風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)PPT

1、3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的控制策略和功能 3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成 3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成 3.4 變槳距系統(tǒng) 3.5 偏航系統(tǒng) 3.6 液壓系統(tǒng) 3.7 安全保護(hù)系統(tǒng) 3.8 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),第3章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng),控制目標(biāo)： 保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行 能量利用率最大 電能質(zhì)量高 機(jī)組壽命長 常規(guī)控制策略： 在運(yùn)行的風(fēng)速范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 低風(fēng)速時(shí)，跟蹤最佳葉尖速比，獲取最大能量 高風(fēng)速時(shí)，限制風(fēng)能的捕獲，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的功率為額定值 減小陣風(fēng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)峰值，減小風(fēng)輪的機(jī)械應(yīng)力和輸出的功率波動(dòng)，避免共振 減小功率傳動(dòng)鏈的暫態(tài)響應(yīng) 控制器簡單，控制

2、代價(jià)小 調(diào)節(jié)機(jī)組功率，確保機(jī)組輸出的電壓和頻率穩(wěn)定,3.1 控制系統(tǒng)的控制策略和功能,控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的基本功能： 根據(jù)風(fēng)速信號(hào)自動(dòng)加入起動(dòng)狀態(tài)、并網(wǎng)或從電網(wǎng)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)對風(fēng)；迎風(fēng)裝置根據(jù)風(fēng)向傳感器測得的風(fēng)向信號(hào)，由控制器控制偏航電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與塔架上大齒輪相嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)艙始終對準(zhǔn)風(fēng)向方向 根據(jù)功率因數(shù)自動(dòng)投入（或切出）相應(yīng)的補(bǔ)償電容。,3.1 控制系統(tǒng)的控制策略和功能,控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的基本功能： 當(dāng)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)時(shí)，能確保機(jī)組安全關(guān)機(jī)； 在機(jī)組運(yùn)行過程中，能對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相

3、應(yīng)的保護(hù)措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)； 能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。,3.1 控制系統(tǒng)的控制策略和功能,獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組  水平軸獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由 風(fēng)輪、尾舵、發(fā)電機(jī)、支架、電纜、充電器、逆變器、蓄電池組成,3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成,并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組  并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪（包括葉片和輪轂）、增速箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成,3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成,1.輪轂 輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)的對象。,3.2 風(fēng)力發(fā)

4、電機(jī)組的基本組成,1.輪轂 同時(shí)輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)）的所在。在設(shè)計(jì)中應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度。,2.葉片：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。,3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成,定槳距葉片的葉根與輪轂直接相連，連接結(jié)構(gòu)主要有法蘭式，螺紋件預(yù)埋式，鉆孔組裝式三種。,葉片和輪轂的鏈接,變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片通過變距軸承與輪轂連接。,風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)短片,3.調(diào)速或限速裝置,從原理上看，有三類：第一類使風(fēng)輪偏離主風(fēng)向；第二類是利用氣動(dòng)阻力；第三類改變?nèi)~片的槳距角。,4.塔架,風(fēng)力機(jī)塔架載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子?？梢允枪軤畹乃埽ò踩?，也可是是格子狀的塔架（便宜）。,按結(jié)構(gòu)不同，塔架可分為： 拉索式

5、塔架 桁架式塔架 錐筒式塔架,5.機(jī)艙,包容著風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱，發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可通過風(fēng)力機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。,機(jī)艙殼體,機(jī)艙殼體由機(jī)艙底盤、機(jī)艙罩和整流罩組成。,塔架,葉片,輪轂,主軸,齒輪箱,發(fā)電機(jī),機(jī)艙電氣控制柜,風(fēng)向標(biāo),風(fēng)速儀,偏航電機(jī),整流罩,機(jī)艙底盤,機(jī)艙罩,6 主傳動(dòng),功能：是將風(fēng)力機(jī)的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī),組成：主軸、主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器等。,7.風(fēng)力發(fā)電機(jī),種類有很多：異步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，軸向磁場發(fā)電機(jī)等。,6 主傳動(dòng),8.偏航裝置,借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙，以使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子葉片正對著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器根據(jù)風(fēng)向標(biāo)感覺的風(fēng)向來操作。,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的液壓系統(tǒng)屬于

