風力發(fā)電原理控制

風力發(fā)電機組檢測與控制——華北電力大學控制科學與工程學院呂躍剛1第一頁，共四十二頁。第一章緒論輪轂齒輪箱油冷卻器發(fā)電機變槳驅(qū)動旋轉(zhuǎn)罩機艙低速軸熱交換器控制箱旋轉(zhuǎn)接頭支撐軸承偏航驅(qū)動機艙座通風隔離減震風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)圖2第二頁，共四十二頁。PPT內(nèi)容概述風力發(fā)電機組檢測與控制?；谧兯俸泐l技術(shù)的變速型機組。脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生正弦電壓控制發(fā)電機輸出電壓與頻率質(zhì)量。習題：通過對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的了解，回答控制系統(tǒng)主要包括那些功能。前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2。升力系數(shù)與阻力系數(shù)是隨攻角變化的。出現(xiàn)最大升力的點叫失速點。需解決的問題：高于額定風速時槳葉需自動將功率限制在額定功率附近（失速特性）。風速/（m/s)。風況：連續(xù)10分鐘風速在機組運行范圍內(nèi)（3.0m/s~25m/s)。每秒采集一次，10分鐘計算一次平均值。增速器油溫的控制：增速器箱內(nèi)由PT100熱電阻溫度傳感器測溫。當持續(xù)10min大于額定功率15%或2s大于50%應停機。電網(wǎng)原因引起的停機，控制系統(tǒng)在電網(wǎng)恢復后10分鐘自動恢復運行。過電壓保護：控制器對通過電纜進入控制柜的沖擊電壓具有自我保護能力。啟動狀態(tài)——轉(zhuǎn)速反饋控制，速度給定加升速率限制有利于并網(wǎng)。=轉(zhuǎn)矩系數(shù)×勵磁磁通×轉(zhuǎn)子電流×轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。41第三頁，共四十二頁。一、機組的總體結(jié)構(gòu)第一章緒論控制系統(tǒng)風輪增速器發(fā)電機主繼電器主開關(guān)熔斷器變壓器晶閘管電網(wǎng)風變槳風速轉(zhuǎn)速并網(wǎng)功率無功補償風定槳：1.5-2.5葉尖擾流器起脫網(wǎng)停機氣動剎車，一般采用雙速發(fā)電機來提高效率。變槳：隨風速改變攻角，超過額定風速保持額定功率。設(shè)計風輪轉(zhuǎn)速：20-30r/min，通過增速器與發(fā)電機匹配。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)，并網(wǎng)容易，擾動小。含微處理器的控制系統(tǒng)。4第四頁，共四十二頁。第一章緒論二、風力發(fā)電機組的主要類型與控制要求定槳距失速型機組監(jiān)控系統(tǒng)任務：控制風力發(fā)電機并網(wǎng)與脫網(wǎng)；自動相位補償；監(jiān)視機組的運行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護停機；產(chǎn)生并記錄風速、功率、發(fā)電量等機組運行數(shù)據(jù)。全槳葉變距型機組監(jiān)控系統(tǒng)任務：控制風力發(fā)電機并網(wǎng)與脫網(wǎng)；優(yōu)化功率曲線；監(jiān)視機組的運行狀態(tài)、電網(wǎng)狀況與氣象情況；異常工況保護停機；產(chǎn)生并記錄風速、功率、發(fā)電量等機組運行數(shù)據(jù)?；谧兯俸泐l技術(shù)的變速型機組監(jiān)控系統(tǒng)任務除去上述功能外主要包括：基于微處理器及先進IGBT電力電子技術(shù)的發(fā)電機轉(zhuǎn)子變頻勵磁；脈寬調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生正弦電壓控制發(fā)電機輸出電壓與頻率質(zhì)量；低于額定風速的最大風能（功率）控制與高于額定風速的恒定額定功率控制。5第五頁，共四十二頁。第一章緒論三、風力發(fā)電機組的控制技術(shù)定槳距失速型機組解決了風力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題和運行安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自動解纜技術(shù)。固定的節(jié)距角及電網(wǎng)頻率決定的轉(zhuǎn)速，簡化了控制與伺服驅(qū)動系統(tǒng)。全槳葉變距型機組啟動時可進行轉(zhuǎn)速控制，并網(wǎng)后可進行功率控制。電液伺服機構(gòu)與閉環(huán)變距控制提高了機組效率。基于變速恒頻技術(shù)的變速型機組采用變速風力發(fā)電機。根據(jù)風速信號控制，低于額定風速跟蹤最佳功率曲線，高于額定風速柔性保證額定功率輸出。