第二章定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制

1、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)組監(jiān)測(cè)與控制第二章定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制第二章定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制第一節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理第二節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)與運(yùn)行控制第三節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電過程控制第四節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)與保護(hù)系統(tǒng)第一節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理一、葉輪結(jié)構(gòu)二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理三、葉尖擾流器四、雙速發(fā)電機(jī)五、功率輸出六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響一、葉輪結(jié)構(gòu)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。這一特點(diǎn)給定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提出了幾個(gè)必須解決的問題。一是當(dāng)風(fēng)速高于葉輪的設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)

2、速即額定風(fēng)速時(shí)，槳葉必須能夠自動(dòng)地將功率限制在額定值附近，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組上所有材料的物理性能是有限度的，槳葉的這一特性被稱為自動(dòng)失速性能；二是運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)突然失電或其他緊急情況下，槳葉自身必須具備制動(dòng)能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在大風(fēng)情況下安全停機(jī)。當(dāng)氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片時(shí)，因凸面的彎曲而使氣流加速，壓力較低；凹面較平緩而使氣流速度緩慢，壓力較高，因而產(chǎn)生升力。槳葉的失速性能是指它在最大升力系數(shù)Clmax附近的性能。一方面，當(dāng)槳葉的安裝角不變，隨著風(fēng)速增加攻角i增大時(shí)，升力系數(shù)Cl線性增大；在接近Clmax時(shí)，增大變緩；達(dá)到Clmax后開始減小。另一方面，阻力系數(shù)Cd初期

3、不斷增大；在升力開始減小時(shí)，Cd繼續(xù)增大，這是由于氣流在葉片上的分離區(qū)隨攻角的增大而增大，分離區(qū)形成大的渦流，流動(dòng)失去翼型效應(yīng)，與未分離時(shí)相比，上下翼面壓力差減小，致使阻力激增，升力減小，造成葉片失速，從而限制了功率的增加，如圖2-1所示。二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理圖2-1槳葉的失速原理三、葉尖擾流器圖2-2葉尖擾流器結(jié)構(gòu)葉尖擾流器的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，在液壓系統(tǒng)的作用下，葉尖擾流器與槳葉主體部分精密地合為一體，組成完整的槳葉。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要脫網(wǎng)停機(jī)時(shí)，擾流器按控制指令釋放并旋轉(zhuǎn)8090形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離旋轉(zhuǎn)中心的最遠(yuǎn)點(diǎn)，整個(gè)葉片作

4、為一個(gè)長(zhǎng)的杠桿，使葉尖擾流器產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力相當(dāng)高，足以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迅速減速，這一過程即為槳葉空氣動(dòng)力制動(dòng)。葉尖擾流器是定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要制動(dòng)器，每次制動(dòng)時(shí)都是它起主要作用。四、雙速發(fā)電機(jī)圖2-3雙速發(fā)電機(jī)功率曲線五、功率輸出圖2-4空氣密度變化對(duì)功率輸出的影響五、功率輸出圖2-5主動(dòng)失速控制與變速恒頻控制中的槳距角變化規(guī)律六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響圖2-6定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對(duì)功率輸出的影響圖2-7槳葉節(jié)距角對(duì)輸出功率的影響第二節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)與運(yùn)行控制一、控制系統(tǒng)的基本功能二、監(jiān)測(cè)與控制的主要內(nèi)容三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)控制一

5、、控制系統(tǒng)的基本功能并網(wǎng)運(yùn)行的定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)必須具備以下功能：(1)機(jī)組能根據(jù)風(fēng)況自行起動(dòng)和停機(jī)。(2)并網(wǎng)和脫網(wǎng)時(shí)，能將機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響減小到最低限度。(3)能根據(jù)功率及風(fēng)速大小進(jìn)行轉(zhuǎn)速切換(雙速發(fā)電機(jī))。(4)根據(jù)風(fēng)向信號(hào)自動(dòng)對(duì)風(fēng)，并能自動(dòng)解除電纜過度扭轉(zhuǎn)。(5)能對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。(6)對(duì)出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷，并在必要時(shí)切出電網(wǎng)。(7)當(dāng)發(fā)電機(jī)切出電網(wǎng)時(shí)，能確保機(jī)組安全停機(jī)。(8)在機(jī)組運(yùn)行過程中，能對(duì)電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)。一、控制系統(tǒng)的基本功能(9)在風(fēng)電場(chǎng)中運(yùn)行的風(fēng)