6、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一種動(dòng)力系統(tǒng)，主要功能是為變槳控制裝置、安全槳距控制裝置、偏航驅(qū)動(dòng)和控制裝置、停機(jī)制動(dòng)裝置提供液壓驅(qū)動(dòng)力。它是為風(fēng)力發(fā)電機(jī)上一切使用液壓作為驅(qū)動(dòng)力裝置提供動(dòng)力。 在定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動(dòng)剎車和機(jī)械剎車； 在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，主要控制變距機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時(shí)也控制機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。,9.液壓系統(tǒng),3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成,10.電子控制系統(tǒng),由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟/硬件處理器系統(tǒng)組成。不斷監(jiān)控風(fēng)力機(jī)狀態(tài),11.風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向。,12.冷卻系統(tǒng)：有風(fēng)冷和水冷。,一、控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng)

7、的總體結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。 并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制。 機(jī)組優(yōu)化控制。,一般采用微機(jī)控制。,3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的構(gòu)成,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)：由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟/硬件處理器系統(tǒng)組成。 傳感器一般包括：風(fēng)速儀，風(fēng)向標(biāo)，轉(zhuǎn)速傳感器，電量采集傳感器，槳距角位置傳感器，各種限位開關(guān)，振動(dòng)傳感器，溫度和油位指示器，液壓系統(tǒng)壓力傳感器，操作開關(guān)和按紐等。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般包括：液壓驅(qū)動(dòng)裝置或電動(dòng)變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器，發(fā)電機(jī)接觸器，剎車裝置和偏航電機(jī)等。 處理系統(tǒng)：通常由計(jì)算機(jī)或微型控制器和可靠性高的硬件安全鏈組成，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的各種控制功能，同時(shí)必須

8、滿足當(dāng)嚴(yán)重故障發(fā)生時(shí)，能夠保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于安全狀態(tài)。,3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的構(gòu)成,整個(gè)系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)、機(jī)艙偏航控制系統(tǒng)、葉輪變槳控制系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)通過通訊母線系統(tǒng)互聯(lián)在一起。   采用分布式I/O方式：主控 遠(yuǎn)程I/O站   PLC控制器組成實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。所有控制邏輯、控制策略、控制算法全部由PLC完成，執(zhí)行單元按照PLC輸出的控制量進(jìn)行動(dòng)作。,3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成,具體的控制內(nèi)容包括：  信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、處理，  變槳控制、轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，  功率因數(shù)控制，  偏航控制，

9、 自動(dòng)解纜，  并網(wǎng)和解列控制，  停機(jī)制動(dòng)控制，  安全保護(hù)系統(tǒng)，  就地監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。,3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成,信號(hào)采集,在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，必須對相關(guān)物理量進(jìn)行測量，并根據(jù)測量結(jié)果發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，將信號(hào)傳遞到主控系統(tǒng)，作為主控系統(tǒng)發(fā)出控制指令的依據(jù)。 需要檢測的信號(hào)  速度信號(hào)；  溫度信號(hào)；  位置信號(hào)  電氣特性；  液流特性；  運(yùn)動(dòng)和力特性；  環(huán)境條件,3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成,主控系統(tǒng)及控制策略實(shí)現(xiàn)機(jī)組的發(fā)電控制，是風(fēng)機(jī)控制

10、的核心。負(fù)責(zé)所有任務(wù)的處理：  主控電源分配/轉(zhuǎn)換、風(fēng)機(jī)的起/停；協(xié)調(diào)偏航控制、變槳控制、變流器控制；所有的輔助功能控制、保護(hù)、監(jiān)視等。,主控制系統(tǒng),主控系統(tǒng)硬件 大型風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)硬件由塔基控制器模塊組和機(jī)艙控制器模塊組組成。主控系統(tǒng)安裝在塔基的主控制柜中。,偏航控制系統(tǒng)（機(jī)艙控制柜）   偏航控制系統(tǒng)控制策略主要完成機(jī)艙/輪轂電源分配/轉(zhuǎn)換，機(jī)艙偏航遠(yuǎn)程I/O，機(jī)艙輔助功能控制，塔基加速度監(jiān)控（振動(dòng)）及發(fā)電機(jī)的溫度保護(hù)等。   偏航控制器由機(jī)艙頂部的風(fēng)向標(biāo)激活，風(fēng)向標(biāo)測量風(fēng)向給偏航控制系統(tǒng)提供輸入信號(hào)。通過控制器參數(shù)的設(shè)定，使偏航載荷最小化。偏航速度設(shè)定為0.5