改善了高次諧波對電網(wǎng)影響，提高了功率因數(shù)，高效高質(zhì)地向電網(wǎng)供電。習題：各不同類型機組的控制技術(shù)有何功能特點。6第六頁，共四十二頁。第一章緒論圖中看出，系統(tǒng)的特性除了與機組特性有關(guān)外，還受控制器影響。運行中控制器可改變功率輸出，風能看成是擾動。四、風力發(fā)電機組的控制特性風輪動態(tài)特性傳動鏈動態(tài)特性發(fā)電機動態(tài)特性風能風輪轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速發(fā)電機轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速電功率功率變送器伺服執(zhí)行器控制器功率信號變距指令變距位置7第七頁，共四十二頁。第一章緒論五、風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及故障狀況發(fā)電機控制軟并網(wǎng)變頻器勵磁調(diào)節(jié)主控制器運行監(jiān)控，機組起/停電網(wǎng)、風況監(jiān)測無功補償根據(jù)無功功率信號分組切入或切出補償電容變距系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功率控制液壓系統(tǒng)剎車機構(gòu)壓力保持變距機構(gòu)壓力保持制動系統(tǒng)機械剎車機構(gòu)氣動剎車機構(gòu)調(diào)向系統(tǒng)偏航自動解除電纜纏繞習題：通過對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的了解，回答控制系統(tǒng)主要包括那些功能？8第八頁，共四十二頁。第二章風力機控制氣流動能為m空氣質(zhì)量，v氣流速度 密度為ρ的氣流過面積S的氣體體積為V，M=ρV=ρSv則單位時間內(nèi)氣流所具有的動能為理想風輪與貝茲（Betz）理論：前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2根據(jù)牛頓第二定律，單位時間內(nèi)風輪上的受力F=mv1-mv2=ρSv(v1-v2)風輪吸收的功率P=Fv=ρSv2(v1-v2)風輪吸收的功率又等于風輪前后動能（單位時間）的變化：令兩式相等，得

經(jīng)過風輪風速變化產(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與氣流掃掠面積風的能量相比，可得風力機的理論最大效率：一、1、風力機能量轉(zhuǎn)換過程Sv1SvSv29第九頁，共四十二頁。1、風能利用系數(shù)： 風力機的實際功率 其中CP為風能利用系數(shù)，它小于0.5932、葉尖速比為了表示風輪在不同風速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風速比來衡量，稱葉尖速比一、2、風力機的主要特性系數(shù)第二章風力機控制10第十頁，共四十二頁。1、槳葉的翼型二、1、槳葉的幾何參數(shù)與空氣動力特性功角升力角零升力角風向弦長AB攻角：來流方向與弦線的夾角零升力角：弦線與零升力線夾角升力角：來流方向與零升力線夾角2、槳葉上的氣動力總的氣動力，S—槳葉面積，Cr—總氣動系數(shù)C壓力中心升力，與氣流方向垂直，Cl—升力系數(shù)阻力，與氣流方向平行，Cd—阻力系數(shù)Cd、Cl是由設(shè)計的葉片決定的固有參數(shù)，也是氣動力計算的原始依據(jù)。第二章風力機控制11第十一頁，共四十二頁。二、2、升力和阻力的變化曲線-30o-20o-10o0o10o20o30o40o0.80.60.40.2-0.2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，使得槳葉的升力增加，但當增加到某個角度后升力開始下降；阻力系數(shù)開始上升。出現(xiàn)最大升力的點叫失速點。截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。對有限長槳葉，葉片兩端會產(chǎn)生渦流，造成阻力增加，第二章風力機控制12第十二頁，共四十二頁。三、旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動力（葉素分析）風向v-uw運動旋轉(zhuǎn)方向安裝角（槳距角、節(jié)距角）：回轉(zhuǎn)平面與槳葉截面弦長的夾角傾斜角相對速度dF氣流W產(chǎn)生的氣動力dL氣流升力dD氣流阻力I軸向推力dFa=dLcosI+dDsinII旋轉(zhuǎn)力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)驅(qū)動功率dPw=ωdT風輸入的總氣動功率P=vΣFa旋轉(zhuǎn)軸得到的功率Pu=Tω風輪效率η=Pu/P第二章風力機控制13第十三頁，共四十二頁。第二章風力機控制五、渦流理論（葉片數(shù)的影響及實際風力機Cp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，使風力機效率有所下降。