风力发电原理(控制)

1、华北电力大学控制科学与工程学院风力发电机组检测与控制，陆跃刚，第一章，关于轮毂、齿轮箱、油冷却器、发电机、变桨驱动、旋转罩、机舱、低速轴、热交换器、控制箱、旋转接头、支撑轴承、偏航驱动、机舱座、通风、隔离和减震、风力发电机组结构图的讨论，一、风力发电机组桨距的一般结构：随着风速改变攻角，当超过额定风速时，保持额定功率。设计转子转速为20-30r/min，通过增速器与发电机匹配。晶闸管软接入易于并网，扰动小。带微处理器的控制系统。第一章讨论了风力发电机组的主要类型和控制要求，以及固定桨距失速机组监控系统的任务：控制风力发电机组的并网和解列；自动相位补偿；监测机组的运行状态、电网状态和气象条件；异

2、常工况下的保护停机；生成并记录机组运行数据，如风速、功率和发电量。全叶片变桨距机组监控系统的任务：控制风力发电机组的并网和解列；优化功率曲线；监测机组的运行状态、电网状态和气象条件；异常工况下的保护停机；生成并记录机组运行数据，如风速、功率和发电量。除上述功能外，基于变速恒频技术的变速机组监控系统的任务主要包括：基于微处理器和先进的IGBT电力电子技术的发电机转子变频励磁；脉宽调制技术产生正弦电压来控制发电机输出电压和频率质量；额定风速以下的最大风能(功率)控制和额定风速以上的恒定额定功率控制。第一章讨论了风力发电机的控制技术。本发明解决了风电机组并网和运行安全可靠性问题，采用软并网技术、空气

3、动力制动技术、偏航和自动退缆技术。由电网频率决定的固定俯仰角和速度简化了控制和伺服驱动系统。全叶片变桨机组启动时可以进行速度控制，并网后可以进行功率控制。电液伺服机构和闭环可变距离控制提高了机组效率。变速风力涡轮机用于基于变速恒频技术的变速单元中。根据风速信号控制，在额定风速以下跟踪最优功率曲线，在额定风速以上灵活保证额定功率输出。改善高次谐波对电网影响，提高功率因数，高效优质地向电网供电。练习：不同类型单元的控制技术的功能特点是什么？在第一章中，从图中可以看出，系统的特性不仅与机组的特性有关，还受到控制器的影响。在运行中，控制器可以改变功率输出，风能被视为干扰。4.风力发电机组的控制特性，第

4、1章：讨论；5.风力发电机组的控制系统结构、用户界面、输入用户指令、改变参数以显示系统运行状态、数据和故障状况、发电机控制、软并网逆变器的励磁调节、主控制器、运行监控、电网启动/关闭、风况监控、无功功率补偿、根据无功功率信号的接入或退出、变桨系统、速度控制和功率控制、液压系统、制动机构的压力维护、变桨机构的压力维护、制动系统、机械制动机构、 气动制动机构、转向系统、自动消除偏航引起的电缆缠绕练习：通过了解控制系统的结构，回答控制系统主要包括哪些功能？ 在第二章，风力发电机组的控制中，气流的动能是M个空气质量，气流通过面积s的气体体积是V，M=V=Sv，那么单位时间内的气流动能就是理想的风轮和贝

5、兹理论：前后的空气体积相等：S1v1=Sv=S2v2根据牛顿第二定律， 单位时间内作用在风轮上的力F=mv1-mv2=Sv(v1-v2)风轮吸收的功率P=Fv=Sv2 (v1-v2)等于风轮前后的动能变化(单位时间):如果两个方程相等，风轮风速变化产生的功率为其最大功率，将替代后获得的最大理想功率与气流扫过的风能进行比较。 风力涡轮机的理论最大效率可以如下获得：1 .风力涡轮机的能量转换过程；1.风能利用系数：风力发电机的实际功率，其中CP为风能利用系数，小于0.593.2。叶尖速比是通过叶片周向速度与风速的比值来测量的，以表示不同风速下的风力涡轮机状态。叶片的几何参数和气动特性、功率角、升力