11、/s。   風(fēng)向標(biāo)的測量信號(hào)濾波后如果超過15，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組即開始偏航對風(fēng)。風(fēng)向標(biāo)輸出信號(hào)為0，風(fēng)向即為0。,29/15,人機(jī)界面,人機(jī)界面是計(jì)算機(jī)與操作人員的交互窗口。其主要功能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行操作、狀態(tài)顯示、故障監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄。 一、運(yùn)行操作  1.機(jī)組起停及復(fù)位  2.手動(dòng)操作  3.控制參數(shù)修改 二、狀態(tài)顯示 三、故障監(jiān)測,變槳系統(tǒng)的主要功能是通過調(diào)節(jié)槳葉對氣流的攻角，改變風(fēng)力機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出，變槳系統(tǒng)還在機(jī)組需要停機(jī)時(shí)提供空氣動(dòng)力制動(dòng)。  變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通

12、常采用液壓驅(qū)動(dòng)或電驅(qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)階段需要考慮兩種方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 主要有三種組合形式： 1、液壓變槳距系統(tǒng)； 2、電動(dòng)變槳距系統(tǒng)； 3、電-液結(jié)合的變槳距系統(tǒng)。,3.4 變槳距系統(tǒng),3.4 變槳距系統(tǒng),一、液壓變槳距系統(tǒng)  液壓變槳距系統(tǒng)以液壓伺服閥作為功率放大環(huán)節(jié)，以液體壓力驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。組成如下：,液壓變槳距系統(tǒng)的組成,控制策略核心-變槳角度反饋閉環(huán)控制，角度設(shè)定依賴于葉輪轉(zhuǎn)速。角度設(shè)定與反饋的偏差信號(hào)送入變槳角度伺服控制器，從而控制槳葉角度及葉輪轉(zhuǎn)速亦即發(fā)電機(jī)輸出的電氣功率。,3.4 變槳距系統(tǒng),32,變槳距控制執(zhí)行系統(tǒng)原理,二、電動(dòng)變槳距系統(tǒng) 1、總體結(jié)構(gòu) 電動(dòng)變槳距系統(tǒng)以伺

13、服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪系實(shí)現(xiàn)變距調(diào)節(jié)功能，可以使3個(gè)葉片獨(dú)立實(shí)現(xiàn)變槳距。,3.4 變槳距系統(tǒng),2、單元組成  單個(gè)葉片變槳距裝置一般包括 控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)、 減速機(jī)、變距軸承、傳感器、角度 限位開關(guān)、蓄電池、變壓器等。 伺服電動(dòng)機(jī)：  變槳距系統(tǒng)常用的伺服電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)、無刷直流電動(dòng)機(jī)和三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。,變距軸承：  對于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪式變距的機(jī)組來說，一般選用有內(nèi)齒的4點(diǎn)接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承，變距軸承的內(nèi)外圈分別與風(fēng)輪的葉片和輪轂用螺栓連接。,35,三、電-液變槳距系統(tǒng) 特點(diǎn)是電液伺服系統(tǒng)中使用交流伺服電機(jī)而不是電液伺服閥。因此具有電動(dòng)機(jī)控制靈活和液壓

14、出力大的雙重優(yōu)點(diǎn)。 四、變槳距系統(tǒng)的控制  變槳距系統(tǒng)的控制是由控制器來實(shí)現(xiàn)的?？刂破饕环矫婵刂茍?zhí)行機(jī)構(gòu)完成變槳距的動(dòng)作，另一方面還要通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)與主控制器的通信。控制器的核心部件是微處理器或PLC。 (1)開環(huán)控制即將槳距角由順槳狀態(tài)(一般90)按照一定的順控程序置為最大風(fēng)能利用系數(shù)的角度(一般23)，以獲得最大起動(dòng)力矩。(2)閉環(huán)控制通過變槳距控制使轉(zhuǎn)速以一定升速率上升至同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)行升速閉環(huán)控制；為了對電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，控制器也同時(shí)用于并網(wǎng)前的同步轉(zhuǎn)速控制。,變槳距系統(tǒng),3.5 偏航系統(tǒng),水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)叫偏航。偏航系統(tǒng)可以分為被動(dòng)偏航系統(tǒng)和主動(dòng)偏航系統(tǒng)

15、。 一、偏航系統(tǒng)的功能  由于風(fēng)向經(jīng)常改變，如果風(fēng)輪掃掠面和風(fēng)向不垂直，不但功率輸出減少，而且承受的載荷更加惡劣。,偏航系統(tǒng)的功能就是跟蹤風(fēng)向的變化，驅(qū)動(dòng)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。,3.5 偏航系統(tǒng),二、偏航系統(tǒng)的組成和工作原理 偏航系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其組成和工作原理如下圖。,39,3.5偏航系統(tǒng),偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu),偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器、偏航液壓回路等部分組成。,1、偏航軸承 偏航軸承的內(nèi)外圈分別與機(jī)組的塔體和機(jī)艙用螺栓連接。 2、偏航驅(qū)動(dòng) 偏航系統(tǒng)用在對風(fēng)、解纜時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙相對于塔筒旋轉(zhuǎn)，一般為驅(qū)動(dòng)電機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)單元

