风力发电机组的控制系统

3.1风力发电机组控制系统的控制策略和功能3.2风力发电机组的基本组成3.3风力发电机组控制系统的基本组成3.4变桨距系统3.5偏航系统3.6液压系统3.7安全保护系统3.8控制系统的设计第三章风力发电机组控制系统的目标：确保系统运行可靠、能量利用率最大、电能质量高、机组使用寿命长。常规控制策略：在运行风速范围内，保证系统稳定运行和低风速，跟踪最佳叶尖速比，在获得最大能量和高风速时限制风能捕获，保持风力发电机组输出功率在额定值，减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮机械应力和输出功率波动。避免谐振降低的输电链瞬态响应控制器简单，控制成本低，调节机组功率，保证机组输出电压和频率稳定。3.1控制系统的控制策略和功能，以及控制系统要实现的基本功能：根据风速信号自动增加启动状态、接入电网或切断电网；根据功率和风速；根据风向信号；迎风装置由控制器根据风向传感器测得的风向信号控制偏航电机，带动与塔架上的大齿轮啮合的小齿轮转动，使机舱始终与风向对准，并根据功率因数自动输入(或切断)相应的补偿电容。3.1、控制系统的控制策略和功能，以及控制系统要实现的基本功能：当发电机离网时，能保证机组安全停机；在机组运行过程中，能够监测和记录机组的电网、风况和运行情况，能够判断异常情况并采取相应的保护措施，能够根据记录的数据生成风力发电机组的各种图表和各种性能指标。可以实现远程通信。3.1、控制策略和控制系统的功能。独立运行的风力涡轮机的水平轴由风轮、尾舵、发电机、支架、电缆、充电器、逆变器和蓄电池组成。3.2风力发电机由风轮(包括叶片和轮毂)、增速箱、发电机、偏航装置、控制系统和塔架组成。3.2风力涡轮机由轮毂组成，轮毂也是叶片根部和主轴之间的连接。所有从叶片传递的力都通过轮毂传递到传动系统，然后传递到由风力涡轮机驱动的物体。3.2、风力发电机组的基本组成，1。轮毂也是控制叶片俯仰的地方(使叶片俯仰旋转)。设计中应确保足够的强度。2.叶片：捕捉风能并将其传输到转子轴。3.2、风力发电机组控制系统的基本组成，固定桨距叶片根部直接与轮毂相连，其连接结构主要有法兰型、螺纹嵌入式、钻孔组装型三种。叶片与轮毂连接，变桨距风力发电机的叶片通过变桨距轴承与轮毂连接。原则上，有三种调速或限速装置：第一种使风轮偏离主风向；第二种是使用气动阻力。第三种类型改变叶片桨距角。塔架，风力涡轮机塔架承载机舱和转子。它可以是管状塔(安全)或格子塔(便宜)。根据结构不同，塔架可分为：索塔、桁架塔、锥形塔、5。机舱，包含风力涡轮机的关键设备，包括齿轮箱和发电机。维护人员可以通过风力涡轮机塔架进入机舱。机舱外壳由机舱底盘、机舱盖和整流罩组成。塔架、叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、发电机、机舱电气控制柜、风向标、风速计、偏航电机、整流罩、机舱底盘、机舱盖、6个主传动装置、功能：它是将风力涡轮机的动力传递给发电机，其组成包括主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器等。风力发电机有多种类型：异步发电机、同步发电机、开关磁阻发电机、轴向磁场发电机等。主驱动和偏航装置偏航装置由电子控制器根据风向标感测的风向来操作。风力涡轮机的液压系统属于风力涡轮机的动力系统。其主要功能是为变桨距控制装置、安全桨距控制装置、偏航驱动和控制装置以及制动装置提供液压驱动力。它为风力涡轮机上使用液压作为驱动力的所有设备提供动力。在固定桨距的风力涡轮机中，液压系统的主要任务是驱动风力涡轮机的气动制动器和机械制动器。在变桨距风力发电机组中，主要控制变桨距机构来实现风力发电机组的速度控制和功率控制，同时也控制机械制动机构。9。液压系统，3.2风力涡轮机的基本组成，10。电子控制系统，包括传感器、执行器和软件/硬件处理器系统。持续监控风力涡轮机的状态 11。风速计和风向标：用于测量风速和风向。冷却系统：空气冷却和水冷。一、控制系统的总体结构，控制系统的总体结构，控制系统的结构和功能，监控电网、风况和机组运行数据。电网连接和断开控制。单元最优控制。一般采用微机控制。3.3、风力发电机组控制系统的组成，风力发电机组控制系统：由传感器、执行器和软硬件处理器系统组成。