實際風力機曲線如下圖所示：Betz極限理想的Cp曲線實際的Cp曲線失速損失型阻損失014第十四頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組一、定槳距風力發(fā)電機組的特點1、風輪結(jié)構(gòu)主要特點：槳葉與輪轂的連接是固定的，槳葉的迎風角度不隨風速變化而變化。需解決的問題：高于額定風速時槳葉需自動將功率限制在額定功率附近（失速特性）。 脫網(wǎng)（突甩負荷）時槳葉自身具備制動能力。 添加了葉尖擾流器，降低機械剎車結(jié)構(gòu)強度，2、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理因槳葉的安裝角β不變，風速增加→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，根部先進入失速，隨風速增大逐漸向葉尖擴展。失速部分功率減少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在額定功率附近。3、葉尖擾流器葉尖部分可旋轉(zhuǎn)的空氣阻尼板，正常運行時，在液壓控制下與葉片成為整體，風力機脫網(wǎng)時液壓控制指令將擾流器釋放并旋轉(zhuǎn)80o~90o，產(chǎn)生阻力停機，即產(chǎn)生空氣動力剎車?？諝鈩恿x車是按失效思想設(shè)計，即起到液壓系統(tǒng)故障時的機組停機保護。4、雙速發(fā)電機小發(fā)電機功率曲線大發(fā)電機功率曲線切換點風速功率如6極200kW和4極750kWP1P215第十五頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組一、定槳距風力發(fā)電機組的特點5、功率輸出功率的輸出主要決定于風速，葉片的失速特性功率曲線是在標準空氣密度ρ=1.225kg/m3測出的，一般溫度變化±10oC，空氣密度變化±4%。因此氣溫升高，密度下降，輸出功率減少。750kW機組可能會出現(xiàn)30~50kW的偏差，6、節(jié)距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響由于機組的槳葉節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機組功率曲線上只有一點有最大功率系數(shù)。額定轉(zhuǎn)速低的機組，低風速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機組，高風速下有較高的功率系數(shù)。即為雙速電機依據(jù)。設(shè)計的最大功率系數(shù)并不出現(xiàn)在額定功率上，因風力發(fā)電機并不經(jīng)常工作在額定風速點。定槳距風力發(fā)電機應盡量提高低風速的功率系數(shù)和考慮高風速的失速性能。02468101214161810008006004002000.10.20.30.40.5功率輸出/kW風速/（m/s)功率/kW16第十六頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組二、定槳距風力發(fā)電機組的基本運行過程1、待機狀態(tài)風速v＞3m/s但沒達到切入轉(zhuǎn)速或機組從小功率切出，沒有并網(wǎng)的自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)做好切入電網(wǎng)的準備；機械剎車已松開；葉尖阻尼板已收回；風輪處于迎風狀態(tài)；液壓系統(tǒng)壓力保持在設(shè)定值；風況、電網(wǎng)和機組的所有狀態(tài)參數(shù)檢測正常，一旦風速增大，轉(zhuǎn)速升高，即可并網(wǎng)。2、風力發(fā)電機組的自啟動及啟動條件機組在自然風作用下升速、并網(wǎng)的過程。需具備的條件為：電網(wǎng)：連續(xù)10分鐘沒有出現(xiàn)過電壓、低電壓；0.1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。風況：連續(xù)10分鐘風速在機組運行范圍內(nèi)（3.0m/s~25m/s)機組：發(fā)電機溫度、增速器油溫在設(shè)定值范圍以內(nèi)；液壓系統(tǒng)各部位壓力在設(shè)定值以內(nèi)；液壓油位和齒輪潤滑油位正常；制動器摩擦片正常；扭纜開關(guān)復位；控制系統(tǒng)DC24V、AC24V、DC5V、DC±15V電源正常；非正常停機故障顯示均已排除；維護開關(guān)在運行位置。17第十七頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組二、定槳距風力發(fā)電機組的基本運行過程3、風輪對風偏航角度通過風向測定儀測定。10分鐘調(diào)整一次，調(diào)整中釋放偏航剎車。4、制動解除