6、力發(fā)電機(jī)組還應(yīng)具備遠(yuǎn)程通信的功能。對(duì)于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，還應(yīng)具備以下功能：(1)并網(wǎng)時(shí)不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊影響。(2)通過對(duì)機(jī)組實(shí)施變槳距和變速控制，使機(jī)組運(yùn)行在預(yù)先設(shè)定的最佳功率曲線上。(3)能通過變槳和變速調(diào)節(jié)改善機(jī)組的動(dòng)態(tài)載荷。(4)能夠接受遠(yuǎn)程調(diào)度，對(duì)機(jī)組輸出的無功功率和有功功率進(jìn)行控制。(5)能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)電網(wǎng)故障穿越。二、監(jiān)測(cè)與控制的主要內(nèi)容(一)電力參數(shù)監(jiān)測(cè)(二)風(fēng)力參數(shù)監(jiān)測(cè)(三)機(jī)組狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)(四)各種反饋信號(hào)的檢測(cè)(五)齒輪箱油溫的控制(六)發(fā)電機(jī)溫升控制(七)功率過高或過低的處理(八)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)(一)電力參數(shù)監(jiān)測(cè)1.電壓2.電流3.有功功率和無功功率1.電壓機(jī)組監(jiān)

7、測(cè)電壓的幅值和相位，并由此判斷過電壓、欠電壓、過頻、欠頻、三相不平衡、相位突變等故障。在上述參數(shù)中，除相位突變外，其他參數(shù)都可以分為短時(shí)判據(jù)和長(zhǎng)時(shí)判據(jù)來監(jiān)控，這些監(jiān)測(cè)參數(shù)一旦超出允許值，有可能是機(jī)組本身的原因，但更可能是電網(wǎng)的原因。2.電流機(jī)組也監(jiān)測(cè)電流的幅值和相位，并由此判斷過電流和三相不平衡故障，這些監(jiān)測(cè)參數(shù)一般為短時(shí)判據(jù)，一旦出現(xiàn)，機(jī)組就必須停機(jī)。產(chǎn)生這些故障的原因通常在于機(jī)組自身。在定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)過程中，由于三相晶閘管導(dǎo)通角之間存在差異，因而可能出現(xiàn)短時(shí)電流不平衡，因?yàn)槌掷m(xù)時(shí)間短，并不影響對(duì)機(jī)組電能質(zhì)量的整體評(píng)價(jià)。3.有功功率和無功功率通過分別測(cè)量電壓相角和電流相角，經(jīng)過移相

8、補(bǔ)償算法、平均值算法處理后，用于計(jì)算機(jī)組的有功功率和無功功率。一些性能較好的機(jī)組也可采用測(cè)量瞬時(shí)有功、瞬時(shí)無功的方法來積分計(jì)算機(jī)組的有功功率和無功功率。(二)風(fēng)力參數(shù)監(jiān)測(cè)1.風(fēng)速2.風(fēng)向1.風(fēng)速風(fēng)速通過機(jī)艙外的風(fēng)速儀測(cè)得。通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中央控制器每秒采集一次來自于風(fēng)速儀的風(fēng)速數(shù)據(jù)，每10min計(jì)算一次平均值，用于判別起動(dòng)風(fēng)速(v3m/s)和停機(jī)風(fēng)速(v25m/s)。安裝在機(jī)艙頂上的風(fēng)速儀處于葉輪的下風(fēng)向，因此在運(yùn)行時(shí)受葉輪干擾，不能準(zhǔn)確地測(cè)量風(fēng)速，一般不用來產(chǎn)生功率曲線。2.風(fēng)向風(fēng)向標(biāo)安裝在機(jī)艙頂部?jī)蓚?cè)，主要用于測(cè)量風(fēng)向與機(jī)艙中心線的偏差角。一般采用兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)，以便互相校驗(yàn)，以排除可能產(chǎn)生的

9、錯(cuò)誤信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)風(fēng)向信號(hào)，起動(dòng)偏航系統(tǒng)。當(dāng)兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)不一致時(shí)，偏航會(huì)自動(dòng)中斷。當(dāng)風(fēng)速低于3m/s時(shí)，偏航系統(tǒng)不會(huì)起動(dòng)。(三)機(jī)組狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)1.轉(zhuǎn)速2.溫度3.機(jī)艙振動(dòng)4.電纜扭轉(zhuǎn)5.機(jī)械制動(dòng)狀況6.油脂1.轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測(cè)量點(diǎn)主要有兩個(gè)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速。對(duì)于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，則還需要測(cè)量變槳轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測(cè)量用于進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)和脫網(wǎng)，還可用于判別超速條件，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速超過設(shè)定限值n1或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定限值n2時(shí)，應(yīng)停機(jī)。葉輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以相互校驗(yàn)。如果不符，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)退出運(yùn)行。2.溫度溫度的測(cè)量點(diǎn)非常多，用于反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的工作狀況，主要有以下方面：