传感器一般包括：风速计、风向标、转速传感器、电量采集传感器、俯仰角位置传感器、各种限位开关、振动传感器、温度和油位指示器、液压系统压力传感器、操作开关和按钮等。执行器一般包括：液压驱动装置或电动变桨执行器、发电机转矩控制器、发电机接触器、制动装置、偏航电机等。处理系统：通常由计算机或微控制器和高可靠性硬件安全链组成，实现风力发电机运行过程中的各种控制功能。同时，当发生严重故障时，必须能够确保风力涡轮机处于安全状态。3.3、风力发电机组控制系统的组成。整个系统由主控制系统、机舱偏航控制系统和叶轮变桨控制系统组成。所有子系统通过通信总线系统相互连接。采用分布式输入输出方式：主控远程输入输出站的可编程控制器构成实时多任务操作系统。所有控制逻辑、控制策略和控制算法均由可编程控制器完成，执行单元根据可编程控制器输出的控制量动作。3.3、风力发电机组控制系统的基本组成，具体控制内容包括：信号的数据采集和处理、变桨控制和转速控制、最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动电缆释放、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、本地监控和远程监控。3.3、风力发电机组控制系统的基本组成、信号采集，在风力发电机组运行过程中，必须测量相关的物理量，并根据测量结果发出相应的信号，将信号传送给主控系统，作为主控系统发出控制指令的依据。待检测的信号速度信号；温度信号。位置信号的电气特性；流体流动特性；运动和力的特性；3.3环境条件、风机控制系统的基本组成、主控制系统和实现发电机控制的控制策略是风机控制的核心。负责处理所有任务：主控配电/转换、风机启动/停止；协调偏航控制、俯仰控制和转换器控制；所有辅助功能的控制、保护和监控。大型风力发电机组的硬件由塔架基础控制器模块组和机舱控制器模块组组成。主控制系统安装在塔基主控制柜内。偏航控制系统(机舱控制柜)偏航控制系统控制策略主要完成机舱/枢纽配电/转换、机舱偏航远程输入/输出、机舱辅助功能控制、塔架基础加速度监测(振动)和发电机温度保护等。偏航控制器由机舱顶部的风向标启动。风向标测量风向如果过滤后测得的风向标信号超过15，则风力涡轮机将开始逆风偏航。风向标输出信号为0，风向为0。29、人机界面，人机界面是计算机和操作员之间的交互窗口。其主要功能是风力发电机组的运行、状态显示、故障监测和数据记录。1.行动1。风力涡轮机2的启动-停止和重置。手动操作3。控制参数修改2。状态显示3。故障监控。变桨控制系统的主要功能是通过调节叶片相对于气流的攻角和改变风力涡轮机的能量转换效率来控制风力涡轮机的功率输出。当风力涡轮机需要停止时，桨距控制系统还提供空气动力制动。变桨距执行器是变速恒频风力发电机控制系统的重要组成部分。通常采用液压驱动或电动驱动。在设计阶段应考虑这两种方法的优缺点。有三种主要组合：1。液压俯仰控制系统；2.电动螺距控制系统；3.电与液结合的变桨系统。3.4变桨系统，3.4变桨系统，1。液压变桨系统液压变桨系统使用液压伺服阀作为功率放大环节，用液体压力驱动致动器。其组成如下：液压变桨系统的组成，控制策略的核心变桨角度反馈闭环控制，角度的设定取决于叶轮转速。角度设定和反馈的偏差信号被发送到桨距角伺服控制器，以控制叶片角度和叶轮速度，即发电机输出的电功率。2.电动变桨控制系统1。整体结构电动变桨控制系统采用伺服电机驱动轮系实现变桨调节功能，可使3片桨叶独立实现变桨。3.4变桨系统由单元组成的单桨变桨装置一般包括控制器、伺服驱动器、伺服电机、减速器、变桨轴承、传感器、角度限位开关、蓄电池、变压器等。伺服电机：俯仰控制系统中常用的伺服电机包括异步电机、无刷DC电机和三相永磁同步电机。变桨轴承：对于电机驱动的齿轮式变桨机组，一般选用内齿四点接触滚珠转盘轴承，变桨轴承的内外圈分别通过螺栓与风轮的叶片和轮毂连接。电液变桨系统的特点是在电液伺服系统中用交流伺服电机代替电液伺服阀。因此，它具有电机控制灵活和液压输出大的双重优点。第四，俯仰控制系统的控制由控制器实现。一方面，控制器控制执行器完成变桨距动作；另一方面，它还通过现场总线实现与主控制器的通信。控制器的核心部件是微处理器或可编程控制器。