啟動條件滿足后，控制葉尖擾流器的電磁閥打開，壓力油進入槳葉液壓缸，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后，壓力油進入機械盤式制動器液壓缸，松開盤式制動器。5、風力發(fā)電機組的并網(wǎng)

當轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，三相主電路上的晶閘管被觸發(fā)開始導通，導通角隨與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的加速度減少；當發(fā)電機達到同步轉(zhuǎn)速時晶閘管完全導通，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進入發(fā)電狀態(tài)；1秒后旁路接觸器閉合，電流被旁路，如一切正常晶閘管停止觸發(fā)。18第十八頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組三、風力發(fā)電機組的基本控制要求1、控制系統(tǒng)的基本功能根據(jù)風速信號自動進行啟動、并網(wǎng)或從電網(wǎng)切出。根據(jù)風向信號自動對風。根據(jù)功率因數(shù)及輸出電功率大小自動進行電容切換補償。脫網(wǎng)時保證機組安全停機。運行中對電網(wǎng)、風況和機組狀態(tài)進行監(jiān)測、分析與記錄，異常情況判斷及處理。2、主要監(jiān)測參數(shù)及作用電力參數(shù)：電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機輸出的三相電流、電網(wǎng)頻率、發(fā)電機功率因數(shù)等。判斷并網(wǎng)條件、計算電功率和發(fā)電量、無功補償、電壓和電流故障保護。發(fā)電機功率與風速有著固定的函數(shù)關(guān)系，兩者不符可作為機組故障判斷的依據(jù)。風力參數(shù)：風速；每秒采集一次，10分鐘計算一次平均值。v＞3m/s時發(fā)電機，v＞25m/s停機。風向；測量風向與機艙中心線的偏差，一般采用兩個風向標進行補償。控制偏航系統(tǒng)工作，風速低于3m/s偏航系統(tǒng)不會工作。機組參數(shù)：轉(zhuǎn)速；機組有發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風輪轉(zhuǎn)速兩個測點。控制發(fā)電機并網(wǎng)和脫網(wǎng)、超速保護。溫度；增速器油溫、高速軸承溫度、發(fā)電機溫度、前后主軸承溫度、晶閘管溫度、環(huán)境溫度。振動；機艙振動探測。電纜扭轉(zhuǎn)；安裝有從初始位置開始的齒輪記數(shù)傳感器，用于停機解纜操作。位置行程開關(guān)停機保護。剎車盤磨損；油位；潤滑油和液壓系統(tǒng)油位。19第十九頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組三、風力發(fā)電機組的基本控制要求各種反饋信號的檢測：控制器在發(fā)出指令后的設(shè)定時間內(nèi)應收到的反饋信號包括回收葉尖擾流器、松開機械剎車、松開偏航制動器、發(fā)電機脫網(wǎng)轉(zhuǎn)速降落。否則故障停機。增速器油溫的控制：增速器箱內(nèi)由PT100熱電阻溫度傳感器測溫；加熱器保證潤滑油溫不低于10oC；潤滑油泵始終對齒輪和軸承強制噴射潤滑；油溫高于60oC時冷卻系統(tǒng)啟動，低于45oC時停止冷卻。發(fā)電機溫升控制：通過冷卻系統(tǒng)控制發(fā)電機溫度，如溫度控制在130~140oC，到150~155oC停機。功率過高或過低的處理：風速較低時發(fā)電機如持續(xù)出現(xiàn)逆功率（一般30~60s），退出電網(wǎng)，進入待機狀態(tài)。功率過高，可能為電網(wǎng)頻率波動（瞬間下降），機械慣量不能使轉(zhuǎn)速迅速下降，轉(zhuǎn)差過大造成。也可能是氣候變化，空氣密度增加造成。當持續(xù)10min大于額定功率15%或2s大于50%應停機。風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)：風速過大會使葉片嚴重失速造成過早損壞。風速高于25m/s持續(xù)10min或高于33m/s持續(xù)2s正常停機，風速高于50m/s持續(xù)1s安全停機，側(cè)風90oC。