10、1)齒輪油溫及高速軸承溫度。2)發(fā)電機(jī)繞組及其軸承溫度。3)主軸承溫度。4)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(變流器、軟并網(wǎng)裝置、變槳驅(qū)動(dòng)器等)溫度。5)控制器環(huán)境溫度。由于溫度引起的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行，在溫度降至允許值時(shí)，仍可自動(dòng)起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行。3.機(jī)艙振動(dòng)為了檢測(cè)機(jī)組的異常振動(dòng)，在機(jī)艙上應(yīng)安裝振動(dòng)保護(hù)開關(guān)。傳統(tǒng)的振動(dòng)保護(hù)開關(guān)由一個(gè)與微動(dòng)開關(guān)相連的鋼球及其支撐組成。過振動(dòng)時(shí)，鋼球從支撐它的圓環(huán)上落下，拉動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，引起安全停機(jī)。重新起動(dòng)時(shí)，必須重新安裝好鋼球?，F(xiàn)代的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多采用連續(xù)的振動(dòng)頻率、振動(dòng)幅度監(jiān)測(cè)，傳感器將測(cè)量值實(shí)時(shí)傳輸給主控系統(tǒng)并根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速和塔筒的固有頻率進(jìn)行保護(hù)。在大型的變

11、速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，不僅需要測(cè)試機(jī)艙的前后和左右振動(dòng)，還需要對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。4.電纜扭轉(zhuǎn)由于發(fā)電機(jī)電纜及所有電氣、通信電纜均從機(jī)艙直接引入塔筒，直到地面控制柜。如果機(jī)艙經(jīng)常向一個(gè)方向偏航，會(huì)引起電纜嚴(yán)重扭曲。因此，偏航系統(tǒng)還應(yīng)具備扭纜保護(hù)的功能。偏航齒輪上安裝有一個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)傳感器，以記錄相對(duì)初始方位所轉(zhuǎn)過的齒數(shù)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向一個(gè)方向持續(xù)偏航達(dá)到設(shè)定值時(shí)，表示電纜已被扭曲到危險(xiǎn)的程度，控制器將發(fā)出停機(jī)指令并顯示故障，以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)并執(zhí)行順或逆時(shí)針解纜操作。為了提高可靠性，有的機(jī)組在電纜引入塔筒處(即塔筒頂部)，還安裝了機(jī)械式的行程開關(guān)，行程開關(guān)觸點(diǎn)與電纜相連，當(dāng)電纜扭

12、轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)可直接拉動(dòng)行程開關(guān)，引起安全停機(jī)。為便于了解偏航系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，控制器可根據(jù)偏航計(jì)數(shù)傳感器的報(bào)告，顯示機(jī)艙當(dāng)前方位與初始方位的偏轉(zhuǎn)角度及正在偏航的方向。5.機(jī)械制動(dòng)狀況在機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)中必須裝有制動(dòng)片磨損指示器，如果制動(dòng)片磨損到一定程度，控制器將顯示故障信號(hào)，這時(shí)只有更換制動(dòng)片后才能起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。在連續(xù)兩次制動(dòng)動(dòng)作之間，有一個(gè)預(yù)置的時(shí)間間隔，使制動(dòng)裝置有足夠的冷卻時(shí)間，以免重復(fù)使用使制動(dòng)盤過熱。也有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用溫度傳感器來取代延時(shí)程序，這時(shí)制動(dòng)盤的溫度必須低于預(yù)置的溫度才能起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。6.油脂機(jī)組用的油料包括潤(rùn)滑油和液壓油，潤(rùn)滑油脂如缺失則會(huì)導(dǎo)致機(jī)械損傷，液壓油位如偏