6、角、零升力角、风向、弦长、迎角：来流方向与弦线之间的角度、零升力角：来流方向与弦线之间的角度垂直于气流方向、C1升力系数和阻力、平行于气流方向、Cd阻力系数、Cd和C1是由设计叶片确定的固有参数，也是气动计算的原始依据。在第2章，风力涡轮机控制，2，升力和阻力曲线，-30o-20o-10oo10o20o30o40o，0.8 0.6 0.4 0.2，-0.2，升力系数和阻力系数随迎角变化阻力系数开始上升。最大升力出现的点称为失速点。截面形状(翼型弯度、翼型厚度、前缘位置)和表面粗糙度将影响升力系数和阻力系数。对于有限长度的叶片，将在叶片两端产生涡流，导致阻力增加。第2章风力涡轮机控制，第3章旋转

7、叶片的空气动力(叶片元件分析)，风向，v，- u，w，移动和旋转方向，安装角度(桨距角，桨距角):风力输入的总空气动力p=通过P=vFa旋转轴获得的功率Pu=T风轮效率=Pu/P，第2章风力涡轮机控制，第2章风力涡轮机控制，第5节。涡流理论(叶片数和实际风力涡轮机Cp曲线的影响)，有限的叶片数会由于较大的涡流影响而导致一定的能量损失，这会降低风力涡轮机的效率。实际风力涡轮机曲线如下图所示：Betz极限，理想Cp曲线，实际Cp曲线，失速损失，剖面阻力损失，0。第3章，固定桨距风力涡轮机的特性，1。风力发电机组结构的主要特点：叶片与轮毂之间的连接是固定的，叶片的迎风角度不随风速而变化。需要解决的问

8、题：当风速高于额定风速时，叶片应自动将功率限制在额定功率附近(失速特性)。当离线(突然甩负荷)时，叶片本身具有制动能力。增加了叶尖扰流板，降低了机械制动器的结构强度。2.叶片失速调整原理。当叶片的安装角度不变时，升力随着风速的增加而增加，升力下降。阻力增加了。随着风速的增加，叶片攻角从根部到叶尖逐渐增大，根部首先进入失速，然后逐渐扩展到叶尖。失速部件的功率降低，而非失速部件的功率仍然增加，保持功率接近额定功率。3.在正常运行期间，叶片扰流器顶端的可旋转空气阻尼板在液压控制下与叶片集成在一起。当风力涡轮机离网时，液压控制命令释放扰流板并旋转80 90，导致阻力关闭，即空气动力制动。空气动力制动器

9、是根据故障思想设计的，即当液压系统发生故障时，它可以保护机组不停机。4.双速发电机，小发电机功率曲线，大发电机功率曲线，开关点，风速，功率，如6极200千瓦和4极750千瓦，P1，P2，第3章，固定桨距风力发电机，1。固定桨距风力涡轮机的特性，5。功率输出主要取决于风速和叶片失速特性功率，因此，空气温度升高，密度降低，输出功率降低。在750千瓦的机组中，可能有3050千瓦的偏差。6.俯仰角和额定速度设置对功率输出的影响。因为机组叶片的桨距角和速度是固定的，所以机组功率曲线上只有一点具有最大功率系数。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

10、双速电机基础。设计的最大功率系数不会出现在额定功率上，因为风力涡轮机并不总是在额定风速下工作。考虑到高风速，固定桨距风力涡轮机应努力提高低风速下的功率系数和失速性能。功率/千瓦，第3章，固定桨距风力涡轮机的基本操作过程，1。备用状态下风速为v3m/s，但未达到接入速度或机组断电，没有并网自由旋转状态。控制系统准备接入电网；机械制动器已经释放；尖端阻尼板已经缩回；风轮处于迎风状态；液压系统压力保持在设定值；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。2.风力发电机组的自启动和启动条件。自然风作用下发电机组的加速和并网过程。所需条件如下：电网：连续10分钟无过电压

11、或低电压；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。风况：风速在机组运行范围内连续10分钟(3.0m/s25m/s)；增速器的发电机温度和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。第三章：固定桨距风力涡轮机；2:固定桨距风力发电机组的基本运行过程；3:风向仪测得的风轮对风的偏航角。每10分钟调整一次，并在调整过程中松开偏航制动器。4.在满足制动释放启动条件后，控制叶尖扰流板的电磁阀打开，压