20第二十頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組三、風力發(fā)電機組的基本控制要求3、風力發(fā)電機組的基本控制策略風力發(fā)電機組的工作狀態(tài)：運行狀態(tài)暫停狀態(tài)停機狀態(tài)緊急停機狀態(tài)機械剎車松開機械剎車松開機械剎車松開機械剎車與氣動剎車同時動作機組并網(wǎng)發(fā)電風力發(fā)電機組空轉(zhuǎn)計算機處于監(jiān)測狀態(tài)，輸出信號被旁路機組自動調(diào)向機組調(diào)向保持工作狀態(tài)調(diào)向系統(tǒng)停止工作液壓系統(tǒng)保持工作壓力液壓系統(tǒng)保持工作壓力液壓系統(tǒng)保持工作壓力葉尖阻尼板回收（或變槳處于最佳角度）葉尖阻尼板回收（或變節(jié)距角在90o）葉尖阻尼板彈出（或變距系統(tǒng)失去壓力）21第二十一頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組四、定槳距風力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)1、定槳距風力發(fā)電機組的制動系統(tǒng)葉尖氣動剎車：液壓系統(tǒng)提供的壓力由經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭進入槳葉根部的壓力缸，壓縮擾流器機構(gòu)中的彈簧，使葉尖擾流器與槳葉主體平滑連為一體。當風力機停機時，液壓系統(tǒng)釋放壓力油，葉尖擾流器在離心力作用下，按設(shè)計軌跡轉(zhuǎn)過90o。機械盤式剎車：作為輔助剎車裝置被安裝在高速軸上，液壓驅(qū)動。因風力機轉(zhuǎn)矩很大，作為主剎車將會使剎車盤直徑很大，改變了機組結(jié)構(gòu)。大型風機一般有兩部機械剎車。制動系統(tǒng)按失效保護原則設(shè)計，一旦失電或液壓系統(tǒng)失效即處于制動狀態(tài)。正常停機制動過程：電磁閥失電釋放葉尖擾流器、發(fā)電機降至同步轉(zhuǎn)速時主接觸器動作與電網(wǎng)解列、轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時第一部剎車投入、如轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升第二部剎車立即投入、停機后葉尖擾流器收回。安全停機制動過程：葉尖擾流器釋放同時投入第一部剎車、發(fā)電機降至同步轉(zhuǎn)速時主接觸器跳閘同時第二部剎車立即投入、葉尖擾流器不收回。緊急停機制動過程：所有繼電器斷電、接觸器失電；葉尖擾流器和兩部機械剎車同時起作用；發(fā)電機同時與電網(wǎng)解列。22第二十二頁，共四十二頁。第三章定槳距風力發(fā)電機組四、定槳距風力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)2、超速保護發(fā)電機或風輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速110%時，控制器發(fā)出正常停機指令。葉尖擾流器制動液壓系統(tǒng)設(shè)有獨立超速保護裝置，風輪超速時，液壓缸壓力迅速上升，受壓力控制的“突開閥”打開，壓力油被泄掉，葉尖擾流器迅速打開，使得在控制系統(tǒng)失效時停機。3、電網(wǎng)失電保護電網(wǎng)一旦失電，控制葉尖擾流器和機械剎車的電磁閥立即打開，實現(xiàn)失壓制動緊急停機。電網(wǎng)原因引起的停機，控制系統(tǒng)在電網(wǎng)恢復后10分鐘自動恢復運行。4、電氣保護過電壓保護：控制器對通過電纜進入控制柜的沖擊電壓具有自我保護能力感應瞬態(tài)保護：晶閘管、計算機的過電壓屏蔽，傳感器、通信電纜的隔離。雷擊保護：提供便捷的接地通道釋放雷電。5、緊急安全鏈是計算機系統(tǒng)的最后一級保護措施，原理是將對風力發(fā)電機組造成致命傷害的故障節(jié)點串聯(lián)在停機回路中，任何一個故障都可緊急停機。如：緊急停機按鈕、控制器看們狗、葉尖擾流器液壓繼電器、扭攬傳感器、振動傳感器、控制器DC24V電源失電。緊急停機后安全鏈只能手動復位23第二十三頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制一、概述

高于額定風速——改變攻角——保持功率恒定；啟動時控制驅(qū)動轉(zhuǎn)矩——控制轉(zhuǎn)速。特點：1、改善機組的受力，優(yōu)化功率輸出（粗調(diào)，與發(fā)電機轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)配合）。2、比定槳距風力機額定風速低、效率高；且不存在高于額定風速的功率下降問題。3、功率反饋控制使額定功率不受海拔、濕度、溫度等空氣密度變化影響4、啟動時控制氣動轉(zhuǎn)矩易于并網(wǎng)；停機氣動轉(zhuǎn)矩回零避免突甩負荷。運行狀態(tài)：啟動狀態(tài)——轉(zhuǎn)速反饋控制，速度給定加升速率限制有利于并網(wǎng)。欠功率狀態(tài)——不控制（變速機組可通過追求最佳葉尖速比提高風機效率）。額定功率狀態(tài)——功率控制，為了解決變槳對風速響應慢問題，可通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)差率調(diào)速，用風輪蓄能特性吸收風波動造成的功率波動，維持功率恒定。