2022年風(fēng)力發(fā)電實驗室建設(shè)方案

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1、建設(shè)項目必須符合的總要求

風(fēng)力發(fā)電實驗室是要求建設(shè)一個符合風(fēng)力發(fā)電專業(yè)和實際風(fēng)電專業(yè)教學(xué)要求的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，包括具有無級可變風(fēng)速及可任意連續(xù)可變風(fēng)向的模擬風(fēng)力源系統(tǒng)（與并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套實驗）和三組無級可變風(fēng)速及60度連續(xù)可變風(fēng)向的模擬風(fēng)力源系統(tǒng)（與小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套實驗）。由一套采用主動偏航齒輪驅(qū)動形式的、模擬大型變槳距變速恒頻風(fēng)力異步雙饋發(fā)電機(jī)組、雙pwm變流器、電氣測控柜和中控臺構(gòu)成的風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，以及由三套小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和配套儀器儀表所組成的一個符合大、小型風(fēng)電機(jī)組實驗技術(shù)要求的綜合風(fēng)力發(fā)電實驗室，以滿足學(xué)生教學(xué)實訓(xùn)要求。同時需要系統(tǒng)地考慮教學(xué)實訓(xùn)項目的要求并具一定的特色。所以本建設(shè)項目具體實施的投標(biāo)單位，不僅要吸收目前并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的新技術(shù)，還應(yīng)緊密結(jié)合教學(xué)的實際，必須全面滿足完成實訓(xùn)項目的要求，模擬風(fēng)場與變槳距異步雙饋發(fā)電機(jī)組必須符合教學(xué)要求的實際原形的物理模擬標(biāo)準(zhǔn)。要能夠觀察到各種工況的物理過程，獲得明確的物理概念，可以探索到現(xiàn)象的本質(zhì)極其變化的基本規(guī)律，在教學(xué)實訓(xùn)中可使風(fēng)力發(fā)電實驗室的作用和功能得到進(jìn)一步的拓展，能夠進(jìn)行典型系統(tǒng)的實訓(xùn)，應(yīng)符合實訓(xùn)教學(xué)的可測試性和可操作性。

2、對模擬風(fēng)場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本要求

以風(fēng)能為動力的發(fā)電設(shè)備，稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。在實際風(fēng)電工程中，安裝在風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動力風(fēng)能是自然風(fēng)，風(fēng)的速度和方向是不斷變化的，而功率與風(fēng)速的立方成正比。因此在實驗室的室外模擬風(fēng)場中必須設(shè)計建設(shè)一個連續(xù)可變風(fēng)速及可任意連續(xù)可變風(fēng)向的模擬風(fēng)力源系統(tǒng)。

在室外模擬風(fēng)場中安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求是采用300w小型風(fēng)力發(fā)電組，整個風(fēng)場用金屬網(wǎng)隔離。

在室內(nèi)安裝的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求設(shè)計制造成采用主動偏航齒輪驅(qū)動形式的、由變槳距風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱和異步雙饋發(fā)電機(jī)組等構(gòu)成風(fēng)電主機(jī)，風(fēng)速和風(fēng)向信號取自于室外模擬風(fēng)場的模擬風(fēng)力源系統(tǒng)，變槳距調(diào)節(jié)信號取自于發(fā)電機(jī)功率。

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動力采用直流調(diào)速電機(jī)，直流調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速與室外模擬風(fēng)場中測得的風(fēng)速成正比。

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能，通過電纜經(jīng)模擬箱式變電站將其電壓由0.69kv模擬升至10kv后，是經(jīng)架空線路或電纜模擬輸送到風(fēng)電場的變電所。

3、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本要求

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功能是將風(fēng)中的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，輸送到電網(wǎng)中。要求并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的在設(shè)定的模擬風(fēng)況和電網(wǎng)條件下能夠長期安全運行。

3.1、并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)

分為風(fēng)輪、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔筒和基礎(chǔ)等幾個部分。

經(jīng)過調(diào)研和綜合分析，為了符合風(fēng)力發(fā)電專業(yè)和實際并網(wǎng)型風(fēng)電工程的教學(xué)要求，本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計制造要求是：采用三葉片（葉片長度根據(jù)實驗室場地允許條件?。﹪@葉片縱向軸線轉(zhuǎn)動的變槳距風(fēng)輪機(jī)，具有主動偏航齒輪驅(qū)動功能，采用雙饋異步發(fā)電機(jī)。

底盤上安裝除了控制器以外的機(jī)組主要部件。

塔架支撐底盤達(dá)到1m的高度，筒內(nèi)安置發(fā)電機(jī)和控制器之間的動力電纜、控制和通信電纜，塔架結(jié)構(gòu)采用筒形?；A(chǔ)根據(jù)實驗室的地質(zhì)情況和塔架筒形結(jié)構(gòu)形式設(shè)計。其中心預(yù)置與塔架連接的基礎(chǔ)部件，保證將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組牢牢固定在基礎(chǔ)上。

3.2、并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

由傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)與制動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制與安全系統(tǒng)等組成。

傳動系統(tǒng)。包括主軸、齒輪箱和聯(lián)軸節(jié)。輪轂與主軸固定連接，將風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩傳遞給齒輪箱。也可將主軸與齒輪箱的輸入軸合為一體。由于模擬大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速可考慮在0～30r/min范圍內(nèi)，通過齒輪箱增速經(jīng)高速軸驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

偏航系統(tǒng)。偏航系統(tǒng)要求跟蹤風(fēng)向的變化，驅(qū)動機(jī)艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直。將模擬風(fēng)向信號經(jīng)傳感器發(fā)給控制器，經(jīng)過與風(fēng)輪的實際方位進(jìn)行比較后，發(fā)出指令給偏航電動機(jī)，驅(qū)動小齒輪沿著與塔架頂部固定的大齒圈移動，經(jīng)過偏航軸承使機(jī)艙傳動，直到風(fēng)輪對準(zhǔn)模擬風(fēng)向后停止。

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液壓系統(tǒng)。要求為油缸和制動器提供驅(qū)動壓力。液壓系統(tǒng)由電動機(jī)、油泵、油箱、過濾器、管路及各種液壓閥等組成。油缸主要是用于驅(qū)動變槳距風(fēng)輪的變距機(jī)構(gòu)。

制動系統(tǒng)。本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求設(shè)置空氣動力制動和機(jī)械制動兩部分。要求變槳距風(fēng)輪能處于順槳位置時模擬利用空氣阻力使風(fēng)輪減速或停機(jī)的狀態(tài)，以便顯示空氣動力制動原理。要求在齒輪箱的高速輸出軸上設(shè)置的盤式制動器，進(jìn)行機(jī)械制動。本實訓(xùn)系統(tǒng)在運行時要讓機(jī)組停機(jī)，首先采用模擬空氣制動，由原動機(jī)減速來模擬風(fēng)輪減速，再采用機(jī)械制動使風(fēng)輪停轉(zhuǎn)。

發(fā)電機(jī)。將風(fēng)輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求采用雙饋異步發(fā)電機(jī)。當(dāng)模擬風(fēng)速增加使齒輪箱高速輸出軸轉(zhuǎn)速達(dá)到異步發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時，機(jī)組并入電網(wǎng)，向電網(wǎng)送電。模擬風(fēng)速繼續(xù)增加，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速也略為升高，增加輸出功率。達(dá)到額定模擬風(fēng)速后，通過風(fēng)輪葉片的調(diào)節(jié)，模擬穩(wěn)定在額定功率不再增加。反之模擬風(fēng)速減小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時，則從電網(wǎng)吸收電能，處于電動機(jī)狀態(tài)，經(jīng)過適當(dāng)延時后脫開電網(wǎng)。

控制系統(tǒng)。包括控制和監(jiān)測兩部分，控制部分要求有手動控制和自動控制。可在現(xiàn)場根據(jù)需要進(jìn)行手動控制，自動控制要求在無人值守的條件下實施運行人員設(shè)置的控制策略，保證機(jī)組正常安全運行。監(jiān)測部分將各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)送到控制器，經(jīng)過處理作為控制參數(shù)或作為原始記錄儲存起來，在機(jī)組控制的顯示屏上可以查詢，也應(yīng)送到實驗室中央控制室的電腦系統(tǒng)。

安全系統(tǒng)。要保證機(jī)組在發(fā)生非正常情況時立即停機(jī)，風(fēng)輪被制動停止旋轉(zhuǎn)。

4、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)的要求

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求提供一個功率曲線圖，橫坐標(biāo)是風(fēng)速，縱坐標(biāo)是機(jī)組的輸出功率。功率曲線主要分為上升和穩(wěn)定兩部分，機(jī)組開始向電網(wǎng)輸出功率時的模擬風(fēng)速稱為切入風(fēng)速。隨著模擬風(fēng)速的增大，輸出功率上升，輸出功率大約與風(fēng)速的立方成正比，達(dá)到額定功率值時的風(fēng)速稱為額定風(fēng)速。此后模擬風(fēng)速再增加，由于風(fēng)輪的調(diào)節(jié)，功率保持不變。

5、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組布局和中心位置的要求

投標(biāo)建設(shè)廠家首先論證總體設(shè)計任務(wù)和技術(shù)要求，以現(xiàn)有技術(shù)確定機(jī)組、布局，確定所設(shè)計模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的幾何尺寸、重量和性能等基本特性。

5.1、整機(jī)總體布置

整機(jī)各部件、各系統(tǒng)、附件和設(shè)備等布置要求合理、協(xié)調(diào)、緊湊，保證正常工作和便于維護(hù)等要求，并考慮有效合理的重心位置。

6、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪總體參數(shù)的要求

6.1、風(fēng)輪葉片數(shù)b

由于三葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運行和輸出功率較平穩(wěn)，本并網(wǎng)型風(fēng)力機(jī)采用三葉片風(fēng)輪。

6.2、風(fēng)輪直徑d

風(fēng)輪直徑應(yīng)根據(jù)實驗室場地限制考慮盡量取長（并網(wǎng)機(jī)組的風(fēng)輪葉片長度縮短）。

6.3、設(shè)計風(fēng)速

v1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平均毛呢風(fēng)速和頻度，按實際工程型機(jī)組的范圍進(jìn)行。

6.4、尖速比λ

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用變槳距的風(fēng)輪葉片，要求在風(fēng)輪起動時，變距角要能調(diào)節(jié)到較大值，隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸減小。要求根據(jù)風(fēng)輪設(shè)計轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來選擇齒輪箱傳動比，最后再用公式λ=rΩ/v進(jìn)行尖速比的計算，確定其設(shè)計參數(shù)。

