风力发电原理(控制)ppt课件

风力发电机测试和控制，华北电力大学控制科学与工程学院，luyue gang，1，第一章介绍，轮毂，齿轮箱，油冷却器，发电机，俯仰驱动，回转罩，机舱，机舱俯仰：入射角变化为风速，超出额定风速，保持额定功率。风力发电机速度设计：20-30r/min，通过生成器与发电机匹配。晶闸管软切入并网，轻松并网，使用小扰动。带有微处理器的控制系统。3，第一章介绍，第二，风力发电机的主要类型和控制要求，俯仰失速装置监控系统工作：风力发电机并网和脱离网络控制；自动相位补偿；监视设备的运行状况、电网状况和天气状况；异常条件保护关机；生成并记录风速、功率、发电量等单位运行数据。所有叶片变距离装置监控系统工作：风力发电机并网和脱离网络控制；电力曲线优化；监视设备的运行状况、电网状况和天气状况；异常条件保护关机；生成并记录风速、功率、发电量等单位运行数据。基于变速恒频技术的变速单元监控系统任务主要消除了基于微处理器和高级IGBT电力电子技术的发电机转子变频励磁等功能。脉宽调制技术产生正弦电压控制发电机输出电压和频率质量。低于额定风速的最大风能(功率)控制和高于额定风速的恒定额定功率控制。4，第一章简介，3，风力发电机控制技术，固定螺距失速型装置采用软并网技术，气动制动技术，偏航和自动解缆技术，解决风力发电机并网问题和运行安全可靠性问题。以固定螺距角度和栅格频率确定的速度简化控制和伺服驱动器系统。全刀片可变距离设备可以在启动时进行速度控制，在并网后进行电源控制。电液伺服机构和闭环可变距离控制提高了单位效率。基于变速恒频技术的变速装置使用变速风力发电机。根据风速信号控制，保证比额定风速跟踪最佳功率曲线低，比额定风速高的灵活性保证功率比输出。提高谐波对电网的影响，提高功率因数，为高效高质感电网供电。练习：每种类型的设备控制技术的功能特征是什么？第5，1章引言，图表明，系统的特性不仅与设备的特性相关，还受控制器的影响。在驾驶过程中，控制器可以改变功率输出，风力被认为是扰动。，4，风力发电机控制特性，第6，1章介绍，5，风力发电机控制系统结构，用户界面，输入用户命令，更改参数显示系统运行状态，数据和错误条件，发电机控制，软电网逆变励磁调节，主控制器，运行监控，启动设备机械制动机构气动制动机构，调整系统，偏自动电缆缠绕解除，通过对控制系统结构的理解，响应控制系统主要包括其功能吗？第7，2章风力发电机控制，气流动能M空气质量，V气流速度密度气流通过面积s的气体体积V，M=V=Sv是单位时间内气流的动能理想风力轮和贝兹(Betz)理论：前后气流体积相等：S1v1=Sv等于2式，风力发电机风速变化产生的功率可用作最大功率，入港后获得的最大理想功率与气流扫面积风的能量相比较，风力发电机的理论最大效率：1，1，风力发电机能量转换过程，8，1，风能利用系数：在风力发电机的实际功率中，CP作为风能利用系数小于0.5932 风力发电机的主要特性系数，第二章风力发电机控制，9，1，叶片的翼型，第二，1，叶片的几何参数和气动特性，作用力角，升力角，风向，弦长，第二章风力发电机控制，10，2，升力和阻力的变化曲线，-30o-20o-10 o 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o，0 . 80 . 60 . 440阻力开始上升。出现最大升程的点称为失速点。剖面造型(翼型弯曲、翼型厚度、前缘位置)、表面粗糙度等会影响提升系数和阻抗。对于有限长度的刀片，刀片两端产生涡流，阻力增加，第二章风力发电机控制，11，3，旋转刀片的空气动力学(叶分析)，风向，v，-u，w 涡流理论(叶片数的影响和实际风力发电机Cp曲线)，有限的叶片数会因大涡流效应而产生一些能量损失，从而导致风力发电机效率下降。 