13、低則說明存在泄漏的可能，并有執(zhí)行失效的風(fēng)險(xiǎn)。潤(rùn)滑對(duì)象主要有主軸承、齒輪箱及其軸承、發(fā)電機(jī)軸承、變槳齒輪及其軸承、偏航齒輪及其軸承。在潤(rùn)滑油脂缺乏或潤(rùn)滑油路堵塞時(shí)，自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)向主控系統(tǒng)報(bào)警。(四)各種反饋信號(hào)的檢測(cè)(1)葉尖擾流器控制或變槳控制。(2)機(jī)械制動(dòng)控制。(3)偏航控制。(4)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)及脫網(wǎng)后的轉(zhuǎn)速降落信號(hào)。(5)齒輪箱潤(rùn)滑油泵控制。(五)齒輪箱油溫的控制齒輪箱箱體內(nèi)安裝有PT100溫度傳感器。運(yùn)行前，應(yīng)保證齒輪油溫高于10(根據(jù)潤(rùn)滑油的要求設(shè)定)，否則加熱至10再運(yùn)行。正常運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油泵始終工作，對(duì)齒輪和軸承進(jìn)行強(qiáng)制噴射潤(rùn)滑油。當(dāng)油溫高于60時(shí)，油冷卻系統(tǒng)起動(dòng)，油被送入齒輪箱

14、外的熱交換器進(jìn)行自然風(fēng)冷或強(qiáng)制風(fēng)冷。當(dāng)油溫低于45時(shí)，冷卻油回路切斷，停止冷卻。目前，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱都帶有強(qiáng)制潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)和油溫加熱器，但油溫加熱器與箱外冷卻系統(tǒng)并非缺一不可。例如，對(duì)于我國(guó)南方，如廣東省的沿海地區(qū)，氣溫很少低于0，可不用考慮油溫加熱器；對(duì)于一些氣溫不高的地區(qū)，也可不用設(shè)置箱外冷卻系統(tǒng)。(六)發(fā)電機(jī)溫升控制圖2-8發(fā)電機(jī)齒輪箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)(七)功率過高或過低的處理1.功率過低2.功率過高1.功率過低如果發(fā)電機(jī)功率持續(xù)(一般設(shè)置3060s)出現(xiàn)逆功率，其值小于設(shè)置值Ps，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將退出電網(wǎng)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。脫網(wǎng)動(dòng)作過程如下：氣動(dòng)制動(dòng)(甩出葉尖擾流器或槳距角向90方向調(diào)整

15、)，在功率下降到一定程度后停止變流器工作(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)，分?jǐn)嘟佑|器或斷路器。2.功率過高一般說來，功率過高現(xiàn)象由兩種情況引起：一是由于電網(wǎng)頻率波動(dòng)引起的，電網(wǎng)頻率降低時(shí)，同步轉(zhuǎn)速下降，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速短時(shí)間不會(huì)降低，轉(zhuǎn)差較大，各項(xiàng)損耗及葉輪動(dòng)能瞬時(shí)不會(huì)發(fā)生突變，因而電功率瞬時(shí)會(huì)變得很大；二是由于氣候變化，空氣密度的增加引起的。功率過高如持續(xù)一定時(shí)間，控制系統(tǒng)應(yīng)做出反應(yīng)。對(duì)于定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可設(shè)置為當(dāng)機(jī)組輸出功率持續(xù)10min大于額定功率的15時(shí)，正常停機(jī)；當(dāng)功率持續(xù)2s大于額定功率的50時(shí)，安全停機(jī)。對(duì)于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，因機(jī)組對(duì)有功功率優(yōu)良的控制能力，上述情況不會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)間過

16、功率可降低短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)過功率的超限值。(八)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)(1)風(fēng)速高于25m/s，持續(xù)10min。(2)風(fēng)速高于33m/s，持續(xù)2s，正常停機(jī)。(3)風(fēng)速高于50m/s，持續(xù)1s，安全停機(jī)。三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)控制(一) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)(二)工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換(三)故障處理(一) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總是工作在以下狀態(tài)之一：(1)運(yùn)行狀態(tài)。(2)暫停狀態(tài)。(3)停機(jī)狀態(tài)。(4)緊急停機(jī)狀態(tài)。1.運(yùn)行狀態(tài)2.暫停狀態(tài)3.停機(jī)狀態(tài)4.緊急停機(jī)狀態(tài)(一) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作狀態(tài)1.運(yùn)行狀態(tài)(1)制動(dòng)裝置松開。(2)允許機(jī)組運(yùn)行和發(fā)電。(3)允許機(jī)組發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。(4)

