōu)位置，控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持最大Cp轉(zhuǎn)速=極限轉(zhuǎn)速：控制轉(zhuǎn)速恒定，調(diào)整槳距角風(fēng)速>額定風(fēng)速：減小槳距角，恒定功率風(fēng)速>切出風(fēng)速：順槳三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)發(fā)電機(jī)形式：普通異步發(fā)電機(jī)、雙饋式發(fā)電機(jī)、直驅(qū)發(fā)電機(jī)1、發(fā)電機(jī)控制要求與變槳距控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于最佳運(yùn)行狀態(tài)控制要求：風(fēng)速<額定風(fēng)速：風(fēng)能最大捕獲風(fēng)速>額定風(fēng)速：額定功率并網(wǎng)控制限制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的瞬變電流，保證機(jī)組安全發(fā)電機(jī)頻率=電網(wǎng)頻率發(fā)電機(jī)電壓幅值=電網(wǎng)電壓幅值，波形一致發(fā)電機(jī)電壓相序=電網(wǎng)電壓相序發(fā)電機(jī)電壓相位=電網(wǎng)電壓相位同期條件三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)2、異步發(fā)電機(jī)控制普通異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化小，效率低籠型雙速異步發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)雙速異步發(fā)電機(jī)控制定槳距風(fēng)力機(jī)組中較為普遍，通過(guò)改變極對(duì)數(shù)解決低風(fēng)速下效率偏低問(wèn)題。平均風(fēng)速高于氣動(dòng)風(fēng)速時(shí)，機(jī)組起動(dòng)，先小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，風(fēng)速繼續(xù)升高，大發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)風(fēng)速>切入風(fēng)速風(fēng)力機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速≈同步轉(zhuǎn)速小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)風(fēng)速增加轉(zhuǎn)速增加小發(fā)電機(jī)功率=P1小發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速升高轉(zhuǎn)速≈大發(fā)電機(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速大發(fā)電機(jī)并網(wǎng)大發(fā)電機(jī)并網(wǎng)風(fēng)速降低轉(zhuǎn)速降低功率減小=P2轉(zhuǎn)速降低小發(fā)電機(jī)大發(fā)電機(jī)大發(fā)電機(jī)小發(fā)電機(jī)大發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速增加小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)轉(zhuǎn)差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)控制目標(biāo)：調(diào)節(jié)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，保持功率恒定，避免槳距機(jī)構(gòu)頻率起動(dòng)和功率波動(dòng)原理：風(fēng)速變化，轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流變化，功率波動(dòng)，增加可變電阻，恒定轉(zhuǎn)子電流，發(fā)電機(jī)功率輸出恒定。過(guò)程：額定功率TemN，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子電阻R1風(fēng)速增加，轉(zhuǎn)矩增大，點(diǎn)a點(diǎn)b功率>額定功率電阻R1R2，轉(zhuǎn)子電流減小，轉(zhuǎn)矩減小到TemN,功率=額定功率轉(zhuǎn)差速率s1s2轉(zhuǎn)子電流控制：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子回路的串接電阻值維持轉(zhuǎn)子電流恒定可實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，功率消耗在轉(zhuǎn)子回路，效率低于雙饋異步發(fā)電機(jī)三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)轉(zhuǎn)差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)通過(guò)PWM脈沖寬度調(diào)制器控制IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷調(diào)節(jié)外接電阻值電阻值變化范圍：轉(zhuǎn)子自身最小電阻值~轉(zhuǎn)子繞組+外接電阻最大值轉(zhuǎn)差率：0.6%~10%三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)轉(zhuǎn)差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)變槳距調(diào)節(jié)不利于風(fēng)速變化頻率的功率波動(dòng)，需配合轉(zhuǎn)差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)控制器A:

變槳距控制；控制器B:

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流調(diào)節(jié)風(fēng)速<額定風(fēng)速：控制器A執(zhí)行變槳到最大攻角，控制器B根據(jù)實(shí)際功率與給定功率比較調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流，實(shí)現(xiàn)最佳葉尖速比調(diào)節(jié)風(fēng)速>額定風(fēng)速：控制器A執(zhí)行發(fā)電機(jī)輸出功率恒定攻角，控制器B根據(jù)額定功率判斷功率波動(dòng)，改變轉(zhuǎn)子電流瞬間值，利用風(fēng)輪存儲(chǔ)和釋放功率，恒定輸出功率變槳距控制針對(duì)平均風(fēng)速變化調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)差控制風(fēng)速變化高頻分量三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式并網(wǎng)條件低于同期條件，無(wú)需同步和整步，但存在電流沖擊、電壓下降問(wèn)題并網(wǎng)方式：直接并網(wǎng)：要求：發(fā)電機(jī)相序與電網(wǎng)相序相同執(zhí)行：同步轉(zhuǎn)速(90%~100%),空氣開(kāi)關(guān)合閘

