风力发电机组控制技术

1、第4章，风力涡轮机的控制技术，4.1固定桨距风力涡轮机的特性，1。结构特点：叶片与轮毂的连接是固定的，桨距角是固定的，当风速改变时，叶片的迎风角不会改变。在固定桨距的风力涡轮机中，有两个问题需要解决：1 .当风速高于设计点风速，即额定风速时，叶片必须能够自动将功率限制在额定值附近，这称为自动失速。2.当运行中的风力涡轮机突然失去其电网(突然甩负荷)时，叶片本身必须具有制动能力，以便风力涡轮机能够在强风条件下安全停止。为了解决以上两个问题：1。20世纪70年代，叶片制造商利用玻璃钢复合材料成功开发出具有良好失速性能的风力涡轮机叶片，解决了强风中固定桨距风力涡轮机的功率控制问题。是俯仰角，我是迎角

2、。叶片的上部和下部翼型具有不同的形状。失速调整的攻角沿轴向从根部到叶尖逐渐减小，因此根部叶片首先进入失速，随着风速的增加，失速部分向叶尖扩展，原失速部分的失速程度加深，最后失速部分逐渐进入失速区。失速部分降低功率，而最后一个失速部分仍然增加功率，并且输入功率保持在额定值附近。翼型也称为叶片截面，它是指通过用垂直于叶片长度方向的平面切割叶片而获得的截面形状。翼型的几何定义，1)中弧线：由翼型表面上的内切圆平滑连接的曲线。翼型的几何定义，2)前缘：翼型中弧的最前端点，a)，3)后缘：翼型中弧的最后点，b。几何弦：连接前缘和后缘的直线，其长度为几何弦长(简称弦长)，通常用c(根弦，锐弦)表示，扭转角

3、：根弦和锐弦之间夹角的绝对值。翼型的几何弦和风轮的后掠平面之间的角度称为桨距角。改变叶片桨距角称为变桨距，称为变桨距。4.1固定桨距风力涡轮机的特性，2。20世纪80年代，叶尖扰流器成功应用于风力发电机组，解决了突然甩负荷时的安全停机问题。叶尖扰流板的工作原理：扰流板是安装在主翼上的金属板，有两种类型：填料盖和滑板。当风力涡轮机正常运行时，在液压系统的作用下，叶尖扰流器和叶片体精确地结合成一个完整的叶片。当风力涡轮机需要离网停机时，液压系统根据控制指令释放扰流器，并将其旋转80900以形成阻尼板。4.1固定桨距风力涡轮机的特性，2。20世纪80年代，叶尖扰流器成功应用于风力发电机组，解决了突然

4、甩负荷时的安全停机问题。叶尖扰流器的工作原理：由于叶尖位于离轴最远的位置，整个叶片就像一个长杠杆，使得扰流器产生的空气动力阻力非常大，足以使风力涡轮机在没有任何摩擦的情况下快速减速。这个过程就是叶片气动制动。4.1固定桨距风力涡轮机的特性双速发电机(即大型/小型发电机)通常用于固定桨距风力涡轮机。当在低风速下运行时，小型电机用于使叶片具有更高的空气动力学效率，而当在高风速下运行时，大型电机用于提高一些发电机的运行效率。双速风力涡轮机的功率曲线，4.1固定桨距风力涡轮机的特性，1。气温对输出功率的影响风力发电机组的功率输出主要取决于风速，此外，气压、气温和气流扰动等因素对其功率输出也有显著影响。

5、当气压和温度改变时，它们也会随之改变。通常，当温度变化10%时，相应的空气密度变化4%。叶片的失速性能只与风速有关。只要达到由叶片气动外形决定的失速调节风速，无论输出功率是否满足，叶片的失速性能都会起作用并影响输出功率。因此，当空气温度升高时，空气密度会降低2.影响功率输出的因素4.1固定桨距风力涡轮机的特性。为了解决这一问题，出现了一种固定桨距的主动失速型风力发电机。当具有主动失速的风力涡轮机启动时，叶片桨距被推到获得最大功率的位置。当风力涡轮机超过额定功率时，叶片桨距被主动调整到失速方向，以将功率调整到额定值。由于失速范围内功率曲线的变化率比失速前低得多，所以控制相对容易，输出功率更稳定。

6、因为该单元的叶片桨距角和速度是固定的，所以该单元的功率曲线上只有一个点具有最大功率系数。当风速改变时，功率系数也随之改变。对于由相同直径的风轮驱动的风力涡轮机，发电机的额定速度可以变化很大。4.1固定桨距风力发电机组的特性，低额定转速的机组在低风速下具有较高的功率系数；高额定转速的机组在高风速下具有较高的功率系数。这是双速电机基础。2.设定额定转速对功率输出的影响；4.1固定桨距风力涡轮机的特性；2.设定额定转速对功率输出的影响。应该注意的是，额定风速下的最大功率系数并未设定为额定速度。由于风力发电机不总是在额定风速点运行，功率与风速的三次方成正比，只要风速超过额定风速，功率就会显著增加，这对