轉(zhuǎn)速控制器功率控制器變槳執(zhí)行器變距機構(gòu)風輪系統(tǒng)發(fā)電機傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速槳距角發(fā)電功率風速轉(zhuǎn)速給定功率給定24第二十四頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制二、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)a、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)，即槳距角位置跟隨變槳指令變化。b、校正環(huán)節(jié)是一個非線性控制器，具有死區(qū)補償和變槳限制功能。死區(qū)用來補償液壓及變距機構(gòu)的不靈敏區(qū)，變槳限制防止超調(diào)。c、液壓系統(tǒng)由液壓比例伺服閥、液壓回路、液壓缸活塞等組成。d、位置傳感器給出實際變槳角度。D/A轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器位移傳感器變槳距機構(gòu)液壓系統(tǒng)活塞位移槳距角變槳給定校正環(huán)節(jié)25第二十五頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制三、變槳距控制（并網(wǎng)前）1、并網(wǎng)前的速度控制速度控制器控制從啟動到并網(wǎng)的轉(zhuǎn)速控制，達到同步轉(zhuǎn)速10r/min內(nèi)1s并網(wǎng)。進入啟動狀態(tài)，前饋通道將槳距角快速提高到45o，500r/min減小到5o，達到快速啟動目的；非線性環(huán)節(jié)使增益隨節(jié)距角增加而減小，補償轉(zhuǎn)矩變化。轉(zhuǎn)速控制器變槳執(zhí)行器變距機構(gòu)風輪系統(tǒng)發(fā)電機傳動系統(tǒng)槳距角風速轉(zhuǎn)速給定A轉(zhuǎn)速速度變化率額定轉(zhuǎn)速PID轉(zhuǎn)速傳感器+-++轉(zhuǎn)速節(jié)距指令轉(zhuǎn)矩補償45*5*節(jié)距非線性化26第二十六頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制三、變槳距控制（并網(wǎng)后）b、功率控制器A并網(wǎng)后執(zhí)行變槳到最大攻角，低于額定功率（額定風速）時控制器輸出飽和，攻角最大；高于額定風速后進入恒功率控制；引入風速前饋通道，超過額定風速后，當風速變化時起到快速補償作用。c、功率控制器B低于額定風速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率“實現(xiàn)”最佳葉尖速比調(diào)節(jié)，即風速增加轉(zhuǎn)差率增大；高于額定風速時配合功率控制器A維持功率恒定。原理是風速出現(xiàn)波動時，由于變槳調(diào)節(jié)的滯后使驅(qū)動功率發(fā)生波動，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率（轉(zhuǎn)子電流）使機組轉(zhuǎn)速變化而維持功率恒定，利用風輪儲存和釋放能量維持輸入與輸出功率的平衡。功率控制器A功率控制器B變槳執(zhí)行器變距機構(gòu)風輪系統(tǒng)發(fā)電機傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速槳距角發(fā)電功率風速額定功率功率給定同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子電流執(zhí)行器SP風速信號濾波器+-+-+-+-27第二十七頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制四、發(fā)電功率控制1、發(fā)電機功率參考曲線功率給定曲線在點劃線限制的范圍內(nèi)變化，發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率在1~10%（1515~1650r/min），外加轉(zhuǎn)子平均電阻在0到100%變化。2、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速控制特性功率=轉(zhuǎn)矩×轉(zhuǎn)速，功率與轉(zhuǎn)矩成正比。

024681010080604020轉(zhuǎn)差率%參考功率/額定功率%=轉(zhuǎn)矩系數(shù)×勵磁磁通×轉(zhuǎn)子電流×轉(zhuǎn)子功率因數(shù)其中：轉(zhuǎn)子感應電動勢發(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。改變轉(zhuǎn)子回路電阻可以改變轉(zhuǎn)子電流。低于額定風速葉尖速比優(yōu)化：風↑→轉(zhuǎn)速↑→參考功率↑→轉(zhuǎn)子電流↑→輸出功率↑高于額定風速恒定功率控制：風↑→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28第二十八頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制四、發(fā)電功率控制