問(wèn)題：并網(wǎng)瞬間三相短路現(xiàn)象，電流+4~5倍，電壓瞬時(shí)下降

適用：發(fā)電機(jī)組容量較小，電網(wǎng)容量較大準(zhǔn)同期并網(wǎng)：要求：發(fā)電機(jī)電壓、頻率、相位與電網(wǎng)相同執(zhí)行：轉(zhuǎn)速接近，需整步和調(diào)校

問(wèn)題：沖擊電流小，但必須控制在轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，防網(wǎng)上飛車

適用：電網(wǎng)容量較小三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)降壓并網(wǎng)：要求：發(fā)電機(jī)相序與電網(wǎng)相序相同執(zhí)行：在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)串接電阻或電抗或自耦變壓器，減低并網(wǎng)瞬間沖擊電流和電網(wǎng)電壓下降幅值

問(wèn)題：電阻等消耗功率，經(jīng)濟(jì)性差，并網(wǎng)后切除

適用：電網(wǎng)容量適中晶閘軟管并網(wǎng)：要求：發(fā)電機(jī)相序與電網(wǎng)相序相同執(zhí)行：定子與電網(wǎng)間雙向晶閘管連接

適用：電網(wǎng)容量大雙向晶閘管目的：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)瞬間沖擊電流控制在允許限度內(nèi)大型風(fēng)力發(fā)電普遍采用的并網(wǎng)技術(shù)：晶閘管軟切入并網(wǎng)方法三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)晶閘軟管并網(wǎng)并網(wǎng)過(guò)程：風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組起動(dòng)命令檢查發(fā)電機(jī)相序與電網(wǎng)相序發(fā)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速增加≈同步轉(zhuǎn)速雙向晶閘管180°0°,導(dǎo)通角0°180°,轉(zhuǎn)速升高轉(zhuǎn)差率0晶閘管全通并入電網(wǎng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)合晶閘管失效并入補(bǔ)償電容提高功率因素并網(wǎng)完成三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)3、雙饋發(fā)電機(jī)控制雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)特點(diǎn)：亞同步、超同步、同步狀態(tài)均高效發(fā)電原因：可控轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁技術(shù)優(yōu)越性：矢量控制，定子輸出有功功率與無(wú)功功率的獨(dú)立解耦控制轉(zhuǎn)子變流器：交-直-交電壓型強(qiáng)迫換流變流器：亞同步超同步平穩(wěn)過(guò)渡，但轉(zhuǎn)子電流方波，電機(jī)產(chǎn)生低次諧波轉(zhuǎn)矩交-交變流器：亞同步超同步平穩(wěn)過(guò)渡，但需較多晶閘管，低次諧波轉(zhuǎn)矩脈寬調(diào)制(PWM)控制的IGBT交-直-交變流器：正弦轉(zhuǎn)子電流，無(wú)低次諧波轉(zhuǎn)矩，兆瓦級(jí)普遍采用三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)PWM控制基本原理基本思想：對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，等效獲得所需波形理論基礎(chǔ)：面積等效原則：沖量(面積)相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上，效果基本相同(輸出響應(yīng)波形)正弦波=正弦變化窄度的方型脈沖三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)網(wǎng)側(cè)變化器：電網(wǎng)交流側(cè)單元功率因素控制和保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，保證轉(zhuǎn)子側(cè)變換器和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)可靠性轉(zhuǎn)子側(cè)變換器：根據(jù)發(fā)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)指令變化需要的勵(lì)磁電壓背靠背變流器PWM變流器基本結(jié)構(gòu)目的：電網(wǎng)三相工頻電壓變化成頻率、幅值、相位均可變的勵(lì)磁電壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)雙饋異步發(fā)電機(jī)優(yōu)越性控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差，減小槳距調(diào)節(jié)減低風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲水平減低機(jī)組轉(zhuǎn)矩劇烈起伏，減小旋轉(zhuǎn)部件機(jī)械應(yīng)力，減輕風(fēng)力機(jī)質(zhì)量最優(yōu)化效率運(yùn)作，發(fā)電效率高發(fā)電機(jī)起伏平滑功率輸出，電能質(zhì)量高功率因子可調(diào)風(fēng)力機(jī)獨(dú)立和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行變流器容量小。