6.5、其他

塔筒高度建議取1米，風(fēng)輪中心高度是指風(fēng)輪中心離安裝處地面的高度，風(fēng)輪中心離地高度應(yīng)根據(jù)風(fēng)輪機(jī)在機(jī)架上的布置而定。

7、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動力學(xué)特性的要求

要求具有良好的動力學(xué)特性，足夠的動力穩(wěn)定性裕度，可接受的風(fēng)輪及機(jī)體振動載荷以及低的水平振動。

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要應(yīng)考慮動載荷、振動及動力穩(wěn)定性等三個方面。

7.1動載荷

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本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動力考慮在模擬風(fēng)力源系統(tǒng)風(fēng)能的作用下通過傳感系統(tǒng)控制并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原動機(jī)驅(qū)動，原動機(jī)要求能模擬作用于風(fēng)輪葉片上的周期性氣動載荷引起的動響應(yīng)，因此在機(jī)構(gòu)、傳動、結(jié)合發(fā)電方面應(yīng)盡量實現(xiàn)系統(tǒng)的展示。

7.2振動

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除風(fēng)輪外，電機(jī)、傳動系統(tǒng)及其支撐結(jié)構(gòu)等設(shè)計都應(yīng)考慮減輕振動問題。

7.3動力穩(wěn)定性

為了保證并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在使用中不出現(xiàn)整機(jī)動力不穩(wěn)定性，就要求機(jī)組在其整個運行范圍內(nèi)不存在整機(jī)動力不穩(wěn)定區(qū)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開車時風(fēng)輪轉(zhuǎn)速總是從零開始加速，因而這個工作轉(zhuǎn)速范圍也就是從零一直到最大轉(zhuǎn)速。此外，為了保證一定的安全裕度，要求整機(jī)動力不穩(wěn)定區(qū)的下邊界不低于最大轉(zhuǎn)速的120%。

8、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)可靠性的要求

可靠性是并網(wǎng)型模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本質(zhì)量標(biāo)志，是風(fēng)電教學(xué)實訓(xùn)質(zhì)量的重要組成部分。可靠性是來自設(shè)計制造和使用維護(hù)、設(shè)計制造可靠性是影響實訓(xùn)系統(tǒng)可靠性的重要因素，因此要求投標(biāo)單位必須進(jìn)行認(rèn)識的設(shè)計和制造。

9、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

并網(wǎng)型模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容主要包括葉片、輪轂、偏航系統(tǒng)、主軸、主軸承、齒輪箱、剎車系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)艙及塔架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

9.1并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則

9.1.1技術(shù)性盡可能采用成熟的新技術(shù)、新材料、新工藝，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滿足總體設(shè)計技術(shù)指標(biāo)。

9.1.2經(jīng)濟(jì)性綜合考慮包括模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造成本、運行及維護(hù)成本。

9.1.3可靠性應(yīng)該科學(xué)、合理的綜合考慮技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，最終滿足可靠性指標(biāo)。

9.2并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般要求

部件設(shè)計的主要任務(wù)是選擇部件的結(jié)構(gòu)形式，布置結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件、確定構(gòu)件的尺寸參數(shù)等。在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的細(xì)節(jié)設(shè)計，繪制出全部的工程圖。

9.2.1強(qiáng)度、剛度要求。機(jī)艙底盤平臺、葉片、塔架等各受力構(gòu)件及其組合部件必須能承受相應(yīng)狀態(tài)載荷的足夠強(qiáng)度、剛度。

9.2.2動力學(xué)要求。區(qū)別于一般機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動部件所受載荷是交變載荷，設(shè)計時，應(yīng)考慮質(zhì)量、剛度分布對構(gòu)件、整機(jī)的固有特性的影響，使得部件、整機(jī)的固有頻率避開激振力頻率，降低動應(yīng)力水平、提高部件以及整機(jī)的壽命和可靠性。

9.2.3工藝性要求。結(jié)構(gòu)的工藝性是指在具體生產(chǎn)條件對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)能使其在生產(chǎn)過程實現(xiàn)的可能性程度。

9.3對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的要求

由于建設(shè)經(jīng)費有限，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)從各種可能的多個結(jié)構(gòu)設(shè)計方面尋求滿足設(shè)計要求的最好方案，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計既滿足強(qiáng)度、剛度、工藝性要求而又使得結(jié)構(gòu)重量輕、制造成本低。

為了實現(xiàn)這個目的，在優(yōu)化設(shè)計過程中，需要不斷改變設(shè)計變量，使之按教學(xué)實訓(xùn)要求的方面變化，因此，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就是一個分析→設(shè)計→再分析→再設(shè)計的過程。

要形成使總體、結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計一體化的設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計不是一個簡單的設(shè)計過程，要同時考慮大量復(fù)雜的條件，以達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠性要求和優(yōu)化設(shè)計的目的。

建議考慮下述兩種設(shè)計方法：

一是根據(jù)載荷及功能要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；二是根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行載荷校核。

10、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體布置及動力系統(tǒng)的設(shè)計要求

10.1對機(jī)組總體布置的要求

風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動及偏航系統(tǒng)和機(jī)艙底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，采用當(dāng)前最流行的一字型或一字型的改變型。

10.2、對輪轂的要求

輪轂是聯(lián)接葉片與主軸的重要部件，它承受了風(fēng)力作用在葉片上推力、扭矩、彎矩及陀螺力矩。風(fēng)輪輪轂傳遞風(fēng)輪的力和力矩到后面的機(jī)械結(jié)構(gòu)中去。它是影響風(fēng)機(jī)性能和質(zhì)量的關(guān)鍵部件。

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并網(wǎng)型模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂的形狀要求采用三通型輪轂或三角形輪轂。輪轂的結(jié)構(gòu)要求采用鑄造結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)，材料要求采用鑄鋼或高強(qiáng)度球墨鑄鐵。

10.3、對主軸的要求

在并網(wǎng)型模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，主軸承擔(dān)了支撐輪轂處傳遞過來的各種負(fù)載的作用，并將扭矩傳遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動彎矩傳遞給機(jī)艙、塔架。

在結(jié)構(gòu)允許的條件下，應(yīng)將主軸盡量設(shè)計的保守一些。主軸的主要結(jié)構(gòu)一般有挑臂梁結(jié)構(gòu)和懸臂梁結(jié)構(gòu)兩種，本并網(wǎng)型模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求采用三點式支撐的懸臂梁結(jié)構(gòu)主軸，懸臂梁結(jié)構(gòu)主軸上的一個支撐由軸承架支撐；另一支撐由齒輪箱支撐。這種結(jié)構(gòu)的前支點為剛性支撐，后支點（齒輪箱）為彈性支撐，能夠吸收突變負(fù)載。

10.3.1.主軸的材料選用。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸受力復(fù)雜，要求選用優(yōu)質(zhì)鋼材。

10.3.2.軸靜強(qiáng)度的安全系數(shù)校核軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸的短時最大載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的。校核的目的是保證軸對塑性變形的抵抗能力。

10.4、對聯(lián)軸器的要求

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，常采用剛性聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器（或萬向聯(lián)軸器）兩種方式。剛性聯(lián)軸器常用在對中性好的二軸的聯(lián)接，而彈性聯(lián)軸器則可以為二軸對中性較差時提供二軸的聯(lián)接，更重要的是彈性聯(lián)接器可以提供一個彈性環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)可以吸收軸系因外部負(fù)載的波動而產(chǎn)生的額外能量。

在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中要求在低速軸端（主軸與齒軸箱低速軸聯(lián)接處）選用剛性聯(lián)軸器，可考慮選用脹套式聯(lián)軸器、柱銷式聯(lián)軸器等。在高速軸端（發(fā)電機(jī)與齒輪箱高速軸聯(lián)接處）要求選用彈性聯(lián)軸器（或萬向聯(lián)軸器），可考慮選用輪胎聯(lián)軸器，或十字節(jié)聯(lián)軸器。

10.5、對機(jī)械剎車的要求

機(jī)械剎車是一種制動式減慢旋轉(zhuǎn)負(fù)載的裝置，要求制動可靠。

機(jī)械剎車根據(jù)作用方式可以分為氣動液壓、電磁、電液、受動等形式。按工作狀態(tài)制動器可分為常閉式和常開式。常閉式制動器靠彈簧或重力的作用經(jīng)常處于緊閘狀態(tài)，而機(jī)構(gòu)運行時，則用人力或松閘器使制動器松閘；與此相反，常開式制動器經(jīng)常處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能使其緊閘。

在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中具體方式可由生產(chǎn)廠家確定，建議采用常閉式制動器。

11、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙除了承擔(dān)容納所有機(jī)械部件外，還承受所有外力（包括靜負(fù)載及動負(fù)載）的作用。對機(jī)艙的強(qiáng)度及剛度的要求將更為苛刻，特別是對機(jī)艙底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求較高，本模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙底盤在確保學(xué)生實訓(xùn)安全的情況下，可根據(jù)實際使用條件設(shè)計。

機(jī)艙底盤的選擇：

1）按制造方法及材料可分為鑄造機(jī)艙底盤、焊接機(jī)艙底盤二類（可考慮采用后者）。

2）按結(jié)構(gòu)形狀可分為梁式機(jī)艙底盤、框架式機(jī)艙底盤、箱式機(jī)艙底盤等三類。（可考慮采用框架式機(jī)艙底盤）。

11.1、機(jī)艙底盤設(shè)計的準(zhǔn)則

機(jī)艙底盤的設(shè)計主要應(yīng)保證剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及學(xué)生實訓(xùn)的重要性。

1）剛度機(jī)艙底盤的剛度決定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈的工作穩(wěn)定性，決定回轉(zhuǎn)支承工作的穩(wěn)定性。

2）強(qiáng)度機(jī)艙底盤的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生最大載荷來校核，更重要的還要校核其疲勞強(qiáng)度。

機(jī)艙底盤強(qiáng)度和剛度都要從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面來考慮。動剛度是衡量機(jī)艙底盤抗振能力的指標(biāo)，而提高機(jī)艙底盤抗振性能應(yīng)從提高機(jī)艙底盤構(gòu)件的靜剛度、控制固有頻率、加大阻尼等方面入手。