实际风力发电机曲线如下图所示：Betz极限，理想Cp曲线，实际Cp曲线，失速损耗，类型电阻损耗，0，13，第三章节距风力发电机，I，节距风力发电机特性，1，风力发电机结构的主要特性：需要解决的问题：如果刀片高于额定风速，则必须自动将额定功率限制在额定功率附近(失速特性)。脱轨(突然负载)时，叶片本身具有制动能力。提示添加扰流器以降低机械制动结构强度2、叶片失速调节原理，叶片的安装角度保持不变，风速增加提升增加提升增加提升减少提高阻力增加叶片失速叶片攻击角度从根部逐渐增加到尖端，根部首先进入失速，风速增加逐渐增加到尖端。失速部分功率减少，失速部分功率仍然增加，保持在额定功率附近。3、尖端扰流器尖端部分可旋转空气阻尼板，在正常运行时与叶片在液压控制下，风力发电机关闭网络液压控制命令扰流器释放和旋转80o90o，阻力关闭，即空气动力制动的产生。气动制动器按照故障的想法设计。也就是说，液压系统发生故障时，会进行装置关机保护。4，2级发电机，小型发电机功率曲线，大型发电机功率曲线，开关点，风速，6极200kW和4极750kw等功率，P1，p2，14，3章节距风力发电机特性，1，刀片的失速特性功率曲线在标准空气密度=1.225kg/测量m3时为一般温度变化10oC，空气密度变化4%。因此，温度升高，密度降低，输出功率降低。750kW设备可能发生3050kW的偏差，6，俯仰角度和额定速度的设置对功率输出的影响是设备的刀片俯仰角度和速度都是恒定的，因此单位功率曲线上只有一个点具有最大功率系数。额定速度低的装置，低风速下的高功率系数；额定速度高的单位在高风速下具有高功率系数。双速电动机标准。设计的最大功率系数不会显示在额定功率中。因为风力发电机在额定风速点不常运行。俯仰风力涡轮机需要最大限度地提高考虑低风速功率系数和高风速的失速性能。功率/千瓦，15，第三章固定螺距风力发电机，2，固定螺距风力发电机基本工作过程，1，大气状态风速v 3m/s，但未达到切入速度或单元在较小功率下被切断，没有并网自由旋转状态。控制系统准备用电网切断。机械制动器松开了。提示阻尼板已收回。风轮处于刮风状态。液压系统压力保持为设定值。风条件，电力网和装置的所有状态参数都被检测为正常，风速增加时速度提高，系统可以联系。2、风力发电机自启动和启动条件装置自然风作用下的速度、并网过程。所需条件如下：网格：连续10分钟过电压，无低压；在0.1秒内，电压降小于设置值。栅格频率在设置范围内。没有三相不平衡等现象。风状态：单位运行范围(3.0m/s至25m/s)内连续10分钟风速单位：发电机温度，设定值范围内的加速器油温；液压系统压力在设定值内。液压油位置和齿轮润滑油位置正常。制动摩擦片正常；复位扭转电缆开关；控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC15V电源正常；解决了异常关机错误指示。维护交换机位于运行位置。16，3章节距风力发电机，2，节距风力发电机基本工作过程，3，风轮对风偏航角由风向分析器测量。10分钟调整一次，在调整中松开这个刹车。4、满足制动启动解除条件后，控制尖端扰流器的电磁阀打开，压力油进入叶片液压缸，扰流器与叶片本体一起回收。控制器收到扰流器回收信号后，压力油进入机械盘式制动器液压缸，松开盘式制动器。5、风力发电机的并网速度接近同步速度时，三相主电路的晶闸管触发启动传导功能，传导角度越接近同步速度，发电机速度的加速度越小。发电机达到同步速度后，晶闸管完全导电，转速超过同步速度，进入发电状态。如果一秒后旁路接触器关闭，电流就会绕过，就像所有正常的晶闸管停止触发器一样。，17，第三章俯仰风力发电机，3，风力发电机的基本控制要求，1，控制系统的基本功能根据风速信号自动启动、并网或在电网中切断。根据风向信号自动顶风。功率因数和输出功率大小自动补偿容量开关。关闭网络时，确保设备的安全停机时间。运行中电网、风状态和单位状态监测、分析和记录，异常情况判断和处理。2、主要监测参数和运行功率参数：电网三相电压、发电机输出三相电流、电网频率、发电机功率因数等。