三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)4、直驅(qū)發(fā)電機(jī)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要機(jī)型之一，效率高、控制效果好變速恒頻控制：發(fā)電機(jī)定子側(cè)實(shí)現(xiàn)頻率變化方式：交流三相橋式整流器直流逆變器恒頻交流電網(wǎng)側(cè)變流器：控制直流側(cè)電壓和電網(wǎng)發(fā)電功率，有功和無(wú)功功率解耦控制發(fā)電機(jī)側(cè)變流器：調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最大功率和效能利用調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，影響永磁同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速三、發(fā)電機(jī)控制技術(shù)5、各發(fā)電機(jī)控制比較轉(zhuǎn)差異步發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)直驅(qū)發(fā)電機(jī)目的方式控制形式變流器功率調(diào)節(jié)增速器變速恒頻變速恒頻變速恒頻定子串接電阻電流恒定轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁定子三相整流有有無(wú)PWM調(diào)節(jié)電阻值PWM交流頻率、電壓、相位獨(dú)立勵(lì)磁三相橋式交-直-交整流無(wú)轉(zhuǎn)子側(cè)小功率定子側(cè)全功率有功、無(wú)功獨(dú)立有功、無(wú)功獨(dú)立有功四、信號(hào)檢測(cè)1、風(fēng)速及風(fēng)向信號(hào)檢測(cè)風(fēng)速與風(fēng)向是重要的風(fēng)況參數(shù)風(fēng)速：功率計(jì)算及風(fēng)力機(jī)控制的重要參考量，誤差5%(±0.5m/s)，風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)風(fēng)杯與四極磁鐵相連，低阻抗線圈產(chǎn)生與風(fēng)速成比例的交流信號(hào)，頻率大小即可得轉(zhuǎn)速風(fēng)向：偏航控制的主要參考量，誤差<5°,風(fēng)向標(biāo)圓筒遮光罩——光電管結(jié)構(gòu)：通過(guò)遮光罩是否遮擋光電管檢測(cè)風(fēng)向光電感應(yīng)傳感器(光電編碼器)：通過(guò)格雷碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)，精度簡(jiǎn)單，可靠四、信號(hào)檢測(cè)2、轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)控制系統(tǒng)重要測(cè)量參數(shù)：風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速要求：精度和準(zhǔn)確度高霍爾傳感器基本原理：霍爾效應(yīng)：帶電半導(dǎo)體置于磁力線和電流方向垂直的磁場(chǎng)中，半導(dǎo)體產(chǎn)生電壓發(fā)電機(jī)和風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸需增加專用測(cè)速齒輪，齒輪與磁極之間磁阻隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)交替改變，產(chǎn)生交變電壓。優(yōu)點(diǎn)：精度高，實(shí)時(shí)性好缺點(diǎn)：易收外界電磁干擾四、信號(hào)檢測(cè)增量式光電編碼器原理：通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量主信號(hào)：產(chǎn)生角度分割脈沖信號(hào)，反應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速零信號(hào)：錯(cuò)誤計(jì)數(shù)的檢測(cè)和每周原點(diǎn)使用旋轉(zhuǎn)方向信息五、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)1、制動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)組具備：空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)空氣動(dòng)力制動(dòng)：葉尖擾流器變槳距的順槳轉(zhuǎn)速減低到一定，不能為0機(jī)械制動(dòng)：盤式制動(dòng)，安裝在高速軸上，減小制動(dòng)力矩，齒輪箱承受制動(dòng)力矩制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：失效保護(hù)原則，失電或液壓系統(tǒng)失效時(shí)處于制動(dòng)五、執(zhí)行機(jī)構(gòu)2、變槳距系統(tǒng)工作狀態(tài)：切入風(fēng)速~切出風(fēng)速，變槳距至最佳風(fēng)能利用系數(shù)和額定功率

>切出風(fēng)速：順槳減速液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)：響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)矩大、失電自動(dòng)保護(hù)電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、葉片單獨(dú)控制，需蓄電池槳距控制設(shè)定上、下限幅，限制執(zhí)行行程五、執(zhí)行機(jī)構(gòu)3、偏航系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)基本功能：1跟蹤風(fēng)向；2自動(dòng)解除電纜纏繞五、執(zhí)行機(jī)構(gòu)偏航控制系統(tǒng)解纜操作偏航系統(tǒng)具備扭攬保護(hù)功能偏航齒輪安裝獨(dú)立的記數(shù)傳感器，記錄轉(zhuǎn)過(guò)齒數(shù)電纜進(jìn)入塔筒內(nèi)，安裝行程開(kāi)關(guān)，電纜扭轉(zhuǎn)超過(guò)設(shè)置值拉動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，安全停機(jī)。六、風(fēng)機(jī)安全保護(hù)控制系統(tǒng)任務(wù)：1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電運(yùn)行控制

2機(jī)組的安全保護(hù)1、安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)三級(jí)保護(hù)：正常