3）穩(wěn)定性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙底盤是一個扁平式結(jié)構(gòu)，其主要受力件穩(wěn)定性較好，某些受壓部件及受壓彎結(jié)構(gòu)也可能存在失穩(wěn)問題，必須加以校核。

11.2、對機(jī)艙底盤設(shè)計的要求

1）在滿足強(qiáng)度及剛度的前提下，機(jī)艙底盤應(yīng)盡量重量輕、成本低；2）抗振性好；

3）結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好，便于焊接和機(jī)械加工；

4XX省財政資助風(fēng)力發(fā)電實驗室項目組附錄2：

4）結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件及便于學(xué)生實訓(xùn)。5）造型好，使之既適用經(jīng)濟(jì)，又美觀大方。

11.3、對機(jī)艙底盤的材料及處理的要求

焊接機(jī)艙底盤具有強(qiáng)度和剛度高、重量輕、生產(chǎn)周期短以及施工簡便等優(yōu)點，因此在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大多采用焊接機(jī)艙底盤。焊接機(jī)艙底盤應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)鋼材。為了保持尺寸穩(wěn)定，焊接后必須消除內(nèi)應(yīng)力，本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組考慮采用焊接式機(jī)艙底盤。

12、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪與葉片的要求

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求采用變槳距風(fēng)輪，風(fēng)輪由一個具有集中變槳控制的葉片及對應(yīng)的調(diào)槳軸承和輪轂組成。調(diào)槳軸承用螺栓聯(lián)結(jié)在輪轂上；葉片由玻璃纖維制成，并由聚酯材料加固，采用螺栓聯(lián)結(jié)在葉片軸承上，能順時針轉(zhuǎn)動。

三個葉片的長度根據(jù)風(fēng)機(jī)所安裝的中心高度確定。每一個葉片由兩個半殼與中間的支承梁組成；葉片通過葉根螺栓與調(diào)槳軸承連結(jié)，從而允許葉片轉(zhuǎn)動。

13、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率調(diào)節(jié)的要求

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到某一值時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組達(dá)到額定功率。自然風(fēng)的速度變化常會超過這一風(fēng)速，在正常運行時，不是限制結(jié)構(gòu)載荷的大小，而是發(fā)電機(jī)超載后過熱的問題。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也要設(shè)定發(fā)電機(jī)過載的能力。控制系統(tǒng)允許發(fā)電機(jī)短時過載，絕不能長時間或經(jīng)常過載。

由于風(fēng)速和功率是三次方的關(guān)系，當(dāng)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率達(dá)到額定點以后，必須有相應(yīng)的功率調(diào)節(jié)措施，使機(jī)組的輸出功率不再增加。

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組考慮采用變槳距聯(lián)動原動機(jī)的調(diào)節(jié)方法。

13.1對變槳距控制的要求

變槳距控制主要是通過改變翼型迎角變化，使翼型升力變化來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。變槳距控制多用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用變槳距控制。

變槳距控制是通過葉片和輪轂之間的軸承機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動葉片來減小迎角，由此來減小翼型的升力，以達(dá)到減小作用在風(fēng)輪葉片上的扭矩和功率的目的。變槳調(diào)節(jié)時葉片迎角可相對氣流連續(xù)的變化，以便得到風(fēng)輪功率輸出達(dá)到希望的范圍。在90℃迎角時是葉片的順槳位置。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運行時，葉片向小迎角方向變化而限制功率。變距范圍要求0°～90°。從起動角度0°到順槳，葉片就像飛機(jī)的垂直尾翼一樣。

由于變槳距控制型風(fēng)輪具有典型教學(xué)意義，在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中要求能進(jìn)行實驗。

14、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的要求

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的齒輪箱是一個重要的機(jī)械部件，其主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機(jī)并使其得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速很低，遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)電機(jī)發(fā)電要求，必須通過齒輪箱輪副的增速作用來實現(xiàn)，故也將齒輪箱稱之為增速箱。本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還要求附加一臺在風(fēng)力源風(fēng)速作用下的原動機(jī)系統(tǒng)。

根據(jù)機(jī)組的總體布置要求，可將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）和齒輪箱的輸入軸合為一體，其軸端形式是法蘭盤連接結(jié)構(gòu)。也可將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸節(jié)連接的結(jié)構(gòu)。為了增加機(jī)組的制動能力，可考慮在齒輪箱的輸入端或輸出端設(shè)置剎車裝置，配合變槳距制動裝置共同對機(jī)組傳動系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合制動。由于齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的重要設(shè)備，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。對構(gòu)件材料的要求是，除了常規(guī)狀態(tài)下機(jī)械性能外，還應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件等。為模擬冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)和溫度進(jìn)行遙控。本模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是以水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用固定平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動為代表的機(jī)組。

14.1、對齒輪箱設(shè)計的要求

齒輪箱的設(shè)計必須保證在滿足可靠性和預(yù)期壽命的前提下，使結(jié)構(gòu)簡化并且重量最輕。根據(jù)機(jī)組要求，采用cad優(yōu)化設(shè)計，選用合理的設(shè)計參數(shù)，排定最佳傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的構(gòu)件和具有良好力學(xué)特性的材料，配備完整充分的潤滑等。

齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)的特性和傳動軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機(jī)的外部工作條件。為此要求模擬機(jī)組，能對起動、運行、空轉(zhuǎn)、停機(jī)、正常起動和緊急制動等各種工況進(jìn)行試驗。

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14.2、原動機(jī)安裝布置

為了使并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組符合實際工程機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點，要求將原動機(jī)安裝在齒輪箱內(nèi)，以學(xué)生不宜看到為準(zhǔn)。

14.3、對齒輪箱噪聲級的要求

風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)為85db（a）左右。噪聲主要來自各傳動件，故應(yīng)采取相應(yīng)降低噪聲的措施：1）適當(dāng)提高齒輪精度，進(jìn)行齒形修緣，增加嚙合重合度；2）提高軸和軸承的剛度；

3）合理布置軸系和輪系傳動，避免發(fā)生共振。

齒輪箱安裝時采取必要的減振措施，按規(guī)范找正，充分保證機(jī)組的聯(lián)結(jié)剛度，將齒輪箱的機(jī)械振動控制在gb/t8534規(guī)定的c級之內(nèi)。

14.4、對齒輪箱可靠性的要求

按照假定壽命最少20年的要求，視載荷譜所列載荷分布情況進(jìn)行疲勞分析，對齒輪箱整機(jī)及其零件的設(shè)計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行極限強(qiáng)度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析，動力學(xué)分析等。

15、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)分項功能的要求

偏航系統(tǒng)是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一。要求偏航系統(tǒng)滿足兩個主要作用：1）是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；2）是提供必要的鎖緊力矩，以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運行。本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用主動偏航系統(tǒng)的齒輪驅(qū)動形式。

15.1、對偏航系統(tǒng)電纜的要求

實際工程中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為保證機(jī)組懸垂部分電纜不至于產(chǎn)生過度的紐絞而使電纜斷裂失效，必須使電纜有足夠的垂懸量，并要求電纜所允許的扭轉(zhuǎn)角為±1080度內(nèi)。本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于機(jī)組中心離地面高度很低，電纜沒有足夠的垂懸量。應(yīng)采取其它方法解決機(jī)架轉(zhuǎn)動±1080度時的電纜進(jìn)出問題。

15.2、對偏航系統(tǒng)阻尼的要求

為避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動而造成整機(jī)的共振，偏航系統(tǒng)在機(jī)組偏航時必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據(jù)機(jī)艙和風(fēng)輪質(zhì)量總和的慣性力矩來確定。其基本的確定原則為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航時動作平穩(wěn)順暢而不產(chǎn)生振動。只有在阻尼力矩的作用下，機(jī)組的風(fēng)輪才能夠定位準(zhǔn)確，充分利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。

15.3、對偏航系統(tǒng)解纜和紐纜保護(hù)的要求

解纜和紐纜保護(hù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)所必須具有的主要功能。偏航系統(tǒng)的偏航動作會導(dǎo)致機(jī)艙和塔架之間的連接電纜發(fā)生紐絞，所以模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也應(yīng)在偏航系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置與方向有關(guān)的計數(shù)裝置或類似的程序?qū)C(jī)架的轉(zhuǎn)動的方向和累積角度進(jìn)行檢測。

15.4、對偏航系統(tǒng)偏航轉(zhuǎn)速的要求

對于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)來說，風(fēng)輪軸和葉片軸在機(jī)組的正常運行時不可避免的產(chǎn)生陀螺力矩，這個力矩過大將對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命和安全造成影響。為減少這個力矩對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響，偏航系統(tǒng)的偏航轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的大小通過偏航系統(tǒng)力學(xué)分析來確定。根據(jù)實際生產(chǎn)和目前國內(nèi)已安裝的機(jī)型的實際狀況，偏航系統(tǒng)的偏航轉(zhuǎn)速的推薦值見表15-1，本實訓(xùn)系統(tǒng)采用表15-1中的編號5。

表15-1偏航轉(zhuǎn)速推薦值

編號風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率/kw偏航轉(zhuǎn)速/（r/min）1100～200≤0.32250～350≤0.183500～700≤0.14800～1000≤0.09251200～1500≤0.08515.5、對偏航系統(tǒng)偏航液壓系統(tǒng)的要求

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)要求設(shè)置液壓裝置，液壓裝置的作用是拖動偏航制動器松開或鎖緊。柔性液壓管路連接部分應(yīng)采用合適的高壓軟管。連接管路、連接組件應(yīng)通過試驗保證偏航系統(tǒng)所要求的密封和承受工作中出現(xiàn)的動載荷。液壓元器件的設(shè)計、選型和布置應(yīng)符合液壓裝置的有關(guān)具體規(guī)定和要求。液壓管路應(yīng)能夠保持清潔并具有良好的抗氧化性能。液壓系統(tǒng)在額定的工作壓力下不應(yīng)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

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15.6、對偏航系統(tǒng)偏航制動器的要求

采用齒輪驅(qū)動的偏航系統(tǒng)，為避免因振蕩的風(fēng)向變化而引起偏航齒輪產(chǎn)生變載荷，要求采用偏航制動器（或稱偏航阻尼器）來吸收微小自由偏轉(zhuǎn)振蕩，防止偏航齒輪的交變應(yīng)力引起齒輪過早損傷。對于由風(fēng)向沖擊葉片或風(fēng)輪產(chǎn)生偏航力矩的裝置，應(yīng)經(jīng)試驗證實其有效性。

