盐城工学院风电检测与控制.doc

图二双馈异步式变速恒频风力发电机组总体结构图1-3永磁同步式变速恒频风力发电机组总体结构叶轮：吸收风能并将其转换成机械能的部件，齿轮箱：将低风速转换成发电机高速控制系统：监视电网风况和机组的运行参数，确保系统的安全性和可靠性，对机组进行优化控制，保证机组稳定高效运行。双馈变流器：调节转子励磁电流的幅值、相位、和频率2、风力发电机组经历的发展阶段：20世纪80年代中期，定桨恒速风力发电机组开始进入风力发电市场，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题；20世纪90年代初期，基于高转差异步发电机进行有限变速的全桨变距风力发电机组开始进入风力发电市场；20世纪90年代中期，基于变速恒频技术的全桨变距风力发电机组。3、变桨恒频与定桨恒速的根本区别：变速恒频风力发电机组允许叶轮转速跟随风速在相当宽的范围内变化，从而使机组获得最佳功率输出特性。4、桨叶的失速调节原理：桨叶的失速性能是指它在最大升力系数Clmax附近的性能。 一方面，当桨叶的安装角不变，随着风速增加攻角i增大时，升力系数Cl线性增大；在接近Clmax时，增大变缓；达到Clmax后开始减小。 另一方面，阻力系数Cd初期不断增大；在升力开始减小时，Cd继续增大，这是由于气流在叶片上的分离区随攻角的增大而增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面压力差减小，致使阻力激增，升力减小，造成叶片失速，从而限制了功率的增加，如图2-1所示。 因桨叶的安装角不变，风速增加升力增加升力变缓升力下降阻力增加叶片失速 叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。失速部分功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。 5、叶尖扰流器的结构作用当风力发电机组需要脱网停机是，叶尖扰流器可以按照控制指令释放并旋转大角，形成气动阻力，使叶轮转速迅速下降。6、定桨恒速发电机组为什么要采用双速发电机，他们是如何替换的？定桨恒速风力发电机组还存在低风速时的效率问题，在整个运行风速范围内（3m/sv25m/s）内，由于气流对桨叶的攻角是在不断变化的， 如果风力发电机组的转速不能随风速的变化而调整，这就必然要使叶轮在低风速时的效率降低，同时发电机本身也存在低负荷时的效率问题；为了解决低风速时的效率问题有一些定桨恒速风力发电机组采用双速发电机，低速时使用小功率，高速时使用大功率从而提高风力发电机组整体效率。7、风力发电机组的监测与控制的主要内容：1)、电力参数监测：电压，电流、有功和无功功率2）、风力参数监测：风速，风向3）、机组状态参数检测：转速，温度，机舱振动、电缆扭转，机械振动状况，油脂4）、各种反馈信号的检测：叶尖扰流器控制或变桨控制；机械制动控制，偏航控制，发电机脱网及脱网后的转速降落信号；齿轮箱润滑油泵控制5）、齿轮箱油温的控制6）、发电机温升控制7）、功率过高或过低处理：功率过低、高、8）、风力发电机组退出电网：高于25持续10S；高于33时2S正常停机，高于50持续1s安全。8、各种反馈信号的检测：各种反馈信号的检测：叶尖扰流器控制或变桨控制；机械制动控制，偏航控制，发电机脱网及脱网后的转速降落信号；齿轮箱润滑油泵控制9、发电机组运行控制状态 ：运行、暂停、停机紧急停机状态各种运行控制状态的转换10、风力发电机自启动条件：电网：连续10min内电网没有出现过电压、欠电压；电网电压0.1s内的波动小于设定限值；电网频率在允许范围之内；没有出现电压三相不平衡现象风况：连续10min风速在风力发电机组运行风速的范围（3v25）内。机组：1、发电机温度，齿轮箱油温应在设定值范围以内，2液压系统所有部位的压力都在设定值，3液压油位和齿轮润滑油位正常。4制动器摩擦片损耗正常，5扭缆开关未触发6系统的控制电源正常，7非正常停机后显示的所有故障均已排除8维护/运行开关在运行位置。11、风力发电机组保护形势：超速保护，电网失电保护，电气保护12、什么事紧急安全链，如何设计？安全链是独立于计算机系统的最后一级保护措施，它采用反逻辑设计，将可能对风力发电机组造成致命伤害的故障节点串联成一个回路，一旦其中一个动作，将引起紧急停机反应；“紧急停止按钮、控制器看门狗、显示叶尖扰流器液压缸液压的压力继电器、扭缆传感器、振动传感器、转速传感器、控制器DC24v电源失电，主控制器死机”紧急停机后，只能手动复位后才能使机组重新启动。