16、，安置在機(jī)艙中，通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出軸上的小齒輪，小齒輪與固定在塔筒上的大齒圈嚙合，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙偏航，嚙合齒輪可以在塔筒外，也可以在塔筒內(nèi)。 3、偏航制動(dòng) 偏航制動(dòng)的功能是使偏航停止， 同時(shí)可以設(shè)置偏航運(yùn)動(dòng)的阻尼 力矩，以使機(jī)艙平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。,第二節(jié)偏 航 系 統(tǒng),偏航系統(tǒng),偏 航 系 統(tǒng),由控制器來實(shí)現(xiàn)偏航系統(tǒng)的控制。 人工操作 信號(hào)交換,偏航控制器,四、偏航系統(tǒng)的控制,1.偏航控制的硬件,偏 航 系 統(tǒng),2.偏航控制的軟件 偏航控制系統(tǒng)由于采用計(jì)算機(jī)控制，因此必須依賴控制軟件。,偏航系統(tǒng)工作流程,(1)自動(dòng)偏航功能 (2)手動(dòng)偏航功能 (3)自動(dòng)解纜功能(4)90側(cè)風(fēng)功能,3、偏航傳感器 （1）解繞

17、傳感器 （2）偏航方向傳感器,3.6 液壓系統(tǒng),功能：以有壓液體為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸和運(yùn)動(dòng)控制的機(jī)械單元。 優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、功率密度大、易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、易更換元器件和過載保護(hù)可靠等。,圖5-30風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓站,主要用于： 控制變距機(jī)構(gòu)，空氣動(dòng)力制動(dòng)； 機(jī)械制動(dòng)； 偏航驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)； 齒輪箱潤滑油液的冷卻和過濾；發(fā)電機(jī)水冷； 變流器的溫度控制； 開關(guān)機(jī)艙和驅(qū)動(dòng)起重機(jī)等。,3.6液 壓 系 統(tǒng),動(dòng)力元件：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，如液壓泵。,一、液壓元件,控制元件：控制系統(tǒng)壓力、流量、方向以及進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大，作為控制元件的主要是各類液壓閥。,執(zhí)行元件：將流體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)各類機(jī)構(gòu)

18、，如液壓缸。,輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作除上述3元件外的裝置。油箱、過濾器、蓄能器、熱交換器等。,3.6液 壓 系 統(tǒng),1.液壓泵 液壓泵是能量轉(zhuǎn)換裝置，向液壓系統(tǒng)輸送壓力油，推動(dòng)執(zhí)行元件。,齒輪泵a)解剖圖b)原理圖,液壓泵的圖形符號(hào)a)定量泵b)變量泵,一、液壓元件,(1)液壓泵分類及工作原理：按結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片 泵、柱塞泵和螺桿泵等,3.6液 壓 系 統(tǒng),(1)方向控制閥 控制液壓系統(tǒng)的油流方向，接通或斷開油路，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起動(dòng)、停止或改變運(yùn)動(dòng)方向。,1)單向閥 普通單向閥(逆止閥):控制油液沿一個(gè)方向流動(dòng)，不能反向流動(dòng)。,圖5-33單向閥a)剖面圖b)圖形符號(hào)1閥體2錐閥3彈簧

19、4、5擋圈,圖5-34液控單向閥a)工作原理圖b)圖形符號(hào),2)液控單向閥(帶有控制口的單向閥):控制口通壓力油時(shí)，油液可反向流動(dòng)。,2.液壓閥 按功能分為方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥、電液伺服閥、電液比例閥等。,3.6液 壓 系 統(tǒng),圖5-35電磁換向閥a)、b)、c)工作原理圖d)圖形符號(hào),3）換向閥:利用閥心相對于閥體的運(yùn)動(dòng)，控制液流方向、接通或斷開油路，改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向、起動(dòng)或停止。,換向閥穩(wěn)定工作位置：“位” ；對外接口：“通”,3.6液 壓 系 統(tǒng),(2)壓力控制閥 控制油液壓力，或利用壓力作為信號(hào)來控制執(zhí)行元件和電氣元件動(dòng)作的閥。,圖3-36直動(dòng)型溢流閥a)球閥b)錐