15.7、對偏航系統(tǒng)偏航計數(shù)器的要求

偏航系統(tǒng)中要求設(shè)有偏航計數(shù)器，偏航計數(shù)器的作用是用來記錄偏航系統(tǒng)所運轉(zhuǎn)的圈數(shù)，當(dāng)偏航系統(tǒng)的偏航圈數(shù)達(dá)到計數(shù)器的設(shè)定條件時，則觸發(fā)自動解纜動作，機(jī)組進(jìn)行自動解纜并復(fù)位。計數(shù)器的設(shè)定條件是根據(jù)機(jī)組懸垂部分電纜的允許扭轉(zhuǎn)角度來確定的，其原則是要小于電纜所允許扭轉(zhuǎn)的角度，盡管本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不存在扭纜問題，但仍要求機(jī)架轉(zhuǎn)動角度大于±1080度時，模擬實際機(jī)組的解纜過程。

15.8、對偏航系統(tǒng)潤滑裝置的要求

偏航系統(tǒng)要求設(shè)置潤滑裝置，以保證驅(qū)動齒輪和偏航齒圈的潤滑。本并網(wǎng)型發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)可采用潤滑脂和潤滑油相結(jié)合方式。實訓(xùn)中可定期更換潤滑油和潤滑脂。

15.9、對偏航系統(tǒng)密封的要求

偏航系統(tǒng)要求采取密封措施，以保證系統(tǒng)內(nèi)的清潔和相鄰部件之間的運動不會產(chǎn)生有害的影響。

15.10、對偏航系統(tǒng)表面防腐處理的要求

偏航系統(tǒng)各組成部件的表面處理必須適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比較典型的工作環(huán)境除風(fēng)況之外，還應(yīng)考慮其他環(huán)境（氣候）條件、熱、光、腐蝕、機(jī)械、電或其他物理的作用，本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)根據(jù)實際使用場合考慮。

16、對偏航系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)的要求

偏航系統(tǒng)要求由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航計數(shù)器、紐纜保護(hù)裝置等主要部分組成。

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)可采用外齒形式或內(nèi)齒形式。偏航驅(qū)動裝置可以采用電動機(jī)驅(qū)動或者液壓馬達(dá)驅(qū)動，制動器可以采用常閉式或者常開式。常開式制動器是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于鎖緊狀態(tài)的制動器；常閉式制動器是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于松開狀態(tài)的制動器。投標(biāo)生產(chǎn)廠如考慮采用常開式制動器時，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)要求必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃友b置。

16.1、偏航軸承

偏航軸承的軸承內(nèi)外圈分別與機(jī)組的機(jī)艙和塔體用螺栓連接。齒輪可以采用內(nèi)齒或者外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工相對簡單些；內(nèi)齒形式是輪齒位于偏航軸承的內(nèi)圈上，合受力效果較好，結(jié)構(gòu)緊湊。具體采用內(nèi)齒形式或外齒形式可由投標(biāo)生產(chǎn)廠確定。

16.2、偏航驅(qū)動裝置

偏航驅(qū)動裝置要求由驅(qū)動電機(jī)、減速器、傳動齒輪、輪齒間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。驅(qū)動裝置的減速器可采用行星減速器或蝸輪蝸桿與行星減速器串聯(lián)，偏航驅(qū)動裝置要求啟動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速均勻無振動現(xiàn)象。

16.3、偏航制動器

偏航制動器要求采用液壓拖動的鉗盤式制動器。

16.3.1.偏航制動器是偏航系統(tǒng)中的重要部件，制動器應(yīng)在額定負(fù)載下，制動力矩穩(wěn)定，其值應(yīng)不小于設(shè)計值。在機(jī)組偏航過程中，制動器提供的阻尼力矩應(yīng)保持平穩(wěn)，制動過程不得有異常噪聲。制動器應(yīng)設(shè)有自動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以便在制動襯塊磨損時進(jìn)行自動補(bǔ)償，保證制動力矩和偏航阻尼力矩的穩(wěn)定。在偏航系統(tǒng)中，制動器可以采用常閉式和常開式兩種結(jié)構(gòu)形式，常閉式制動器是在有動力的條件下處于松開狀態(tài)，常開式制動器則是處于鎖緊狀態(tài)。兩種形式相比較并考慮失效保護(hù)，本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求采用常閉式制動器。

16.3.2.制動盤通常位于塔架或塔架與機(jī)艙的適配器上要求為環(huán)狀，制動盤的材質(zhì)要求具有足夠的強(qiáng)度和韌性，如果采用焊接連接，材質(zhì)還應(yīng)具有比較好的可焊性，制動盤的連接、固定必須可靠牢固。

16.3.3.制動鉗由制動鉗體和制動襯塊組成。制動鉗體要求采用高強(qiáng)度螺栓連接，用經(jīng)過計算的足夠的力矩固定于機(jī)艙的機(jī)架上。制動襯塊應(yīng)由專用的摩擦材料制成，要求每臺風(fēng)機(jī)的偏航制動器由中標(biāo)生產(chǎn)廠家提供10個備用制動襯塊以滿足實訓(xùn)的要求。

16.4、偏航計數(shù)器

偏航計數(shù)器是記錄偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的裝置，要求當(dāng)偏航系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)達(dá)到設(shè)計所規(guī)定的初級解纜和終極解纜圈數(shù)時，

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計數(shù)器則給控制系統(tǒng)發(fā)信號使機(jī)組自動進(jìn)行解纜。計數(shù)器要求是一個帶控制開關(guān)的蝸輪蝸桿裝置或是與功能其相類似的程序。

16.5、紐纜保護(hù)裝置

紐纜保護(hù)裝置是偏航系統(tǒng)必須具有的裝置，它是出于失效保護(hù)的目的而安裝在偏航系統(tǒng)中的。它的作用是在偏航系統(tǒng)的偏航動作失效后，電纜的紐絞達(dá)到威脅機(jī)組安全的程度而觸發(fā)該裝置，使機(jī)組進(jìn)行緊急停機(jī)。一般情況下，這個裝置是獨立于控制系統(tǒng)的，一旦這個裝置被觸發(fā)，則機(jī)組必須進(jìn)行緊急停機(jī)。紐纜保護(hù)裝置要求由控制開關(guān)和觸點機(jī)構(gòu)組成，控制開關(guān)要求安裝于機(jī)組的塔架內(nèi)壁的支架上，觸點機(jī)構(gòu)要求安裝于機(jī)組懸垂部分的電纜上。當(dāng)機(jī)組懸垂部分的電纜紐絞到一定程度后，觸點機(jī)構(gòu)被提升或被松開而觸發(fā)控制開關(guān)動作。

17、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)的要求

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)和剎車機(jī)構(gòu)是一個整體。在變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)主要控制變距機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時也控制機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。

17.1、比例控制技術(shù)

變距系統(tǒng)中要求采用比列控制技術(shù)。比例控制技術(shù)是在開關(guān)控制技術(shù)和伺服技術(shù)間的過渡技術(shù)，它具有控制原理簡單、控制精度高、抗污染能力強(qiáng)、價格適中等特點。因此，使這項技術(shù)得到飛速發(fā)展。它是采用比例放大器控制比例電磁鐵實現(xiàn)對比例閥進(jìn)行遠(yuǎn)距離連續(xù)控制，從而實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)壓力、流量、方向的無級調(diào)節(jié)。

本項比例控制技術(shù)原理要求根據(jù)輸入電信號電壓值的大小，通過電放大器，將該輸入電壓信號（一般在0～±9v之間）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號，如1mv＝1ma。這個電流信號作為輸入量被送入比例電磁鐵，從而產(chǎn)生和輸入信號成比例的輸出量力或位移。該力或位移又作為輸入量加給比例閥，后者產(chǎn)生一個與前者成比例的流量或壓力。通過這樣的轉(zhuǎn)換，一個輸入電壓信號的變化，不但能控制執(zhí)行元件和機(jī)械設(shè)備上工作部件的運動方向，而且可對其作用力和運動速度進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。此外，還能對相應(yīng)的時間過程中，如：在一段時間內(nèi)流量的變化，加速度的變化或減速度的變化等進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。

為了提供更高的閥性能，希望在閥或電磁鐵上接裝一個位置傳感器以提供一個與閥心位置成比列的電信號。此位置信號向閥的控制器提供一個反饋，使閥心可以由一個閉環(huán)配置來定位。一個輸入信號經(jīng)放大器放大后的輸出信號再去驅(qū)動電磁鐵，電磁鐵推動閥心，直到來自位置傳感器的反饋信號與輸入信號相等時為止。因而此技術(shù)能時閥心在閥體中準(zhǔn)確地定位，而由摩擦力、液動力或液壓力所引起的任何干擾都被自動地糾正。

17.1.1位置傳感器

位置傳感器是用于閥心位置反饋的傳感器，非接觸式lvdt（線性可變差動變壓器）是由繞在與電磁鐵推桿相連的軟鐵鐵心上的一個一次繞組和兩個二次繞組組成。一次繞組由一高頻交流電源供電，它在鐵心中產(chǎn)生變化磁場，該磁場通過變壓器作用在兩個二次繞組中感應(yīng)出電壓。如果兩個二次繞組對置連接，則當(dāng)鐵心居中時，每個繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將抵消而產(chǎn)生的凈輸出為零。隨著鐵心離開中心移動，一個二次繞組中的感應(yīng)電壓提高而另一個中降低。于是產(chǎn)生一個凈輸出電壓，其大小與運動量成比例而相位移指示運動方向。該輸出可供給一個相敏整流器（解調(diào)器），該整流器將產(chǎn)生一個與運動成比例且極性取決于運動方向的直流信號。

17.1.2控制放大器

控制放大器的輸入信號可以采用可變電流或電壓。根據(jù)輸入信號的極性，閥心兩端的電磁鐵將有一個通電，使閥心向某一側(cè)移動。放大器為兩個運動方向設(shè)置了單獨的增益調(diào)整，可用于微調(diào)閥的特性或設(shè)定最大流量。還應(yīng)設(shè)置一個斜坡發(fā)生器，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕泳€可啟動或禁止該發(fā)生器，并且要設(shè)置斜坡時間調(diào)整。還應(yīng)針對每個輸出級設(shè)置死區(qū)補(bǔ)償調(diào)整。使用位置傳感器的比例閥其目的是實現(xiàn)閥心的位置控制，即閥心在閥體中的位置僅取決于輸入信號而與流量、壓力或摩擦力無關(guān)。位置傳感器提供一個lvdt反饋信號。此反饋信號與輸入信號相加所得到的誤差信號驅(qū)動放大器的輸出級。本實訓(xùn)系統(tǒng)要求在放大器面板上設(shè)有輸入信號和lvdt反饋信號的監(jiān)控點。