13、定桨恒速风力发电机组的制动过程：正常停机：安全停机，紧急停机如果发电机没有并网制动程序是：电磁阀失电，释放叶尖扰流器；叶轮转速低于设定值时，第一部机械制动器投入；如果叶尖扰流器释放后转速继续上升，则第二部机械制动器立即投入；下一次制动时，先投入第二部制动器，在投入第一部制动器；停机后叶尖扰流器收回如果发电机已并网，制动程序是：通过电磁阀释放叶尖扰流器；当发电机转速（无论是大或小）降至同步转速，主接触器跳开，发电机与电网解裂；叶轮转速低于设定值时，第一部制动器投入；如果叶尖扰流器释放后转速继续上升，则第二部制动器立即投入，下一次制动时，第二个投入的制动器先投入，停机后叶尖扰流器收回。第三章叶尖速素比公式：式中:r为风力发电机组叶轮角速度(rad/s)、R为叶片半径(m)，v为主导风速(m/s)，vT为叶尖线速度(m/s2、什么叫叶轮的实度，如何改变实度；定义为全部桨叶的面积除以其叶轮扫略面积；风力机的实度可以通过改变叶轮的桨叶数量，也可通过改变桨叶的弦长来改变；三桨叶产生最佳实度。3、风能转换基本原理4、(CP功率系数，P可提取的风能，E输入风能)=叶尖线速度/风速；要使P最大则CP最大，及=opt；P取决于功率系数CP5、传动系统的组成：叶轮、低速轴、齿轮箱、高速轴、发电机组转子、组成。传动系统的动态模型：刚性轴、两质块柔性轴模型6、根据双馈电机转子转速变化说明双馈发电机运行状态：亚同步运行状态：在此种状态下nn1 ，改变通入转子绕组的频率为f2的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速n2与转子的转速方向相反，因此有n-n2=n1 。同步运行状态：在此种状态下n=n1 转差频率f2 =0，这表明此时通入转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机一样。 7、双馈风力发电机不同状态下的功率流向图：超同步运行时双馈电机功率流向亚同步运行时双馈电机功率流向8、说明双馈发电机如何实现变速恒频发电；9、异步发电机等效电路，说明电磁转矩和转差率的关系曲线为什么是S型第四章1、两种运行方式：独立运行的离网型和接入电力系统的并网型2、异步发电机可采用晶闸管移相控制来实现并网软切入，根据异步发电机的特性，在接近发电机同步转速切入时，发电机从电网吸收无功功率，切入电流和传动轴系的冲击转矩均处于最理想的状态。3、软并网控制的主要评价指标：1）并网电流不超过额定电流的2倍；2）并网电流过渡平滑，不对传动轴系产生过大冲击3）并网时间短4)发电机转速不产生明显升高，并网完成后迅速进入稳定运行。4、软并网控制的主要任务：判断软切入起动时刻：确定双向晶闸管的移相控制规律。5、双馈异步风力发电机无并网冲击过程永磁同步风力发电机组无冲击并网过程：6、什么是低电压穿越能力，有什么好处？就是指风力发电机的端电压降低到一定值的 情况下不脱离电网而继续维持运行，甚至还可以为系统提供一定无功以帮助系统恢复电压的能力；具有低电压穿越能力的风力发电机可以躲过保护动作时间，故障切除后恢复正常运行，这可大大减少风电机组在故障时反复并网次数，减少对电网的冲击。第五章1、变速恒频风力发电机组控制基本目标：1减小传动链的转矩峰值2通过动态阻尼来抑制传动链振动3避免过量的变桨动作和发电机转矩调节4通过控制枫狸发电机组塔架的振动尽量减小塔架基础的负载5避免轮毂和叶片的突变负载。2、变速恒频风力发电机组叶轮所受的空气动力学载荷主要分为：确定性载荷，随机性载荷；随机性载荷由风湍流引起，确定性载荷：稳态载荷:由叶轮轴向定常风作用而产生的载荷，周期性载荷：按照一定周期重复的载荷；瞬态载荷：暂时性的载荷如阵风和停机过程中所受的载荷。第六章1、设计变桨控制器线性化模时至少应该包含：传动链的动态特性；塔架的前后振动；功率或转速传感器的响应；变桨执行机构的响应2、对于定桨恒速风力发电机组，控制系统的执行机构主要是指：液压系统和偏航系统；变频风力发电机组除了这些还包括变流器和变桨系统。对于定将恒速发电机组气动制动机构是叶尖扰流器；对于具有变桨机构的风力发电机组气动制动机构是变桨机构3、偏航系统是风力发电机组特有的伺服机构主要有两个功能：对风，锁紧，解缆，使风力发电机组叶轮跟踪变化稳定的风向，二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出电缆发生缠绕时自动解除缠绕。4、传动系统有几种：电气传动机械传动，流体传动5、风速仪和风向标是分别利用磁感风速杯和风向标来测定的6