風(fēng)力發(fā)電原理(控制)ppt課件.ppt

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,呂 躍 剛,1,第一章 緒 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,2,一、機(jī)組的總體結(jié)構(gòu),第一章 緒 論,定槳：1.5-2.5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)來提高效率。 變槳：隨風(fēng)速改變攻角，超過額定風(fēng)速保持額定功率。 設(shè)計(jì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速：20-30r/min，通過增速器與發(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。 含微處理器的控制系統(tǒng)。,3,第一章 緒 論,二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要類型與控制要

2、求,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)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)。 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)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)。 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： 基于微處理器及先進(jìn)IGBT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（功率）控制與高于額定風(fēng)速的恒定額定功率

3、控制。,4,第一章 緒 論,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 解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題和運(yùn)行安全性與可靠性問題，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)。 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 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。 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)。 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)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)

4、。,5,第一章 緒 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。 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,6,第一章 緒 論,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),無功補(bǔ)償,根據(jù)無功功率信號(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：通過對(duì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的了解，回答控

5、制系統(tǒng)主要包括那些功能？,7,第二章 風(fēng)力機(jī)控制,氣流動(dòng)能為 m 空氣質(zhì)量，v 氣流速度 密度為的氣流過面積 S 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 理想風(fēng)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(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 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：

6、,一、1、風(fēng)力機(jī)能量轉(zhuǎn)換過程,8,1、風(fēng)能利用系數(shù) ： 風(fēng)力機(jī)的實(shí)際功率 其中CP為風(fēng)能利用系數(shù)，它小于0.593 2、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)速比來衡量，稱葉尖速比,一、2、風(fēng)力機(jī)的主要特性系數(shù),第二章 風(fēng)力機(jī)控制,9,1、槳葉的翼型,二、1、槳葉的幾何參數(shù)與空氣動(dòng)力特性,功角,升力角,零升力角,風(fēng)向,弦長(zhǎng),A,B,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(dòng)力,總的氣動(dòng)力，S 槳葉面積，Cr 總氣動(dòng)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),

7、Cd、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)。,第二章 風(fēng)力機(jī)控制,10,二、2、升力和阻力的變化曲線,-30o -20o -10o 0o 10o 20o 30o 40o,0.8 0.6 0.4 0.2,-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(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、前緣位置）、表面粗糙度等都會(huì)影響升力系數(shù)與阻力系數(shù)。 對(duì)有限長(zhǎng)槳葉，葉片兩端會(huì)產(chǎn)生渦流，造成阻力增加，,第二章 風(fēng)力機(jī)控制,11,三、旋轉(zhuǎn)槳葉的氣動(dòng)力（葉素分析）,風(fēng)向,v

8、,- u,w,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,傾斜角,相對(duì) 速度,驅(qū)動(dòng)功率dPw=dT,風(fēng)輸入的總氣動(dòng)功率P=vFa 旋轉(zhuǎn)軸得到的功率Pu=T 風(fēng)輪效率=Pu/P,第二章 風(fēng)力機(jī)控制,12,第二章 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)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(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：,Betz極限,理想的Cp曲線,實(shí)際的Cp曲線,失速損失,型阻損失,0,13,第三章 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),1、風(fēng)輪結(jié)構(gòu) 主要特點(diǎn)：槳葉與輪轂的連接是固定的，槳葉的迎風(fēng)角度

9、不隨風(fēng)速變化而變化。 需解決的問題：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 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)生阻力停機(jī)，即產(chǎn)生空氣動(dòng)力剎車。 空氣

10、動(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),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750kW,P1,P2,14,第三章 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),5、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=1.225kg/m3測(cè)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(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)3050kW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 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

11、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。,功率/kW,15,第三章 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)行過程,1、待機(jī)狀態(tài) 風(fēng)速v3m/s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)。 控制系統(tǒng)做好切入電網(wǎng)的準(zhǔn)備； 機(jī)械剎車已松開； 葉尖阻尼板已收回； 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； 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

12、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 機(jī)組在自然風(fēng)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(fēng)況：連續(xù)10分鐘風(fēng)速在機(jī)組運(yùn)行范圍內(nèi)（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)DC24V、AC24V、DC5V、DC15V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。,16,第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,二、定槳距風(fēng)

13、力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)行過程,3、風(fēng)輪對(duì)風(fēng) 偏航角度通過風(fēng)向測(cè)定儀測(cè)定。10分鐘調(diào)整一次，調(diào)整中釋放偏航剎車。 4、制動(dòng)解除 啟動(dòng)條件滿足后，控制葉尖擾流器的電磁閥打開，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?？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，松開盤式制動(dòng)器。 5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng) 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，三相主電路上的晶閘管被觸發(fā)開始導(dǎo)通，導(dǎo)通角隨與同步轉(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)晶閘管完全導(dǎo)通，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進(jìn)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)。,17,第三章 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,