20、閥c)圖形符號(hào)1閥心2閥體3調(diào)壓彈簧4調(diào)壓手輪,按功用分：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。,圖3-37溢流閥的作用a)定壓溢流b)限壓安全c)卸荷回路,3.6液 壓 系 統(tǒng),控制液體流量的閥類，簡稱流量閥。通過改變控制口大小調(diào)節(jié)通過閥的液體流量，改變執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度。,圖5-40節(jié)流閥a)剖面圖b)圖形符號(hào)c) 應(yīng)用節(jié)流閥的回路,(3)流量控制閥,包括節(jié)流閥、調(diào)速閥和分流集流閥等。,3.6液 壓 系 統(tǒng),(5)電液比例閥 用比例電磁鐵代替普通電磁換向閥電磁鐵的液壓控制閥。也可根據(jù)輸入電信號(hào)連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力。,(4)電液伺服閥,根據(jù)輸入電信號(hào)連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力的液

21、壓控制閥。將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速度、加速度及力的控制。,電液伺服閥控制精度高，響應(yīng)速度快，應(yīng)用于控制精度要求較高的場合。,動(dòng)態(tài)特性上不如電液伺服閥，制造成本、抗污染能力等方面優(yōu)于電液伺服閥。,3.6液 壓 系 統(tǒng),液壓變距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中的液壓缸有時(shí)采用差動(dòng)連接。,圖5-46液壓缸的差動(dòng)連接,圖5-45液壓缸a)解剖圖b)圖形符號(hào),液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，是將輸入的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置?？梢院芊奖愕孬@得直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。,3.液壓缸,3.6液 壓 系 統(tǒng),蓄能器：儲(chǔ)存和釋放液體的壓力能。,圖5-47蓄能器a)活塞式b)氣囊式c)隔膜

22、式d)圖形符號(hào),4.輔助元件 蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、密封件、油管、管接頭、壓力表和壓力表開關(guān)等。,按結(jié)構(gòu)可分為彈簧式，重錘式和充氣式。,3.6液 壓 系 統(tǒng),過濾器：凈化油液雜質(zhì)，控制油液污染。,圖5-48過濾器a)解剖圖b)圖形符號(hào),圖5-49油箱a)解剖圖b)圖形符號(hào),油箱:液壓油的儲(chǔ)存器。,3.6液 壓 系 統(tǒng),油溫高：粘度下降，泄漏傾向增加；密封老化，油液氧化。 冷卻器:風(fēng)冷式、水冷式和冷媒式,圖5-50管式水冷卻器a)解剖圖b)圖形符號(hào),圖5-51電加熱器a)安裝位置b)圖形符號(hào),熱交換器,油溫低：粘度大，設(shè)備起動(dòng)困難，壓力損失大，振動(dòng)。 加熱器:熱水或蒸汽加熱、電加

23、熱,3.6液 壓 系 統(tǒng),密封裝置 防止系統(tǒng)油液的內(nèi)外泄漏，以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統(tǒng)建立必要壓力。,密封要求： 在一定壓力和溫度范圍內(nèi)良好密封性； 與運(yùn)動(dòng)件之間摩擦系數(shù)??； 壽命長，不易老化，抗腐蝕能力強(qiáng)。,3.7 潤滑與溫控,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)潤滑系統(tǒng)可以分為 主齒輪箱自動(dòng)潤滑系統(tǒng) 主軸和發(fā)電機(jī)軸承自動(dòng)潤滑系統(tǒng) 變槳距和偏航系統(tǒng)自動(dòng)潤滑系統(tǒng),一、潤滑 手動(dòng)潤滑:人工定時(shí)定量向被潤滑點(diǎn)加入潤滑劑。 自動(dòng)潤滑:由潤滑系統(tǒng)自動(dòng)完成潤滑功能。 潤滑劑:主齒輪箱采用液體潤滑油，軸承多采用半固體的潤滑脂。,各個(gè)位置使用的自動(dòng)潤滑系統(tǒng)的外形和結(jié)構(gòu)基本相同，差異的只是容量和供電等方面。,3.7潤滑