17、葉尖擾流器收回(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)選擇最佳運(yùn)行模式(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。(5)機(jī)組自動(dòng)偏航。(6)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)工作。(7)操作面板顯示“Run”。對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，變槳系統(tǒng)選擇最佳工作狀態(tài)是指控制器根據(jù)發(fā)電機(jī)是否并入電網(wǎng)，機(jī)組處于何種運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行速度控制和功率控制的轉(zhuǎn)換，并選擇最佳槳葉節(jié)距角。2.暫停狀態(tài)(1)制動(dòng)裝置松開。(2)液壓泵保持工作壓力。(3)自動(dòng)偏航處于激活狀態(tài)。(4)葉尖擾流器釋放(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片至順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。(5)葉輪已經(jīng)停止或空轉(zhuǎn)。(6)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)冷卻。(7)操作面板顯示“Pause”。這個(gè)工作

18、狀態(tài)在調(diào)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時(shí)非常有用，因?yàn)檎{(diào)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的目的是要求機(jī)組的各種功能正常，而不是能發(fā)電運(yùn)行。3.停機(jī)狀態(tài)(1)制動(dòng)裝置松開。(2)葉尖擾流器釋放(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片至順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。(3)液壓泵保持工作壓力。(4)自動(dòng)偏航系統(tǒng)不工作。(5)自動(dòng)冷卻系統(tǒng)不工作。(6)操作面板顯示“Stop”。4.緊急停機(jī)狀態(tài)(1)對(duì)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)葉輪低于一定轉(zhuǎn)速后，施加制動(dòng)。(2)對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，制動(dòng)裝置松開。只有當(dāng)急停按鈕被按下時(shí)，才施加制動(dòng)。(3)安全鏈斷開。(4)所有的主控制器輸出量被禁止。(5)計(jì)算機(jī)依然運(yùn)行，并測(cè)量所有輸入量。(6)

19、操作面板顯示“Emergency Stop”。當(dāng)緊急停機(jī)動(dòng)作執(zhí)行時(shí)，所有接觸器斷開，主控制器輸出信號(hào)被旁路，使主控制器沒有可能去激活任何機(jī)構(gòu)。(二)工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換1. 工作狀態(tài)層次上升2.工作狀態(tài)層次下降(二)工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換圖2-9工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換1. 工作狀態(tài)層次上升(1)緊停停機(jī)。如果停機(jī)狀態(tài)的條件滿足，則： 1)安全鏈閉合。2)建立液壓工作壓力。3)松開機(jī)械制動(dòng)。(2)停機(jī)暫停。如果暫停狀態(tài)的條件滿足，則：1)開始自動(dòng)偏航。2)起動(dòng)冷卻系統(tǒng)。(3)暫停運(yùn)行如果運(yùn)行狀態(tài)的條件滿足，則：1)核對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是否處于上風(fēng)向。2)葉尖擾流器收回(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或變距系統(tǒng)投入工作

20、(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。3)當(dāng)風(fēng)速足夠大并驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速時(shí)，則發(fā)電機(jī)切入電網(wǎng)。2.工作狀態(tài)層次下降工作狀態(tài)層次下降包括三種情況：(1)緊急停機(jī)。緊急停機(jī)包含了三種情況，即停機(jī)緊停，暫停緊停，運(yùn)行緊停。其主要控制指令為：1)斷開安全鏈。2)置所有輸出信號(hào)于無效。3)確保葉尖擾流器釋放(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或葉片順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。4)機(jī)械制動(dòng)作用。(2)停機(jī)。停機(jī)操作包含了兩種情況，即暫停停機(jī)，運(yùn)行停機(jī)。2.工作狀態(tài)層次下降暫停停機(jī)：1)停止自動(dòng)偏航。2)確保葉尖擾流器釋放(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或葉片順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。3)冷卻系統(tǒng)停止運(yùn)行。運(yùn)行停機(jī)：1)停止自

21、動(dòng)偏航。2)確保葉尖擾流器釋放(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或葉片順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)。3)如發(fā)電機(jī)處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)則立即脫網(wǎng)。2.工作狀態(tài)層次下降4)冷卻系統(tǒng)停止運(yùn)行。(3)暫停1)如果發(fā)電機(jī)沒有并入電網(wǎng)，則釋放葉尖擾流器(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或葉片順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)使葉輪速度減低。2)如果發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，則釋放葉尖擾流器(定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)或葉片順槳(變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)使功率降低后切出發(fā)電機(jī)。(三)故障處理當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將自動(dòng)地從較高的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到較低的工作狀態(tài)。故障處理實(shí)際上是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從某一工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到較低的狀態(tài)層次可能產(chǎn)生的問題，因此檢測(cè)的范圍