MSn0ns10電動機發(fā)電機R2R1發(fā)電機轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速特性曲線定子同步轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)決定：（定子三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）兩種運行狀態(tài)：n＜ns為電動機方式；n＞ns發(fā)電機狀態(tài)。滑差率：發(fā)電狀態(tài)時為負值與功率成正比的電流可表示為：

轉(zhuǎn)子靜止時感應電勢接近同步速時S很小分析：高于額定風速時，如發(fā)生擾動轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化，感應電勢變化，電流亦將變化，通過電阻的變化可以維持電流不變，因此維持功率瞬時穩(wěn)定（克服擾動）。反之，低于額定風速時，通過改變電阻，可以改變S，保證較好的葉尖速比（設(shè)定值改變）。29第二十九頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制四、發(fā)電功率控制

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30第三十頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制五、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)流閥比例閥蓄能器可調(diào)節(jié)流閥ABPT電磁閥先導止回閥單向閥壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗90o0oVESTASV39型單向閥油位開關(guān)壓力傳感器控制油泵啟停，設(shè)定范圍：130bar~145bar高壓濾清器裝有旁通閥和污染指示器，單向閥防止高壓油回流。溢流閥防止油壓過高，設(shè)定值145bar系統(tǒng)維修時，可調(diào)節(jié)流閥閥用來釋放來自蓄能器的壓力油油位開關(guān)用來防止油溢出或泵在無油情況下運轉(zhuǎn)。油箱內(nèi)設(shè)有PT100溫度檢測與報警，液壓泵站31第三十一頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制五、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)流閥比例閥蓄能器可調(diào)節(jié)流閥ABPT緊急順槳閥先導止回閥單向閥壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗90o0o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-5o~88o之間變化。工作時緊急順槳閥通電，電磁閥1通電使先導止回閥雙向流動。比例閥“直通”時，活塞向右運動，槳葉節(jié)距向-5o方向調(diào)節(jié)。比例閥“跨接”時，節(jié)距角向88o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)）。緊急順槳閥電磁閥1電磁閥232第三十二頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制五、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1比例閥蓄能器可調(diào)節(jié)流閥ABPT緊急順槳閥先導止回閥單向閥壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗90o0o液壓系統(tǒng)停機狀態(tài)緊急順槳閥斷電，壓力油通過節(jié)流閥2進入液壓缸右端。左端壓力油經(jīng)節(jié)流閥1回油箱，順槳88o。電磁閥1斷電，先導止回閥變?yōu)閱蜗蜷y，防止風作用力矩使液壓缸活塞向右運動。急停狀態(tài)防止蓄能器油量不夠活塞行程，風的自變力矩將幫助緊急順槳，補充油來自活塞左部及油箱吸油管。節(jié)流閥用來限制變槳速度在9o左右。節(jié)流閥2緊急順槳閥電磁閥133第三十三頁，共四十二頁。第四章變槳距風力發(fā)電機組控制五、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)流閥比例閥蓄能器可調(diào)節(jié)流閥ABPT電磁閥先導止回閥單向閥壓力開關(guān)減壓閥剎車鉗90o0o制動機構(gòu)開機指令發(fā)出后，電磁閥通電，制動卡鉗排油到油箱，剎車被釋放。停