當(dāng)比例控制系統(tǒng)設(shè)有反饋信號時，可實現(xiàn)控制精度較好的閉環(huán)控制。

17.2、液壓系統(tǒng)

變漿距模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓系統(tǒng)由兩個壓力保持回路組成。一路由蓄能器通過電液比例閥供給葉片變距油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。

18、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)實驗的內(nèi)容和要求

18.1、液壓裝置實驗

18.1.1.實驗內(nèi)容在正常運行和剎車狀態(tài)，分別觀察液壓系統(tǒng)壓力保持能力和液壓系統(tǒng)各元件動作情況，記錄系統(tǒng)自動

8XX省財政資助風(fēng)力發(fā)電實驗室項目組附錄2：

補(bǔ)充壓力的時間間隔。

18.1.2.實驗要求在執(zhí)行啟動與機(jī)械剎車指令動作正確；在連續(xù)觀察的6h中自動補(bǔ)充壓力油2次，每次補(bǔ)油時間約2s。在保持壓力狀態(tài)24h后，無外泄漏現(xiàn)象。

18.1.3.實驗方法

1）打開油壓表，進(jìn)行開機(jī)、停機(jī)操作，觀察液壓是否及時補(bǔ)充、回放，壓力是否保持在設(shè)定值。2）檢查液壓系統(tǒng)的泄露現(xiàn)象。3）用電壓表測試電磁閥的工作電壓。

4）分別操作風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開機(jī)，松剎、停機(jī)動作，觀察變距控制是否相應(yīng)動作。5）觀察在液壓補(bǔ)油，回油時是否有異常噪聲。

18.2、飛車實驗

飛車實驗的目的是為了設(shè)定或檢驗液壓系統(tǒng)中的突開閥。一般按如下程序進(jìn)行試驗：

18.2.1將所有過轉(zhuǎn)速保護(hù)的設(shè)置值均改為正常設(shè)定值的2倍，以免這些保護(hù)首先動作。

18.2.2將發(fā)電機(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速調(diào)至1500r/min。

18.2.3調(diào)整好突開閥后，起動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的125%時，突開閥將打開并將氣動剎車油缸中的壓力油釋放，從而導(dǎo)致空氣動力剎車動作，使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速迅速降低。

18.2.4讀出最大風(fēng)輪轉(zhuǎn)速值和風(fēng)速值。

18.3、變距系統(tǒng)實驗

變距系統(tǒng)實驗主要是測試變距速率、位置反饋信號與控制電壓的關(guān)系并繪制曲線。

19、對繞線轉(zhuǎn)子雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的基本要求

因感應(yīng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方法優(yōu)于同步發(fā)電機(jī)，并網(wǎng)運行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)緊湊等特點，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到最為廣泛的應(yīng)用。

但是由于應(yīng)用風(fēng)能動力發(fā)電，風(fēng)速是不穩(wěn)定的，是隨時變化的，有時瞬間變化可達(dá)10m/s以上，發(fā)電機(jī)處于負(fù)載不穩(wěn)定狀態(tài)，極端時發(fā)電機(jī)嚴(yán)重過載。有時風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于輕載狀態(tài)，無風(fēng)時（風(fēng)速達(dá)不到起動風(fēng)速）則處于停機(jī)狀態(tài)，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的投、切（并網(wǎng)和脫網(wǎng)）操作比其他類型的發(fā)電機(jī)要頻繁許多。另外還有風(fēng)電場的環(huán)境條件等等。

由于風(fēng)力發(fā)電條件的特殊性，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)也要考慮相應(yīng)的一些要求：1）發(fā)電機(jī)的外殼防護(hù)等級宜選用ip44或ip54，即全封閉式電機(jī)；2）發(fā)電機(jī)的冷卻方式選用ic411，即電機(jī)外殼表面帶散熱筋加外風(fēng)扇；3）發(fā)電機(jī)的絕緣等級選用f級，而且經(jīng)vpi（真空壓力無溶劑浸漬）處理；4）發(fā)電機(jī)內(nèi)帶空間加熱器；

5）發(fā)電機(jī)底部要有氣壓平衡孔，此孔又能起到排出凝露水的作用；6）發(fā)電機(jī)振動要小，振速不超過2.8/s；噪聲要低，一般要求7）發(fā)電機(jī)軸承潤滑脂選用時要考慮到冬季的低溫；8）發(fā)電機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速要高，一般大于1.5倍同步轉(zhuǎn)速；

9）發(fā)電機(jī)的效率要高，且轉(zhuǎn)差率要大，效率曲線要平坦（這個要求是相互矛盾的，要綜合權(quán)衡后選取合適的轉(zhuǎn)差率；10）發(fā)電機(jī)的自然功率因數(shù)要盡可能高，以減少對電網(wǎng)無功功率的吸收或降低補(bǔ)償電容器的電容量；11）發(fā)電機(jī)的外形尺寸要小，重量要輕，以減小機(jī)艙的體積，減輕機(jī)艙的重量；12）發(fā)電機(jī)端電壓的波動一般為±5%，最好能考慮到±8%，甚至±10%的波動；13）發(fā)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流要小。

20、對繞線轉(zhuǎn)子雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)技術(shù)特性的要求

感應(yīng)發(fā)電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)的一種運行方式。發(fā)電機(jī)運行時，它的轉(zhuǎn)速n高于同步轉(zhuǎn)速0。

過載能力為感應(yīng)發(fā)電機(jī)的一項重要技術(shù)指標(biāo)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)，一般要求

lp≤85db（a）大機(jī)組的

lp≤82db（a）；

n，此時轉(zhuǎn)差率s=（nsn-n）/

n＜

skm2.0。

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20.1、對雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)工作特性的要求

20.1.1.由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)受風(fēng)速變化的影響，絕大部分時間發(fā)電機(jī)處于輕載狀態(tài)，為綜合提高發(fā)電機(jī)的出力，提高中低輸出功率區(qū)的效率，因此要求模擬發(fā)電機(jī)的效率曲線平坦些。

20.1.2.風(fēng)力機(jī)運行時因風(fēng)速的大小方向是不穩(wěn)定的，隨時變化的，為了減少發(fā)電機(jī)輸出功率的波動，降低風(fēng)力機(jī)受沖擊的機(jī)械應(yīng)力，要求發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出功率特性軟一點，因此就要求發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率絕對值s要大。

20.1.3.并網(wǎng)型風(fēng)力感應(yīng)發(fā)電機(jī)本身不發(fā)無功功率，其勵磁電流要從電網(wǎng)獲取，因此感應(yīng)發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)是一個重要的技術(shù)指標(biāo)，只要技術(shù)上允許，應(yīng)盡量提高發(fā)電機(jī)的自然功率因數(shù)值。本模擬1500kw、6p、690v感應(yīng)發(fā)電機(jī)的自然功率因數(shù)在0.90～0.92之間較為合適。

20.2、對風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的要求

并網(wǎng)運行的異步發(fā)電機(jī)的電壓一定是電網(wǎng)電壓，其頻率也一定是電網(wǎng)頻率，要求輸出功率變化也不會使異步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振蕩及失步，異步發(fā)電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)差率幾乎成線性關(guān)系，并網(wǎng)瞬間沖擊電流很小。

本模擬風(fēng)力發(fā)電教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合學(xué)校配電系統(tǒng)的情況綜合考慮。

20.3、對感應(yīng)雙饋發(fā)電機(jī)的技術(shù)設(shè)計要求

本模擬實訓(xùn)系統(tǒng)投入并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓為690v。

20.3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能用同容量的電動機(jī)來替代以降低設(shè)備成本，因為電動機(jī)電壓較低，如380v的電動機(jī)，把它用作發(fā)電機(jī)而并到400v的電網(wǎng)上時，電壓增加約5%，磁路磁密增加就更多，會引起勵磁電流大幅增加，功率因數(shù)降低；另外按電動機(jī)設(shè)計時，為了提高電機(jī)的效率，總是最大可能地減少電機(jī)轉(zhuǎn)子銅耗，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率一般比較??；然而當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行時，考慮到提高發(fā)電機(jī)輸出功率的穩(wěn)定性，要求發(fā)電機(jī)有較大的轉(zhuǎn)差率。

20.3.2發(fā)電機(jī)的鐵心材料應(yīng)選擇損耗小，導(dǎo)磁性能強(qiáng)的冷軋硅鋼板，應(yīng)考慮用

p15/50350w/kg的冷軋硅鋼板。

20.3.3定子繞組要求為低諧波含量的對稱均勻繞組，盡最大可能地增加每極每相槽數(shù)，本模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)為雙速發(fā)電機(jī)，投標(biāo)的生產(chǎn)廠家是采用雙繞組雙速，還是采用單繞組雙速電機(jī)在投標(biāo)文件中應(yīng)表述清楚。

20.3.4要注意避免小于五階振型兩個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的共振點，要計算定子鐵心的固有頻率和轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速，一般要把激振力的頻率遠(yuǎn)離相應(yīng)振型的鐵心固有頻率20%以上。

20.3.5發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子槽配合選擇時，要避免噪聲大的槽配合，也要避免選用會產(chǎn)生軸電流的槽配合，槽配合的選擇無論對感應(yīng)電動機(jī)還是對感應(yīng)發(fā)電機(jī)均是十分重要的，建議選用曾經(jīng)使用過且表明無不良電磁噪聲、振動和軸電流的槽配合。

20.3.6發(fā)電機(jī)軸承選擇時，要考慮到電機(jī)運行發(fā)熱后引起軸膨脹的影響，要允許電機(jī)軸能向非轉(zhuǎn)動端膨脹。

20.3.7發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)要注意能保證任何狀態(tài)下，內(nèi)外氣壓平衡，必要時可在機(jī)座上鉆個氣壓平衡孔。

20.3.8發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子需經(jīng)平衡校正，一般要校到g6.3以保證發(fā)電機(jī)有較小的振動，空載運行時，發(fā)電機(jī)振速一般應(yīng)不超過2.8/s。