24、與溫控,圖3-58主軸承潤滑系統(tǒng),主要由油箱、集成控制器和分配器組成。 自動(dòng)潤滑泵將油箱內(nèi)的油脂定期經(jīng)過高壓油管輸出，由分配器將油脂分配到各個(gè)潤滑點(diǎn)上，同時(shí)，在被潤滑設(shè)備上將安裝集油盒以收集多余的廢油。,典型的自動(dòng)潤滑系統(tǒng),自動(dòng)潤滑系統(tǒng)在自動(dòng)控制潤滑時(shí)也具備系統(tǒng)自檢的能力，能在故障時(shí)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)輸出報(bào)警信號(hào),3.7潤滑與溫控,對變槳內(nèi)齒環(huán)的潤滑通常使用專用的潤滑小齒輪，通過帶潤滑孔的小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒環(huán)嚙合而進(jìn)行潤滑。,3.7潤滑與溫控,二、溫度控制 溫控主要是溫度的采集、處理、維持系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。 包括發(fā)電機(jī)冷卻，變流器溫控，變壓器冷卻，液壓系統(tǒng)溫控等。,3.7潤滑與溫控,1

25、.發(fā)電機(jī)的溫控 風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般為全封閉式的，其散熱條件比開啟式電機(jī)要差。,圖3-62采用水冷的發(fā)電機(jī),二、溫度控制,圖3-63變流器冷卻系統(tǒng)原理圖,2.變流器的溫控：大功率變流器通常加設(shè)專門的溫度控制系統(tǒng)，變流器中的冷卻液可以借助于液壓泵進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)根據(jù)環(huán)境溫度對潤滑液加熱或冷卻。,圖5-64變流器溫度控制系統(tǒng)外形,3.7潤滑與溫控,3.變壓器的冷卻 油浸式變壓器，干式變壓器,圖3-66變壓器的冷卻系統(tǒng),4.液壓系統(tǒng)的溫控 溫度傳感器、冷卻器、加熱器,保護(hù)環(huán)節(jié)以失效保護(hù)為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即當(dāng)控制失敗，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部或外部故障引起機(jī)組不能正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)安全保護(hù)裝置動(dòng)作，保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于安

26、全狀態(tài)。 引起控制系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行保護(hù)功能的情況有：   1、大風(fēng)保護(hù)安全系統(tǒng)；  2、電網(wǎng)失電保護(hù)；  3、參數(shù)越限保護(hù)（超速、超電壓、超電流）；  4、振動(dòng)保護(hù) ；   5、開機(jī)保護(hù)；  6、關(guān)機(jī)保護(hù),風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)基本功能：運(yùn)行管理，安全保護(hù)。,3.8 安全保護(hù),3.8 安全保護(hù),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全保護(hù)系統(tǒng)包括：   1、運(yùn)行安全保護(hù)系統(tǒng)，   2、微控制器抗干擾系統(tǒng)，   3、 微控制器的自動(dòng)檢測功能，   4、緊急故障安全鏈保護(hù)系統(tǒng)，   5、避雷系統(tǒng)，   6、接地

27、保護(hù)系統(tǒng),一、機(jī)組運(yùn)行安全保護(hù)系統(tǒng),1.大風(fēng)保護(hù)安全系統(tǒng) 風(fēng)速達(dá)到25m/s(10min)為切出風(fēng)速，關(guān)機(jī)前功率輸出；關(guān)機(jī)時(shí)機(jī)組按照程序安全停機(jī)；關(guān)機(jī)后偏航90背風(fēng)。,2.電網(wǎng)失電保護(hù) 電網(wǎng)失電，空氣動(dòng)力制動(dòng)和 機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作，相當(dāng)于執(zhí)行緊急關(guān)機(jī)程序。,3.參數(shù)越限保護(hù) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)參數(shù)數(shù)據(jù)達(dá)到限定值時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的程序自動(dòng)處理。,參數(shù)越限保護(hù)實(shí)例1)超速保護(hù)： 當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器檢測到發(fā)電機(jī)或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的110% 時(shí)，控制器給出正常關(guān)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“突開閥”，控制系統(tǒng)失效時(shí)停機(jī)。2)超電壓保護(hù)： 電氣裝置元件瞬間高壓沖擊保護(hù)。對控

28、制系統(tǒng)交流電源進(jìn)行隔離穩(wěn)壓，裝置高壓瞬態(tài)吸收元件。 3)超電流保護(hù)： 控制系統(tǒng)所有的電器電路(除安全鏈外)必須加過電流保護(hù)器，如熔絲、斷路器等。,4.振動(dòng)保護(hù) 機(jī)組應(yīng)設(shè)有三級(jí)振動(dòng)頻率保護(hù)。 5.開機(jī)保護(hù) 定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟切入控制限制并網(wǎng)對電網(wǎng)的電沖擊。 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)同步、同相、同壓并網(wǎng)控制限制并網(wǎng)電流沖擊。6.關(guān)機(jī)保護(hù) 小風(fēng)、大風(fēng)及故障情況時(shí)，空氣動(dòng)力制動(dòng)后后軟切除脫網(wǎng)關(guān)機(jī)。,3.8 安全保護(hù),三、控制器的自動(dòng)檢測功能  微控制器應(yīng)能夠?qū)ο到y(tǒng)的故障進(jìn)行自動(dòng)檢測。利用自動(dòng)檢測和修復(fù)方法可以使微控制器的故障自動(dòng)消除，或者使系統(tǒng)操作者能更快地發(fā)現(xiàn)故障部件，迅速修復(fù)，已達(dá)到微控制器安全