7、于固定桨距的风力发电机来说是不可控制的。事实上，固定桨距的风力涡轮机早在风速达到额定值之前就开始失速了。当达到额定点时，功率系数非常小。4.1、固定桨距风力发电机的特点，考虑到高风速，固定桨距风力发电机应尽量提高低风速时的功率系数和失速性能。2.额定转速设置对功率输出的影响；4.1。固定桨距风力涡轮机的特性。在低风速区，不同桨距角对应的功率曲线几乎一致；在高风速区域，桨距角的变化对其最大输出功率有明显的影响。实际上，调整叶片的桨距角主要是将叶片的失速点改变为气流，这是根据空气密度调整桨距角的基础。3，桨距角对功率输出的影响，4.2机组的基本运行过程中，叶尖阻尼板已经缩回；1。待机状态，风速v3

8、m/s未达到接入速度或机组断电，无并网自由旋转状态。控制系统准备接入电网；机械制动器已经释放；液压系统压力保持在设定值；风轮处于迎风状态；风况、电网和机组所有状态参数测试正常。一旦风速增加，风速上升，就可以接入电网。4.2、机组的基本运行过程，即在自然风的作用下，机组带动发电机加速并并网的过程。2.风力涡轮机的自启动和启动条件。早期的固定桨距风力涡轮机是在发电机的帮助下启动的，然后发电机被用作电动机。直到现在，大多数固定桨距风力涡轮机仍然具有电机启动功能。由于叶片气动性能的不断提高，目前大多数风力发电机具有良好的自启动性能。4.2、机组基本运行过程，启动条件如下：电网：连续10分钟无过电压或低

9、电压；0.1秒内的电压降小于设定值；电网频率在设定范围内；不存在三相不平衡。机组：发电机温度和增速器油温在设定值范围内；液压系统各部分压力在设定值内；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动摩擦片正常；扭转电缆开关复位；控制系统的DC24V、AC24V、DC5V、DC15V电源正常；异常停机故障显示已消除；维护开关处于运行位置。风况：风速在机组运行范围内连续10分钟(3.0m/s25m/s)。3.2机组的基本运行过程，以及3。风轮的风和偏航角由风向仪测量。每10分钟调整一次，并在调整过程中松开偏航制动器满足启动条件后，叶尖扰流板的电磁阀打开，压力油进入叶片液压缸，扰流板缩回并与叶片体成为一体。4.当制

10、动器释放时，控制器接收到扰流板恢复信号后，压力油进入机械盘式制动器的液压缸，释放盘式制动器。当速度接近同步速度时，三相主电路上的晶闸管被触发导通，导通角随着接近同步速度而增大，发电机速度的加速度减小。4.2机组基本操作流程；5.风力发电机的并网。当发电机达到同步速度时，晶闸管完全导通，速度超过同步速度进入发电状态。1秒钟后，旁路接触器关闭，电流被旁路。如果一切正常，晶闸管停止触发。4.2、机组的基本运行过程，5。风力涡轮机的电网连接，1。大小发电机软并网程序，发电机转速已达到预设的接入点，且该点的设置应低于发电机的同步转速。连接在发电机和电网之间的开关元件晶闸管被触发导通。当发电机达到同步速度

11、时，晶闸管导通角全开，速度超过同步速度进入发电状态。进入发电状态后，晶闸管导通角继续完全导通。4.2机组基本操作流程；5.风力发电机的并网；3.从大型发电机切换到小型发电机，先断开大型发电机的接触器，然后断开旁路接触器。由于发电机在此之前仍处于输出状态，转速高于1500转/分，离网后转速将进一步提高。迅速投入小发电机接触器，实现软并网，并通过电网负荷将发电机转速拖动到小发电机的额定转速附近。只要速度不超过超速保护的设定值，就允许对小型发电机实施软并网。4.2、机组的基本操作过程，5。风力涡轮机的电网连接，2。从小型发电机切换到大型发电机，以及控制从小型发电机切换到大型发电机，通常使用平均功率或