12、力油进入叶片液压缸，扰流板缩回并与叶片体成为一体。控制器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。5.当风力发电机转速接近同步转速时，触发三相主电路上的晶闸管导通，导通角随着接近同步转速而增大，发电机转速的加速度减小；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，进入发电第三章：固定桨距风力涡轮机；第三章：风力发电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来控制。确保脱机时安全关机。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。2.主要监测参数和功率参数：电网

13、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。判断并网条件，计算电功率和发电量，无功补偿，电压和电流故障保护。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。风参数：风速；每秒收集一次，每10分钟计算一次平均值。发电机停止在v3m/s和v25m/s.风向；为了测量风向和机舱中心线之间的偏差，通常使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。机组参数：转速；该装置有两个测量点：发电机速度和风轮速度。控制发电机并网、并网断开和超速保护。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

14、；机舱振动检测。电缆扭转；安装一个初始位置的齿轮计数传感器，用于停机和电缆退绕操作。停止位置行程开关的保护。制动盘磨损。油位；润滑油和液压系统油位。第三章：固定桨距风力涡轮机；3:风力发电机的基本控制要求，各种反馈信号的检测：控制器在发出指令后的设定时间内应接收的反馈信号包括恢复叶尖扰流板、释放机械制动、释放偏航制动和降低发电机转速。否则，关闭。增速器油温控制：温度由增速箱内的PT100热电阻温度传感器测量；加热器确保润滑油温度不低于10oC；润滑油泵总是强制喷洒和润滑齿轮和轴承；当油温高于60时，冷却系统启动，当油温低于45时，冷却系统停止冷却。发电机温升控制：发电机温度由冷却系统控制，例如

15、，温度控制在130-140，发电机停止在150-155。功率过高或过低的处理：当风速较低时，如果反向功率(一般为3060 s)持续出现，发电机将退出电网，进入待机状态。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。风力涡轮机退出电网：过高的风速将导致叶片严重失速和过早损坏。10分钟风速大于25米/秒，正常停机时大于33米/秒，安全停机时大于1秒，侧风90度。第三章：固定桨距风力涡轮机；3:风力发电机组的基本控制策略；3:风力发电机

16、的工作状态；第三章：固定桨距风力涡轮机；4:固定桨距风力发电机组的制动和保护系统；1:定桨距风力发电机组制动系统顶端的气动制动：液压系统提供的压力来自通过旋转接头进入叶根的压力缸，以压缩扰流板机构中的弹簧。当风机停止时，液压系统释放压力油，叶尖扰流板在离心力的作用下按照设计轨迹旋转90。机械盘式制动器：作为辅助制动装置，安装在高速轴上，液压驱动。由于风力发电机扭矩大，作为主制动器，制动盘的直径会很大，这就改变了风力发电机的结构。大型风扇通常有两个机械制动器。制动系统是根据失效原理设计的正常停止制动过程：电磁阀断电释放叶尖扰流板；当发电机降至同步转速时，主接触器脱离电网；当速度低于设定值时，投入

17、第一制动器；如果速度继续上升，第二个制动器立即投入；并且尖端扰流器在停止后缩回。安全停止制动过程：尖端扰流板松开，第一个制动器投入运行；当发电机降至同步速度时，主接触器跳闸，第二制动器立即投入运行，叶尖扰流板未缩回。紧急制动过程：所有继电器断电，接触器断电；叶尖扰流板和两个机械制动器同时工作；发电机同时与电网断开。第三章：固定桨距风力涡轮机；第四章：定桨距风力发电机组的制动和保护系统；第二章：当超速保护发电机或风轮的速度超过额定速度110%时，控制器发出正常停机指令。叶尖扰流板的制动液压系统配有独立的超速保护装置。当风轮超速时，液压缸压力迅速上升，压力控制的“弹起阀”打开，压力油排出，叶尖扰流板迅速打开，从而在控制系统故障时停止机器。3.断电保护一旦电网断电，控制叶尖扰流板和机械制动器的电磁阀将立即打开，实现断电时的