29、運(yùn)行的目的。,二、微控制器抗干擾保護(hù)系統(tǒng)   使微機(jī)控制系統(tǒng)或控制裝置既不因外界電磁干擾的影響而誤動(dòng)作或喪失功能，也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾，以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作。,四、安全鏈獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最后一級(jí)保護(hù)措施：將可能對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組造成致命傷害的故障節(jié)點(diǎn)串聯(lián)成一個(gè)回路，一旦其中有一個(gè)動(dòng)作，便會(huì)引起緊急關(guān)機(jī)反應(yīng)。,串接傳感器的信號(hào)： 緊急關(guān)機(jī)按鈕、控制器程序監(jiān)視器（看門狗）、液壓缸壓力繼電器、扭纜傳感器、振動(dòng)傳感器、控制器DC24V電源失電等； 控制計(jì)算機(jī)發(fā)生死機(jī)，風(fēng)輪過轉(zhuǎn)速或發(fā)電機(jī)過轉(zhuǎn)速； 故障排除，手動(dòng)復(fù)位。,圖3-5安全鏈組成,四 防雷設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 防雷總體概述

30、 直擊雷防護(hù) 機(jī)組等電位連接 系統(tǒng)屏蔽 機(jī)艙防雷 電源防雷 信號(hào)線防雷 基礎(chǔ)防雷,設(shè)計(jì)依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn),風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案依據(jù)標(biāo)準(zhǔn),IEC62305-1-4-2006 雷電防護(hù) IEC61400-24:2002  風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第24部分 雷電防護(hù) GB50052-95   供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50057-94   建筑物防雷設(shè)計(jì)法規(guī) GB50343-2004   建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范,防雷總體設(shè)計(jì),雷電對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害不可忽視。直擊雷和感應(yīng)雷及雷電電磁脈沖的侵入是主要造成電氣設(shè)備、控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)損壞的原因。  根據(jù)

31、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 防雷保護(hù)規(guī)定，將防雷區(qū)分為LPZ0、LPZ1、LPZ2等：  LPZ0：區(qū)內(nèi)的物體可能遭到直擊雷擊，傳導(dǎo)全部雷電流或區(qū)內(nèi)的物   體不會(huì)遭到直接雷擊，但該區(qū)的電磁場沒有衰減。（葉片）  LPZ1：區(qū)內(nèi)的物體不會(huì)遭到直擊雷擊，該區(qū)內(nèi)所有導(dǎo)電體的電流比   LPZ0區(qū)進(jìn)一步減小，電磁場可能衰減（機(jī)艙、塔架、箱變內(nèi)  LPZ2：包括的所有設(shè)備，為了進(jìn)一步減小干擾效應(yīng)，還必須采取   附加屏蔽措施（齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制柜）。,直接雷防護(hù),葉尖接閃器、避雷針、機(jī)艙外殼,引導(dǎo)體,直擊雷地網(wǎng),直擊雷放電通道,機(jī)組等電位連接,等電位連接

32、措施,機(jī)艙內(nèi)可導(dǎo)電部分進(jìn)行等電位連接。 葉片、主軸承、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、液壓系統(tǒng)等做等電位連接接地 塔筒底部與接地網(wǎng)可靠連接（不少于4點(diǎn)連接），機(jī)艙等電位接地端子排與塔筒可靠連接。 塔底配電、控制設(shè)備外殼做等電位連接,機(jī)艙防雷,機(jī)艙內(nèi)電氣感應(yīng)雷防護(hù)：,對發(fā)電機(jī)、控制器、繼電保護(hù)和通訊系統(tǒng)安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)裝置。 AC/DC電源線路、控制線路、傳感器線路等應(yīng)用屏蔽線，屏蔽線兩端做等 電位連接。,機(jī)艙內(nèi)電氣感應(yīng)雷產(chǎn)生：,機(jī)組受雷擊，機(jī)艙內(nèi)部件易受到雷電感應(yīng)高電壓而損壞 機(jī)艙塔筒間電源線及信號(hào)線受雷電感應(yīng)高電壓損壞設(shè)備,電源防雷,第一級(jí)使用雷擊電涌保護(hù)器 第二級(jí)使用電涌保護(hù)器 第三級(jí)使用終端設(shè)備保護(hù)