(1)开环控制是指根据某个顺桨程序，将桨距角从顺桨状态(一般为90)设定为最大风能利用系数的角度(一般为2 3)，以获得最大起动转矩。(2)闭环控制：通过变桨距控制，以一定的上升速度将转速提高到同步转速，并进行上升速度闭环控制；为了对电网产生尽可能小的影响，控制器还用于并网前的同步速度控制。水平轴风力涡轮机转子绕垂直轴的旋转称为偏航。偏航系统可分为被动偏航系统和主动偏航系统。首先，偏航系统的功能经常因风向而改变。如果风轮的扫掠面不垂直于风向，不仅功率输出会降低，它所承受的载荷也会更大。偏航系统的功能是跟踪风向的变化，并驱动机舱绕塔架中心线旋转，以保持风轮的掠面垂直于风向。偏航系统的组成和工作原理偏航系统是一个自动控制系统，其组成和工作原理如下图所示。偏航系统结构，偏航系统执行器一般由y2.偏航驱动偏航系统用于在风力和缆绳释放时驱动机舱相对于塔架旋转。一般来说，它是一个驱动电机或液压驱动装置，安装在机舱内，通过减速器驱动输出轴上的小齿轮。小齿轮与固定在塔架上的大齿圈啮合，驱动机舱偏航。啮合齿轮可以在塔架外部或塔架内部。3.偏航制动器偏航制动器的功能是停止偏航，同时可以设定偏航运动的阻尼力矩，使机舱平稳旋转。第2节偏航系统偏航系统偏航系统控制器控制偏航系统。手动操作信号交换，偏航控制器，4。偏航系统控制，1。偏航控制硬件，偏航系统，2。偏航控制软件。偏航控制系统必须依靠控制软件，因为它是由计算机控制的。偏航系统的工作流程，(1)自动偏航功能，(2)手动偏航功能，(3)自动缆绳释放功能，(4)90侧风功能，(3)偏航传感器，(1)展开传感器，(2)偏航方向传感器，(3.6)液压系统，功能：以加压液体为介质实现动力传输和运动控制的机械装置。优点：传动平稳，功率密度高，易于实现无级调速，部件更换方便，过载保护可靠等。图5-30风力发电机组液压站，主要用于：控制变距机构和气动制动；机械制动；偏航驱动和制动；齿轮箱润滑油的冷却和过滤；发电机的水冷；转炉温度控制；切换机舱和驱动起重机等。3.6液压系统，动力元件：将机械能转化为液体压力能，如液压泵。1.液压元件和控制元件：控制系统压力、流量、方向、信号转换和放大。作为控制部件，主要使用各种液压阀。致动器：将流体的压力能转换成机械能来驱动各种机构，如液压缸。辅助部件：除上述3个部件以外的设备，以确保系统的正常运行。油箱、过滤器、蓄能器、热交换器等。液压泵液压泵是一种能量转换装置，向液压系统输送压力油并推动执行器。齿轮泵a)解剖图b)液压泵示意图、图形符号a)定量泵b)变量泵a)液压元件1)液压泵的分类和工作原理：根据结构可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。3.6、液压系统，(1)方向控制阀控制液压系统的油流方向，打开或关闭油路，控制执行器的启动、停止或改变运动方向。1)单向阀普通单向阀(单向阀):控制油单向流动，不能反向流动。图5-33单向阀a)截面b)图形符号1-阀体2-锥形阀3-弹簧4，5-挡圈，图5-34液压控制单向阀a)工作原理图b)图形符号，2)液压控制单向阀(带控制端口的单向阀):当控制端口充满压力油时，油可以反向流动。2.液压阀按其功能分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀、电液伺服阀和电液比例阀。3.6液压系统，图5-35电磁换向阀a)、b)、c)工作原理图d)图形符号，3)换向阀：利用阀芯相对于阀体的运动来控制流向，接通或断开油路，改变执行机构的运动方向，启动或停止。换向阀稳定工作位置：钻头；外部接口：“开”，3.6液压系统，(2)压力控制阀控制油压，或使用压力作为信号来控制致动器和电气部件的动作。图3-36直接作用安全阀a)球阀b)锥形阀c)图形符号1-阀芯2-阀体3-压力调节弹簧4-压力调节手轮，分为安全阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等。根据它们的功能。图3-37安全阀的功能A)恒压安全阀B)限压安全阀C)卸载回路，3.6液压系统，控制液体流量的阀门，简称流量阀。通过阀的液体流量通过改变控制端口的尺寸和致动元件的运动速度来调节(4)电液伺服阀，一种液压控制阀，它根据输入的电信号连续和成比例地控制系统的流量和压力。低功率电信号被转换成高