20.3.9發(fā)電機(jī)要求有安全接地螺栓，出線盒內(nèi)也應(yīng)有一個供電纜接地的接地螺栓。

20.3.10發(fā)電機(jī)的磁路設(shè)計要合理，磁密不宜取得太高，定子齒部、軛部磁密一般不要超過1.65t，空氣隙磁密不超過0.85t，定子電密不超過5.0

a/mm2。

20.4.對繞線轉(zhuǎn)子雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)聯(lián)接的要求

感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組系統(tǒng)由三只集電環(huán)引出，發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子繞組與電網(wǎng)可實現(xiàn)以下幾種聯(lián)接方式：

20.4.1定子接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子直接短路；

20.4.2定子通過兩只控制性能優(yōu)良的電流型pwm逆變器接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子直接通過集電環(huán)接網(wǎng)；

20.4.3定子直接接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過集電環(huán)饋入可控變頻電流。

上述聯(lián)接方式3具有電壓穩(wěn)定，正弦性良好，有較為寬廣的調(diào)速范圍而且轉(zhuǎn)子可控變頻裝置的容量很小，僅為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，從而也顯現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性。因此本模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)考慮采用上述20.4.3的聯(lián)接方式：

21、對變速恒頻系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的要求

本模擬風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)要求采用日前能源開發(fā)領(lǐng)域中比較先進(jìn)、理想的發(fā)電機(jī)控制技術(shù)------交流勵磁變速恒頻控制結(jié)構(gòu)，它是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主流結(jié)構(gòu)，是基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的雙饋型系統(tǒng)，在目前兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，

10XX省財政資助風(fēng)力發(fā)電實驗室項目組附錄2：

并正在向著更大功率等級發(fā)展。因此對本模擬風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)提出以下要求：

21.1、采用交流勵磁雙饋變速恒頻控制結(jié)構(gòu)

dfig定子接電網(wǎng)或者直接接負(fù)載，轉(zhuǎn)子側(cè)通過背靠背雙pwm四象限變流器與電網(wǎng)連接，通過在雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施加三相交流勵磁來控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速變化時，控制調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位，實現(xiàn)定子側(cè)輸出電壓的恒頻恒壓。要求采用矢量控制技術(shù)，實現(xiàn)變速恒頻無沖擊電流并網(wǎng)；實現(xiàn)有功、無功功率的獨立調(diào)節(jié)；實現(xiàn)輸出功率因數(shù)的控制；改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和所并電網(wǎng)的動態(tài)和靜態(tài)特性。與電力系統(tǒng)構(gòu)成了“柔性連接”。

21.2、控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)

流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率。要求轉(zhuǎn)子勵磁變流器滿足：1）保證在轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)之間實現(xiàn)能量的雙向流動；2）輸出電流幅值、頻率、相位連續(xù)可調(diào)；3）輸出頻率范圍滿足雙饋發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍要求，即70%同步轉(zhuǎn)速～130%同步轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，轉(zhuǎn)差頻率可在±30%同步轉(zhuǎn)速內(nèi)調(diào)節(jié)。

21.3、轉(zhuǎn)子勵磁變流器應(yīng)包括兩個部分組成

網(wǎng)側(cè)整流器和轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器。兩個變流器都必須具備功率雙向流動功能。網(wǎng)側(cè)整流器保證直流母線電壓恒定，并且保證網(wǎng)側(cè)功率因素為1；轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器為雙饋發(fā)電機(jī)提供交流勵磁電流，以控制發(fā)電機(jī)實現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的順利并網(wǎng)，以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和無功功率控制。在機(jī)組的運行過程中，控制器首先控制網(wǎng)側(cè)整流器建立恒定的直流母線電壓，然后驅(qū)動轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器開關(guān)管進(jìn)行并網(wǎng)控制，當(dāng)并網(wǎng)調(diào)節(jié)滿足后，控制接觸器接通，完成并網(wǎng)。并網(wǎng)之后，再根據(jù)主控制器給定的轉(zhuǎn)速和無功功率信號來進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和無功功率控制。

22、對模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方式的要求

傳統(tǒng)的異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式主要有。直接并網(wǎng)方式、準(zhǔn)同步并網(wǎng)方式、降壓并網(wǎng)方式等，上述方式在模擬風(fēng)力發(fā)電實驗系統(tǒng)中不考慮采用。要求采用在變速條件下根據(jù)電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變勵磁，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出滿足軟并網(wǎng)條件。

22.1、對并網(wǎng)的要求

要求雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁變流器直接與電網(wǎng)相連，雙饋發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)經(jīng)過開關(guān)相連，并網(wǎng)前，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（dfig）空載，調(diào)節(jié)dfig的定子空載電壓，使其與電網(wǎng)電壓在幅值、頻率及相位上相一致。根據(jù)交流勵磁雙饋發(fā)電機(jī)矢量控制原理實現(xiàn)定子電壓控制策略，在并網(wǎng)過程中，定子的沖擊電流很小，轉(zhuǎn)子電流也能夠穩(wěn)定過渡，實現(xiàn)了變速恒頻雙饋發(fā)電機(jī)組順利并網(wǎng)。并網(wǎng)之后，系統(tǒng)切換到調(diào)速控制，調(diào)速性能良好。

23、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制與安全系統(tǒng)的技術(shù)要求23.1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行的控制要求23.1.1、控制思想

本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用變槳距，對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)方式與定槳距恒速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不同，它是采用變槳距方式改變風(fēng)輪能量的捕獲，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率發(fā)生變化，最終達(dá)到限制功率輸出的目的。

23.1.2、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)自動運行的控制要求

1）.開機(jī)并網(wǎng)控制。當(dāng)風(fēng)速10min平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，機(jī)械閘松開，風(fēng)力作用于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組慢慢起動，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于20%的額定轉(zhuǎn)速持續(xù)5min，轉(zhuǎn)速仍達(dá)不到60%額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)進(jìn)入電網(wǎng)軟拖動狀態(tài)。正常情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速連續(xù)增高，不必軟拖增速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到軟切轉(zhuǎn)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入軟切入狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)速升到發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時，旁路主接觸器動動作，機(jī)組并入電網(wǎng)運行。

2）.小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng)。小風(fēng)和逆功率停機(jī)是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停在待風(fēng)狀態(tài)，當(dāng)10min平均風(fēng)速小于小風(fēng)脫網(wǎng)風(fēng)速或發(fā)電機(jī)輸出功率負(fù)到一定值后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不允許長期在電網(wǎng)運行，必須脫網(wǎng)，處于自由狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組靠自身的摩擦阻力緩慢停機(jī)，進(jìn)入待風(fēng)狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)速再次上升，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又可自動旋轉(zhuǎn)起來，達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又投入并網(wǎng)運行。

3）.普通故障脫網(wǎng)停機(jī)。機(jī)組運行時發(fā)生參數(shù)越限、狀態(tài)異常等普通故障后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入普通停機(jī)程序，機(jī)組投入氣動剎車，軟脫網(wǎng)，待低速軸轉(zhuǎn)速低于一定值后，再抱機(jī)械閘，如果是由于內(nèi)部因素產(chǎn)生的可恢復(fù)故障，計算機(jī)可自行處理，無需維護(hù)人員到現(xiàn)場，即可恢復(fù)正常開機(jī)。

4）.緊急故障脫網(wǎng)停機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生緊急故障如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛車、超速、振動及負(fù)載丟失等故障時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入緊急停機(jī)程序，機(jī)組投入氣動剎車的同時執(zhí)行90°偏航控制，機(jī)艙旋轉(zhuǎn)偏離主風(fēng)向，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定限制后脫網(wǎng)，低速軸轉(zhuǎn)速小于一定轉(zhuǎn)速后，抱機(jī)械閘。

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5）.安全鏈動作停機(jī)。安全鏈動作停機(jī)是指電控制系統(tǒng)軟保護(hù)控制失敗時，為安全起見所采取的硬性停機(jī)---氣動剎車、機(jī)械剎車和脫網(wǎng)同時動作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在幾秒內(nèi)停下來。

6）.大風(fēng)脫網(wǎng)控制。當(dāng)風(fēng)速10min平均值大于25m/s時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可能出現(xiàn)超速和過載，為了機(jī)組的安全，這時風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須進(jìn)行大風(fēng)脫網(wǎng)停機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組先投入氣動剎車，同時偏航90°，等功率下降后脫網(wǎng)，20s后或者低速軸轉(zhuǎn)速小于一定值時，抱機(jī)械閘，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組完全停止。當(dāng)風(fēng)速回到工作風(fēng)速區(qū)后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始恢復(fù)自動對風(fēng)，待轉(zhuǎn)速上升后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又重新開始自動并網(wǎng)運行。

7）.對風(fēng)控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在工作風(fēng)速區(qū)時，應(yīng)根據(jù)機(jī)艙的控制靈敏度，確定每次偏航的調(diào)整角度。用兩種方法判定機(jī)艙與風(fēng)向的偏離角度，根據(jù)偏離的程度和風(fēng)向傳感器的靈敏度，時刻調(diào)整機(jī)艙偏左和偏右的角度。

8）.偏轉(zhuǎn)90°對風(fēng)控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在大風(fēng)速或超轉(zhuǎn)速工作時，為了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全停機(jī)，必須降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率，釋放風(fēng)輪的能量。當(dāng)10min平均風(fēng)速大于25m/s或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速超速上限時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作偏轉(zhuǎn)90°控制，同時投入氣動剎車，脫網(wǎng)，轉(zhuǎn)速降下來后，抱機(jī)械閘停機(jī)。在大風(fēng)期間實行90°跟風(fēng)控制，以保證機(jī)組大風(fēng)期間的安全。

9）.功率調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上并網(wǎng)運行時，對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，必須進(jìn)行變距調(diào)節(jié)，減小風(fēng)輪的捕風(fēng)能力，以便達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，本模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要求槳距角的調(diào)節(jié)范圍在-2°～86°。

10）.軟切入控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)入電網(wǎng)運行時，必須進(jìn)行軟切入控制，當(dāng)機(jī)組脫離電網(wǎng)運行時，也必須軟脫網(wǎng)控制。利用軟并網(wǎng)裝置可完成軟切入/出的控制。通常軟并網(wǎng)裝置主要由大功率晶閘管和有關(guān)控制驅(qū)動電路組成?？刂颇康木褪峭ㄟ^不斷監(jiān)測機(jī)組的三相電流和發(fā)電機(jī)的運行狀態(tài)，限制軟切入裝置通過控制主回路晶閘管的導(dǎo)通角，以控制發(fā)電機(jī)的端電壓，達(dá)到限制起動電流的目的。在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，旁路接觸器動作，將主回路晶閘管斷開，軟切入過程結(jié)束，軟并網(wǎng)成功。本模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)要求限制軟切入電流為額定電流的1.5倍。