并网条件判断、电力和发电功率计算、无功补偿、电压和电流故障保护。发电机功率与风速有固定的函数关系，两者都不以单元故障判断为依据。风参数：风速；平均每秒计算一次，每10分钟计算一次。发电机在V 3m/s时关闭，v 25m/s时关闭。风向；风向。测量风向和机舱中心线的偏差，一般使用两个风向计进行补偿。控制偏航系统运行，风速低于3m/s偏航系统不运行。单位参数：速度；设备有两个测量点：发电机速度和风力发电机速度。控制发电机并网和脱离网络、超速保护。温度；温度。加速器油温、高速轴承温度、发电机温度、前后主轴承温度、晶闸管温度和环境温度。振动机内振动检测。电缆扭转；安装了从初始位置开始的齿轮计数传感器，以停止取消电缆操作。位置行程开关停机保护。制动盘磨损；油级润滑油和液压系统油级。18，第三章固定螺距风力发电机，3，风力发电机的基本控制要求，检测各种反馈信号：控制器发出命令后，在设定时间内应接收的反馈信号包括提示扰流板回收、机械制动解除、偏航制动解除、发电机脱网速度着陆等。否则，故障将停止。齿轮箱油温控制：用PT100热阻温度传感器测量齿轮箱温度；加热器的润滑油温度为10oC保证是理想。润滑泵总是强制润滑齿轮和轴承。当油温高于60oC时，冷却系统启动，低于45oC时，冷却停止。发电机温升控制：温度控制通过冷却系统130140oC到150155oC控制发电机温度。功率过高或过低的处理：风速低时发电机持续发生逆转力(一般30-60s)，从电网中退出进入大气状态。功率过高会导致电网频率波动(瞬时下降)，机械惯性不会导致速度快速下降，可能是由于过度波动引起的。也可能是气候变化，空气密度增加造成的。如果10分钟的持续时间超过额定功率15%，或者2s大于50%，则必须关闭。风力涡轮机脱离电网：风速太高，叶片严重失速，造成了早期损坏。风速高于25m/s的10分钟以上持续时间或高于33m/s的持续2s正常停机时间，风速高于50m/s的持续1s安全停机时间，侧风90oC。19，第三章节距风力发电机，3，风力发电机的基本控制要求，3，风力发电机的基本控制策略风力发电机的工作状态：20，第三章节距风力发电机，4，节距风力发电机的制动和保护系统，1，节距风力发电机的制动系统尖端气动制动：液压系统提供的压力通过旋转接头风力涡轮机停机后，液压系统释放压力油，尖端扰流板以离心力的方式根据设计轨迹旋转90o。机械盘式制动器：安装在高速轴上作为辅助制动器，以液压驱动。风力涡轮机的扭矩很大，可以用主制动器改变单元结构，因为刹车片的直径很高。大型风扇通常有两个机械制动器。制动系统根据故障保护原则设计，如果断电或液压系统故障，就会进入制动状态。正常关机制动过程：电磁阀损失释放提示扰流板，发电机以同步速度下降时主接触器动作和电网解决方案，速度低于设定值时第一次制动输入，速度继续上升时第二次制动立即输入，关闭后提示扰流回收。安全关机制动过程：如果刀尖扰流板同时投入第一个制动器，发电机以同步速度下降，则主接触器跳闸同时立即投入第二个制动器，刀尖扰流器无法回收。紧急停机制动过程：所有继电器断电，接触器丢失；提示扰流板和两个机械制动器同时工作。发电机同时与电网解热。21，3章节距风力发电机，4，节距风力发电机制动和保护系统，2，超速保护发电机或风力发电机速度超过额定速度110%时，控制器发出正常停机命令。提示扰流板制动液压系统有独立超速保护装置，风轮超速时液压缸压力急剧上升，压力控制“翻转阀”打开，压力油排出，提示扰流板快速打开，控制系统发生故障时可以关闭。3、电网损失保护电网断电后，提示扰流板和控制机械制动的电磁阀立即打开，实现了损耗抑制紧急停机。由于电网引起的停机，电力网恢复后，控制系统将自动启动10分钟。4、电气保护过电压保护：控制器对通过电缆进入控制柜的冲击电压的自保护功能检测瞬态保护：晶闸管、计算机过电压屏蔽、传感器、通信电缆的隔离。防雷：提供发射雷电的方便接地通