33、器,三級(jí)防雷保護(hù)措施,電源防雷,發(fā)電機(jī)輸出端（690V）到塔底并網(wǎng)柜安裝電源浪涌保護(hù)器SPD 塔底配電柜(690V)到變壓器電源線路安裝電源浪涌保護(hù)器 機(jī)艙到輪轂（400V/230V)配電線路安裝電源浪涌保護(hù)器 塔底控制柜（230V)到機(jī)艙柜配電線路安裝電源浪涌保護(hù)器 塔底控制柜到機(jī)艙控制柜(24V),機(jī)艙控制柜到變槳柜（24V)安裝24V電源浪涌保護(hù)器,信號(hào)線路防雷,LPZ0LPZ1區(qū)的測控信號(hào)線路：（如風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀的線路）在柜內(nèi)的變送器前端加裝模擬信號(hào)防雷器或開關(guān)信號(hào)防雷器進(jìn)行保護(hù)。 機(jī)艙柜到變槳柜信號(hào)線安裝信號(hào)防雷器 機(jī)艙到塔底信號(hào)線安裝信號(hào)防雷器 機(jī)組光纖通訊安裝金屬部分在進(jìn)光端機(jī)前

34、做等電位連接。,基礎(chǔ)防雷,垂直接地體和環(huán)形接地體組成 工頻接地電阻小于4歐 環(huán)形接地體4點(diǎn)鋼條焊接,一、需要檢測的信號(hào)1)速度信號(hào)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、偏航轉(zhuǎn)速和方向等。2)溫度信號(hào)：主軸承溫度、齒輪箱油溫、液壓油油溫、齒輪箱軸承溫度、發(fā)電機(jī)軸承溫度、發(fā)電機(jī)繞組溫度、環(huán)境溫度、電器柜內(nèi)溫度、制動(dòng)器摩擦片溫度等。3)位置信號(hào)：槳距角、葉尖擾流器位置、風(fēng)輪偏角等。4)電氣特性：電網(wǎng)電流、電壓、功率因數(shù)、電功率、電網(wǎng)頻率、接地故障、逆變器運(yùn)行信息等。5)液流特性：液壓或氣壓、液壓油位等。6)運(yùn)動(dòng)和力特性：振動(dòng)加速度、軸轉(zhuǎn)矩、齒輪箱振動(dòng)、葉根彎矩等。7)環(huán)境條件：風(fēng)速、風(fēng)向、濕度等。,3.9 信號(hào)測

35、量,3.9信 號(hào) 測 量,二、主要信號(hào)測量技術(shù)1.測量儀表的分類及構(gòu)成 模擬式：利用被測量驅(qū)動(dòng)指針運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位移或偏角。    特點(diǎn)：簡潔反應(yīng)被測量，但易引起測量誤差。 數(shù)字式 ：      特點(diǎn)：精確度教高。,圖6-6數(shù)字式儀表的構(gòu)成,2.基本電量測量(1)互感器 一種專供測量儀表、控制及保護(hù)設(shè)備用的特殊變壓器。分為電壓互感器（電磁式電壓互感器，電容式電壓互感器）和電流互感器。1)電磁式電壓互感器：工作原理和結(jié)構(gòu)與電力變壓器相似，容量較小，通常只有幾十伏安或幾百伏安。,2)電流互感器：將高壓電流和低壓大電流變換成電壓較低的小電流，提供給儀表使

36、用。,圖6-8電流互感器的接線,圖6-7電壓互感器的接線,3.9信 號(hào) 測 量,(2)電量變送器 功能：將被測電量變換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電信號(hào)(一般為420mA的電流信號(hào)或05V的電壓信號(hào))。 目的:對風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電量進(jìn)行自動(dòng)檢測或?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制。1)電流、電壓變送器：有平均值變送器和有效值變送器(交流電壓、電流測量) 。,2)功率變送器,(3)電壓與電流的測量 交流儀表多用有效值標(biāo)定，直流儀表多用平均值標(biāo)定。 電壓和電流測量一般測取線電壓和線電流。1)用指示式儀表測量：進(jìn)行電壓、電流測量時(shí)，常選用指示式電工儀表。,2)用數(shù)字存儲(chǔ)示波器測量：變速恒頻控制接入變流器，對電壓電流測量要求提高。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器可顯示被測電壓或電流波形、