23.1.3對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制保護(hù)的要求

1）.主電路保護(hù)。在變壓器低壓側(cè)三相四線進(jìn)線處設(shè)置低壓配電低壓斷路器，以實現(xiàn)機(jī)組電氣元件的維護(hù)操作安全和短路過載保護(hù)，該低壓配電低壓斷路器還配有分動脫扣和輔動觸點。發(fā)電機(jī)三相電纜線入口處，也要設(shè)有配電自動空氣斷路器，用來實現(xiàn)發(fā)電機(jī)的過電流、過載及短路保護(hù)。

2）.過電壓、過電流保護(hù)。主電路計算機(jī)電源進(jìn)線端、控制變壓器進(jìn)線端和有關(guān)伺服電動機(jī)進(jìn)線端，均要求設(shè)置過電壓、過電流保護(hù)措施。如整流電源、液壓控制電源、穩(wěn)壓電源、控制電源一次側(cè)、調(diào)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)械閘系統(tǒng)、補(bǔ)償控制電容都要有相應(yīng)的過電流、過電壓保護(hù)控制裝置。

3）.防雷設(shè)施及熔絲。主避雷器與熔絲，合理可靠的接地線為系統(tǒng)主避雷保護(hù)，同時控制系統(tǒng)要有專門設(shè)計的防雷保護(hù)裝置。在計算機(jī)電源及直流電源變壓器一次側(cè)，所有信號的輸入端均要求設(shè)相應(yīng)的瞬時超電壓和過電流保護(hù)裝置。

4）.熱繼電保護(hù)。運行的所有輸出運轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、各傳動機(jī)構(gòu)的過熱、過載保護(hù)控制裝置。

5）.接地保護(hù)。由于設(shè)備因絕緣破環(huán)或其他原因可能引起出現(xiàn)危險電壓的金屬部分，均要設(shè)置保護(hù)接地。所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的零部件、傳動裝置、執(zhí)行電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、傳感器、照明器具及其他電器的金屬底座和外殼；電氣設(shè)備的傳動機(jī)構(gòu)；模擬塔架機(jī)艙配電裝置的金屬框架及金屬門；配電、控制和保護(hù)用的盤（臺、箱）的框架；交、直流電力電纜的接線盒和終端盒金屬外殼及電纜的金屬保護(hù)層和竄線的鋼管；電流互感器和電壓互感器的二次線圈；避雷器、保護(hù)間隙和電容器的底座、非金屬護(hù)套信號線的1～2根屏蔽芯線；上述各項都要求保護(hù)進(jìn)行接地。

23.2、控制安全系統(tǒng)安全運行的技術(shù)要求

控制安全系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運行的大腦指揮中心，控制系統(tǒng)的安全運行就是保證了機(jī)組安全運行，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行所涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，僅運行工況而言，就包括起動、停機(jī)、功率調(diào)解、變速控制和事故處理等方面的內(nèi)容。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在起停過程中，機(jī)組各部件將受到劇烈的機(jī)械應(yīng)力的變化，而對安全運行起決定因素是風(fēng)速變化引起的轉(zhuǎn)速的變化。所以轉(zhuǎn)速的控制是機(jī)組安全運行的關(guān)鍵。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行是一項復(fù)雜的操作，涉及的問題很多，如風(fēng)速的變化、轉(zhuǎn)速的變化、溫度的變化、振動等都會直接威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運行。

23.2.1控制系統(tǒng)安全運行要求必備條件

1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開關(guān)出線側(cè)相序必須與并網(wǎng)電網(wǎng)相序一致，電壓標(biāo)稱值相等，三相電壓平衡。2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全鏈系統(tǒng)硬件運行正常。

3）調(diào)向系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)處于正常運行的狀態(tài)。4）制動和控制系統(tǒng)液壓裝置的油壓、油溫和油位在固定范圍內(nèi)。

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5）齒輪箱油位和油溫在正常范圍。

6）各項保護(hù)裝置均在正常位置，且保護(hù)值均與批準(zhǔn)的設(shè)定值相符。7）各控制電源處于接通位置。8）監(jiān)控系統(tǒng)顯示正常運行狀態(tài)。

9）停止運行一個月以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組再投入運行前要求檢查絕緣，合格后才允許起動。10）經(jīng)維修的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)在投入起動前，要進(jìn)行嚴(yán)格檢測。

23.2.2對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作參數(shù)安全運行范圍的要求

1.風(fēng)速。自然界風(fēng)的變化是隨機(jī)的沒有規(guī)律的，當(dāng)風(fēng)速在3～25m/s的規(guī)定工作范圍變化時，只對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電工況有影響，當(dāng)風(fēng)速變化率較大且風(fēng)速超過25m/s以上時，就會對機(jī)組的安全性產(chǎn)生威脅。

2.轉(zhuǎn)速。本并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速考慮設(shè)計低于15r/min，發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速的20%。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組超速時，對機(jī)組的安全性產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

3.功率。在額定風(fēng)速以下時，不作功率調(diào)節(jié)控制，只有在額定風(fēng)速以上應(yīng)作限制最大功率的控制，考慮要求運行安全最大功率不允許超過設(shè)計值20%。

4.溫度。運行中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各部件運轉(zhuǎn)將會引起溫升，要求控制器環(huán)境溫度應(yīng)為0～30℃，齒輪箱油溫小于120℃，發(fā)電機(jī)溫度小于150℃，傳動等環(huán)節(jié)溫度小于70℃。

5.電壓。發(fā)電電壓允許的范圍在設(shè)計值的10%，當(dāng)瞬間值超過額定值的30%時，視為系統(tǒng)故障。

6.頻率。機(jī)組的發(fā)電頻率應(yīng)限制在50hz±1hz，否則視為系統(tǒng)故障。

7.壓力：機(jī)組的許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成，所以各液壓站系統(tǒng)的壓力必須監(jiān)控，由壓力開關(guān)設(shè)計額定值確定，通常低于100mpa

21.2.3對系統(tǒng)的接地保護(hù)安全要求

1）配電設(shè)備接地。變壓器、開關(guān)設(shè)備和互感器外殼、配電柜、控制保護(hù)盤，金屬構(gòu)架、防雷設(shè)施及電纜頭等設(shè)備必須接地。

2）塔筒與地基接地裝置，接地體應(yīng)水平敷設(shè)。塔內(nèi)和地基的角鋼基礎(chǔ)及支架要用截面25×4的扁鋼相連作接地干線，塔筒做一組，地基做一組，兩者焊接相連形成接地網(wǎng)。

3）接地網(wǎng)形式要求以閉合型為好。當(dāng)接地電阻不滿足要求時，引入外部接地體。

4）接地體的外緣應(yīng)閉合，外緣各角要作成圓弧形，其半徑不宜小于均壓帶間距的一半，埋設(shè)深度應(yīng)不小于0.6m，并敷設(shè)水平均壓帶。

5）變壓器中線點的工作接地和保護(hù)地線，要分別與人工接地網(wǎng)連接。6）避雷線宜設(shè)單獨的接地裝置。7）整個接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)小于4Ω。

8）電纜線路的接地。當(dāng)電纜絕緣損壞時，在電纜的外皮、鎧甲及接線頭盒均可能帶電，要求必須接地。

9）如果電纜在地下敷設(shè)，兩端都應(yīng)接地。低壓電纜除在潮濕的環(huán)境須接地外，其他正常環(huán)境不必接地。高壓電纜任何情況都應(yīng)接地。

23.3、對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制目標(biāo)的要求

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是實現(xiàn)由風(fēng)能到機(jī)械能和由機(jī)械能到電能兩個能量轉(zhuǎn)換的裝置，風(fēng)輪系統(tǒng)實現(xiàn)了從風(fēng)能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)則實現(xiàn)了從機(jī)械能到電能的能量轉(zhuǎn)換過程，本模擬風(fēng)力發(fā)電實訓(xùn)系統(tǒng)重點實現(xiàn)以下控制目標(biāo)：

1）.控制系統(tǒng)保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運行，同時高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網(wǎng)。2）.控制系統(tǒng)采用計算機(jī)控制技術(shù)實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理，完成機(jī)組的最佳運行狀態(tài)管理和控制。

3）.利用計算機(jī)智能控制實現(xiàn)機(jī)組的功率優(yōu)化控制，對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要進(jìn)行最佳尖速比和額定風(fēng)速以上的恒功率控制。

4）.大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切入自動并網(wǎng)，保證電流沖擊小于額定電流。當(dāng)風(fēng)速在3～25m/s之間，切入發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運行（本模擬發(fā)電機(jī)組設(shè)定模擬1500kw或201*kw機(jī)組，適應(yīng)這一風(fēng)速范圍）。

23.4、要求完成的主要自動控制功能

13XX省財政資助風(fēng)力發(fā)電實驗室項目組附錄2：

1）大風(fēng)情況下，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到停機(jī)風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)限速脫網(wǎng)抱液壓機(jī)械閘停機(jī)，而且在脫網(wǎng)同時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航90°.停機(jī)后待風(fēng)速降低到大風(fēng)開機(jī)風(fēng)速時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又可自動并入電網(wǎng)運行。

2）為了避免小風(fēng)時發(fā)生頻繁開、停機(jī)現(xiàn)象，在并網(wǎng)后10min內(nèi)不能按風(fēng)速自動停機(jī)。同樣，在小風(fēng)自動脫網(wǎng)停機(jī)后，5min內(nèi)不能軟切并網(wǎng)。

3）當(dāng)風(fēng)速小于停機(jī)風(fēng)速時，為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期逆功率運行，造成電網(wǎng)損耗，應(yīng)自動脫網(wǎng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于自由轉(zhuǎn)動的待風(fēng)狀態(tài)。

4）當(dāng)風(fēng)速大于開機(jī)風(fēng)速，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航機(jī)構(gòu)始終能自動跟風(fēng)。跟風(fēng)精度范圍±15°。

5）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓機(jī)械閘在并網(wǎng)運行、開機(jī)和待風(fēng)狀態(tài)下，應(yīng)該松開機(jī)械閘，其余狀態(tài)下（大風(fēng)停機(jī)、斷電和故障等）均應(yīng)抱閘。