12、瞬时功率参数作为预设切换点。首先断开小发电机接触器，然后断开旁路接触器。此时，发电机离网，风将驱动发电机速度快速上升。当同步速度接近1500转/分钟时，将再次执行大型发电机的软并网程序。4.3、从小型发电机切换到大型发电机时，机组的基本控制要求，1。控制系统的基本功能，根据风速信号自动启动、并网或退出电网。根据风向信号。根据功率因数和输出电功率，自动进行电容切换补偿。以确保机组离线时安全停机。运行中，监测、分析和记录电网、风况和机组状态，判断和处理异常情况。4.3、机组的基本控制要求，2。主要监测参数和功能、功率参数、电网三相电压、发电机输出三相电流、电网频率和发电机功率因数等。风速参数：每秒

13、采集一次，每10分钟计算一次平均值。发电机停止在v3m/s和v25m/s.风向：测量风向与机舱中心线的偏差，一般用两个风向标进行补偿。控制偏航系统工作，当风速低于3m/s时，偏航系统不工作。发电机功率与风速之间存在固定的函数关系，二者之间的差异可作为机组故障判断的依据。4.3、机组基本控制要求、机组参数和速度：机组有两个测量点：发电机转速和风轮转速。控制发电机并网、并网断开和超速保护。温度：增速器油温、高速轴承温度、发电机温度、fr4.3、机组的基本控制要求，增速器的油温控制，用PT-100热电阻温度传感器测量增速器箱内的温度；加热器确保润滑油温度不低于10；润滑油泵总是强力喷射和润滑齿轮和轴

14、承；冷却系统在油温高于60时启动，低于45时停止冷却。发电机温度控制，通过冷却系统控制发电机温度，如温度控制在130140，至150155。风速在10分钟内大于25米/秒，在正常停机时大于33米/秒，在90侧风安全停机时大于50米/秒。4.3、机组的基本控制要求，处理过高或过低的功率，如果发电机继续具有反向功率(一般为3060 s ),当风速较低时，它将退出电网并进入备用状态。大功率可能是电网频率波动(瞬时下降)造成的，机械惯性不能使速度迅速下降，滑差过大。它也可能是由气候变化和空气密度增加引起的。当机器超过额定功率的15%并持续10分钟或超过额定功率的50%并持续2秒钟时，停止机器。风力涡轮

15、机退出电网，过高的风速将严重失速叶片并导致过早损坏。操作、暂停、停机、紧急停机、4.3机组基本控制要求、工作状态转换、紧急停机和停机：当满足停机条件时，关闭紧急停机回路，建立液压工作压力。停机暂停：暂停条件满足，偏航系统启动(俯仰压力开启)，运行暂停：运行条件满足，检查逆风方向，叶尖阻尼板缩回(或俯仰系统投入运行)，根据转速控制并网。紧急停止：主控制包括打开紧急电路、禁用所有信号、机械制动和复位逻辑电路。暂停和停止：停止自动方向调整，打开气动制动器(或变距系统失压)，运行和停止：断开网络，打开气动制动器(或变距系统失压)，暂停：功率调整到0后，通过晶闸管关断发电机，将风轮转速降低到0。4.3机

16、组的基本控制要求，故障处理：当故障发生时，意味着它从较高的状态变为较低的状态。(1)故障检测：扫描传感器和信号，判断能降低状态的信号。(2)故障记录：故障存储和报警。(3)故障响应：从三种关机状态中选择一种。(4)重启：一般故障可以自动复位，或者操作员可以手动复位并远程重启。致命故障必须由现场人员检查和处理，并在当地重置。4.3、机组的基本控制要求4。控制系统的安全运行，1。控制系统安全运行的必要条件。风力发电机安全链系统硬件的正常运行。3)偏航系统处于正常状态，风速计和风向标处于正常运行状态。4)制动控制系统液压装置的油压、油温、油位在规定范围内。1)风力发电机组开关出口侧的相序必须与并网电

17、网的相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。5)齿轮箱油位和油温在正常范围内。6)所有保护装置处于正常位置，保护值与批准的设定值一致。7)每个控制电源都处于接通位置。8)监控系统显示正常运行状态。9)在寒冷潮湿地区，停止运行一个月以上的风机，在重新投入运行前应进行绝缘检查，合格后方可启动。4.3、机组的基本控制要求4。控制系统的安全运行。风力发电机组工作参数的安全运行范围，2)转速：风轮转速通常低于40r/min，发电机最大转速不超过额定转速的30%。3)功率：最大功率仅限于额定风速以上。一般情况下，安全运行的最大功率不允许超过设计值的20%。4)温度：一般情况下，控制器的环境温度应为030，齿轮箱的油温应为1004.4固定桨距风力发电机组制动保护系统，正常停机时的制动过程：电磁阀断电释放叶尖扰流板，当发电机降至同步转速时，主接触器与电网断开，当转速低于设定值时，投入第一个制动器，当转速继续上升时，立即投入第二个制