14、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 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)、分析與記錄，異常情況判斷及處理。 2、主要監(jiān)測(cè)參數(shù)及作用 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)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

15、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?？刂破较到y(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)：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)?？刂瓢l(fā)電機(jī)并網(wǎng)和脫網(wǎng)、超速保護(hù)。溫度；增速器油溫、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。,18,第三章 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,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

16、、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：通過冷卻系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)溫度，如溫度控制在130140oC，到150155oC停機(jī)。 功率過高或過低的處理：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%

17、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)速過大會(huì)使葉片嚴(yán)重失速造成過早損壞。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。,19,第三章 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,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)組的工作狀態(tài)：,20,第三章 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),1、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：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，

18、葉尖擾流器在離心力作用下，按設(shè)計(jì)軌跡轉(zhuǎn)過90o。 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)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)過程：所有

19、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)與電網(wǎng)解列。,21,第三章 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),2、超速保護(hù) 發(fā)電機(jī)或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(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)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) 過電壓保護(hù)：控制器對(duì)通

20、過電纜進(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 是計(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,22,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,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)： 1、改善機(jī)組的受力，優(yōu)化功率輸出（粗調(diào)，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率

21、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)： 啟動(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)慢問題，可通過調(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。,23,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，即槳距角位置跟隨變槳

22、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),24,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(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

23、隨節(jié)距角增加而減小，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩變化。,轉(zhuǎn)速 控制器,變槳 執(zhí)行器,變距 機(jī)構(gòu),風(fēng)輪 系統(tǒng),發(fā)電機(jī),傳動(dòng) 系統(tǒng),槳距角,風(fēng)速,轉(zhuǎn)速給定A,轉(zhuǎn)速,25,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(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

24、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 控制器A,功率 控制器B,變槳 執(zhí)行器,變距 機(jī)構(gòu),風(fēng)輪 系統(tǒng),發(fā)電機(jī),傳動(dòng) 系統(tǒng),轉(zhuǎn)速,槳距角,發(fā)電功率,風(fēng)速,額定功率,功率給定,同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子電流 執(zhí)行器,S,P,風(fēng)速信號(hào),濾波器,+,-,+,-,+,-,+,-,26,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,四、發(fā)電功率控制,1、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)矩轉(zhuǎn)速控制特性 功率=轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，功率與轉(zhuǎn)矩成正比。,= 轉(zhuǎn)矩系

25、數(shù)勵(lì)磁磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù),其中：,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),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(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 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,27,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,四、發(fā)電功率控制,M,S n,0,ns,1 0,電動(dòng)機(jī),發(fā)電機(jī),R2,R1,發(fā)電機(jī)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(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)。 滑差率： 發(fā)電狀態(tài)時(shí)為負(fù)值 與功率成正比的電流可表示為

26、：,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)，通過改變電阻，可以改變S，保證較好的葉尖速比（設(shè)定值改變）。,28,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,四、發(fā)電功率控制,轉(zhuǎn)子電流控制原理圖：,29,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,五、液壓變距系統(tǒng),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,A,B,P,T,電磁閥,先導(dǎo)止回閥,單向閥,壓力開關(guān),減壓閥,剎車鉗,90,0,VESTAS V39型,單向閥,油

27、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。 溢流閥防止油壓過高，設(shè)定值145bar 系統(tǒng)維修時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)。 油箱內(nèi)設(shè)有PT100溫度檢測(cè)與報(bào)警，,液壓泵站,30,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,五、液壓變距系統(tǒng),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,A,B,P,T,緊急順槳閥,先導(dǎo)止回閥,單向閥,壓力開關(guān),減壓閥,剎車鉗,90,0,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

28、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,電磁閥1,電磁閥2,31,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,五、液壓變距系統(tǒng),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,A,B,P,T,緊急順槳閥,先導(dǎo)止回閥,單向閥,壓力開關(guān),減壓閥,剎車鉗,90,0,液壓系統(tǒng)停機(jī)狀態(tài),緊急順槳閥斷電，壓力油通過節(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)充油來自活塞左部及油箱吸油管。 節(jié)流閥用來限制變槳速度在9左右。,節(jié)流閥2,緊急順槳閥,電磁閥1,32,第四章 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制,五、液壓變距系統(tǒng),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,A,B,P,T,電磁閥,先導(dǎo)止回閥,單向閥,壓力開關(guān),減壓閥,剎車鉗,90,0,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