6）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖閘除非在脫網(wǎng)瞬間、超速和斷電時釋放，起平穩(wěn)剎車作用。其余時間（運行期間、正常和故障停機(jī)期間）均應(yīng)處于歸位狀態(tài)。

7）在大風(fēng)停機(jī)和超速停機(jī)的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除了應(yīng)該脫網(wǎng)、變距、抱閘停機(jī)外，還應(yīng)該自動投入偏航控制，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙軸心線與風(fēng)向成一定的角度，增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)的安全度，待機(jī)艙轉(zhuǎn)約90°后，機(jī)艙保持與風(fēng)向偏90°跟風(fēng)控制，跟風(fēng)范圍±15°。

8）在電網(wǎng)中斷、缺相和過電壓的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)停止運行，此時控制系統(tǒng)不能供電，如果正在運行時風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遇到這種情況，應(yīng)能自動脫網(wǎng)和抱閘停機(jī)，此時偏航機(jī)構(gòu)不會動作，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分應(yīng)能承受考驗。

9）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模擬塔架內(nèi)的懸掛電纜只允許扭轉(zhuǎn)±2.5圈，系統(tǒng)要設(shè)計正/反向扭纜計數(shù)器，超過時自動停機(jī)解纜，達(dá)到要求后再自動開機(jī)，恢復(fù)運行發(fā)電。

10）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有手動控制功能（包括遠(yuǎn)程遙控手操），手動控制時“自動”功能應(yīng)該解除，相反地投入自動控制時，有些“手動”動能自動屏蔽。

11）控制系統(tǒng)應(yīng)該保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的所有監(jiān)控參數(shù)在正常允許的范圍內(nèi)，一旦超過極限并出現(xiàn)危險情況，應(yīng)能自動處理并安全停機(jī)。

23.5、控制系統(tǒng)主要參數(shù)21.5.1.主要技術(shù)參數(shù)

1）主發(fā)電機(jī)輸出功率（額定）pe（kw）2）發(fā)電機(jī)最大輸出功率1.2pe（kw）3）工作風(fēng)速范圍3～25m/s4）額定風(fēng)速ve（m/s）5）切入風(fēng)速（1min平均值）3m/s6）切出風(fēng)速（1min平均值）25m/s7）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速n（r/min）8）發(fā)電機(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速1000±20r/min9）發(fā)電機(jī)輸出電壓690v±10%10）發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率50hz±0.5hz11）并網(wǎng)最大沖擊電流（有效值）＜1.5ie12）電容補(bǔ)充后功率因數(shù)0.6～0.9221.5.2.控制指標(biāo)及效果

1）方式專用微控制器2）過載開關(guān)＜690v，660a3）自動對風(fēng)偏差范圍±15°4）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動起、停時間＜60s5）系統(tǒng)測試精度≥0.5%6）電纜纏繞2.5圈自動解纜7）解纜時間55min

14XX省財政資助風(fēng)力發(fā)電實驗室項目組附錄2：

8）手動操作響應(yīng)時間＜5s21.5.3.保護(hù)功能

1）超電壓保護(hù)范圍連續(xù)3s＞1.3ue（v）2）欠電流保護(hù)范圍連續(xù)3s＜1.3ie（a）3）風(fēng)輪轉(zhuǎn)速極限＜40r/min4）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速極限＜1800r/min5）發(fā)電機(jī)過功率保護(hù)值連續(xù)60s＞1.2pe（kw）6）發(fā)電機(jī)過電流保護(hù)值連續(xù)30s＞1.5ie（a）7）大風(fēng)保護(hù)風(fēng)速連續(xù)600s＞25m/s8）系統(tǒng)接地電阻＜4Ω9）防雷感應(yīng)電壓＞3500v23.6、對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變距控制的要求23.6.1變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制方式

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變距系統(tǒng)主要包含著兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與

并網(wǎng)后的功率控制。由于異步電機(jī)的功率與速度是嚴(yán)格對應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實現(xiàn)的。

變漿距風(fēng)輪的葉片在靜止時，節(jié)距角為90°，這時氣流對葉片不產(chǎn)生力矩，整個葉片實際上是一塊阻尼板。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動風(fēng)速時，葉片向0°方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對葉片產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)輪開始起動。風(fēng)輪從起動到額定轉(zhuǎn)速，其葉片的節(jié)距角隨轉(zhuǎn)速的升高是一個連續(xù)變化的過程。根據(jù)給定的速度參考值，調(diào)整節(jié)距角，進(jìn)行實際的速度控制。

當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。這時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)頻率的牽制，變化不大，主要取決于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制實際上已轉(zhuǎn)為功率控制。為了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時，通過轉(zhuǎn)子電流控制器對電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)速較低時，電機(jī)轉(zhuǎn)差調(diào)整到很?。?%），轉(zhuǎn)速在同步速附近；當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，電機(jī)轉(zhuǎn)差調(diào)整到很大（10%），使葉尖速比得到優(yōu)化，使功率曲線達(dá)到理想的狀態(tài)。

23.6.2變距控制系統(tǒng)

變距控制系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)。變距控制器是一個非線性比例控制器，它可以補(bǔ)償比例閥的死帶和極限。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后，變成電壓信號控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動油缸活塞，推動變距機(jī)構(gòu)，使葉片節(jié)距角變化。

活塞的位移反饋信號由位移傳感器測量，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后輸入比較器。

23.7、對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集信號的要求23.7.1電量信號

1）電壓、電流。測量信號范圍寬，要求有較好的線性度；測量信號諧波豐富，頻譜特性復(fù)雜；電壓、電流信號為矢量信號，暫態(tài)反應(yīng)速度應(yīng)低于0.02s，精度高于0.5級。

2）功率因數(shù)：影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量計量和補(bǔ)償電容投入容量，要求較高精度。3）電網(wǎng)頻率：一般在工頻附近，精度要求±0.1hz，反應(yīng)速度快。

一次電壓、電流由pt\\ct變換為可采樣的交流信號，經(jīng)濾波整形限幅后進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。以上數(shù)據(jù)信號采集點集中，數(shù)據(jù)流量大，采樣速度高。上述電壓電流采樣數(shù)據(jù)的主要用途為：

a.在發(fā)電機(jī)或主回路元件故障及電網(wǎng)發(fā)生危及發(fā)電機(jī)運行的異常狀態(tài)時作為微機(jī)保護(hù)的判據(jù)。

b.作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量統(tǒng)計、性能評估、狀態(tài)顯示的重要參數(shù)。以及超功率和低功率時作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出運行判據(jù)。同時，也作為就地電容補(bǔ)償投切重要判據(jù)。

23.7.2.溫度信號

據(jù)信號采集點相對集中，距離主控位置50m。器件熱容量較大，反應(yīng)到溫度變化較慢，可考慮采用鉑電阻測量。溫度參數(shù)可作為器件疲勞程度和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行效能的判據(jù)，不要作為突發(fā)故障的保護(hù)判據(jù)。溫度統(tǒng)計對于故障分析和歷史數(shù)據(jù)趨勢分析有一定作用。

23.7.3.風(fēng)向信號

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對風(fēng)向的測量由風(fēng)向標(biāo)實現(xiàn)。風(fēng)向瞬時波動頻繁，幅度不大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為主動對風(fēng)設(shè)計，當(dāng)風(fēng)向發(fā)生

15XX省財政資助風(fēng)力發(fā)電實驗室項目組附錄2：

變化時，由偏航機(jī)構(gòu)根據(jù)風(fēng)向標(biāo)信號帶動機(jī)頭隨風(fēng)轉(zhuǎn)動。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對風(fēng)向的測量由風(fēng)向標(biāo)來完成。風(fēng)向標(biāo)的種類有許多。建議采用一種內(nèi)部帶有一個8位的格雷碼盤，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)轉(zhuǎn)動時，同時也帶動格雷碼盤轉(zhuǎn)動，由此得到不同的格雷碼數(shù)，通過光電感應(yīng)元件，形成一組8位的數(shù)字輸入信號。格雷碼盤將360°劃分成256個區(qū)，每區(qū)分為1.41°，所以其測量精度位1.41°。這種風(fēng)向標(biāo)可以確定風(fēng)向具體位置。

23.7.4.風(fēng)輪轉(zhuǎn)速信號

轉(zhuǎn)速范圍3～30r/min。根據(jù)現(xiàn)場空間布置，可采用霍爾元件將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為窄脈沖。脈沖頻率范圍為7～20hz。通常工作在10hz以上。葉片轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速相差一個固定變化，可以相互校驗被測信號的可靠性。

模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測量點應(yīng)設(shè)置兩個。發(fā)電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。頻率與轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系為線性的。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行相互校驗，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速乘以傳動比率等于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，如果不符，表示兩個轉(zhuǎn)速信號的采集部分有故障，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出運行。轉(zhuǎn)速測量用于判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)和脫網(wǎng)，還可用于判別超速條件，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過30r/min或電機(jī)轉(zhuǎn)速超過1575r/min時，應(yīng)停機(jī)。

23.7.5.風(fēng)速信號

風(fēng)速通過安裝在機(jī)艙外的光電數(shù)字式風(fēng)速儀測得。風(fēng)速儀送出的信號為頻率值，經(jīng)光耦合器隔離后送至頻率數(shù)字化模塊。模塊可處理最大輸入頻率值為6.8khz。模塊采用485通信方式把數(shù)據(jù)送給工控機(jī)，計算機(jī)把傳送來的頻率信號經(jīng)平均后轉(zhuǎn)換成風(fēng)速，由于頻率-風(fēng)速的轉(zhuǎn)換關(guān)系非線性，在轉(zhuǎn)換過程中采用了分段線性的方法進(jìn)行處理。要求風(fēng)速值可根據(jù)功率進(jìn)行校驗，當(dāng)風(fēng)速在3m/s以下，功率高于1.5kw持續(xù)1min時，或風(fēng)速在8m/s以上，功率低于1.0kw持續(xù)1min時，表示風(fēng)速計有故障。

23.8、對機(jī)組控制運行安全保護(hù)系統(tǒng)的要求

23.8.1.大風(fēng)保護(hù)安全系統(tǒng)

機(jī)組設(shè)計有切入風(fēng)速vg，停機(jī)風(fēng)速vt，一般取10min，25m/s的風(fēng)速為停機(jī)風(fēng)速；由于此時風(fēng)的能量很大，系統(tǒng)必須采取保護(hù)措施，在停機(jī)前對于變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必