22、是限定的。(1)故障名稱。(2)故障檢測(cè)的描述。(3)當(dāng)故障存在或沒有恢復(fù)時(shí)的工作狀態(tài)層次。(4)故障復(fù)位情況(能自動(dòng)或手動(dòng)復(fù)位，在機(jī)上或遠(yuǎn)程控制復(fù)位)。1.故障檢測(cè)2.故障記錄3.對(duì)故障的反應(yīng)4.故障處理后的重新起動(dòng)(三)故障處理1.故障檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)在機(jī)艙和塔基的故障處理器都能夠掃描傳感器信號(hào)以檢測(cè)故障，故障由故障處理器分類，每次只能有一個(gè)故障通過，即只有能夠引起機(jī)組從較高工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入較低工作狀態(tài)的故障才能通過。2.故障記錄故障處理器將故障存儲(chǔ)在運(yùn)行記錄表和報(bào)警表中。3.對(duì)故障的反應(yīng)對(duì)故障的反應(yīng)應(yīng)是以下三種情況之一：(1)降為暫停狀態(tài)。(2)降為停機(jī)狀態(tài)。(3)降為緊急停機(jī)狀態(tài)。4.故障處

23、理后的重新起動(dòng)在故障已被接受之前，工作狀態(tài)層次不可能任意上升。故障被接受的方式如下：如果外部條件良好，此外部原因(如溫度、電壓波動(dòng))引起的故障狀態(tài)可能自動(dòng)復(fù)位。一般故障可以通過遠(yuǎn)程控制復(fù)位，如果操作者發(fā)現(xiàn)該故障可被接受并允許起動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，則可以復(fù)位故障。有些故障是致命的，不允許自動(dòng)復(fù)位或遠(yuǎn)程控制復(fù)位，必須有工作人員到機(jī)組工作現(xiàn)場(chǎng)檢查，這些故障必須在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)的控制面板上得到復(fù)位。故障狀態(tài)被自動(dòng)復(fù)位一段時(shí)間(通常為10min)后將自動(dòng)重新起動(dòng)，但一天內(nèi)發(fā)生的次數(shù)應(yīng)有限定，并記錄顯示在控制面板上。如果控制器出錯(cuò)可通過看門狗(Watch Dog)來觸發(fā)停機(jī)。第三節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電過

24、程控制一、待機(jī)狀態(tài)二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)三、自起動(dòng)的條件四、葉輪對(duì)風(fēng)五、制動(dòng)解除六、定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與切換一、待機(jī)狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速v3m/s，機(jī)械制動(dòng)已松開，葉尖擾流器已收回或槳距角處于最佳位置，轉(zhuǎn)速低于切入轉(zhuǎn)速，或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從小功率(逆功率)狀態(tài)切出，沒有重新并入電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，稱為游離狀態(tài)。游離狀態(tài)除了發(fā)電機(jī)沒有并入電網(wǎng)以外，機(jī)組實(shí)際上已處于工作狀態(tài)。這時(shí)控制系統(tǒng)已作好切入電網(wǎng)的一切準(zhǔn)備：葉輪處于迎風(fēng)狀態(tài)，液壓系統(tǒng)的壓力保持在設(shè)定值上，風(fēng)況、電網(wǎng)和機(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)均在控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)之中。一旦風(fēng)速增大，葉輪轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機(jī)即可并入電網(wǎng)。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)

25、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)是指葉輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其他外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。早期的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不具有自起動(dòng)能力，葉輪的起動(dòng)是在發(fā)電機(jī)的協(xié)助下完成的，這時(shí)發(fā)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，通常稱為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)(Motor-start)。直到現(xiàn)在，絕大多數(shù)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍具備Motor-start功能。由于槳葉氣動(dòng)性能的不斷改進(jìn)，目前絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉輪具有良好的自起動(dòng)性能。一般在風(fēng)速v3m/s的條件下，即可自起動(dòng)。三、自起動(dòng)的條件1.電網(wǎng)2.風(fēng)況3.機(jī)組1.電網(wǎng)(1)連續(xù)10min內(nèi)電網(wǎng)沒有出現(xiàn)過電壓、欠電壓。(2)電網(wǎng)電壓0.1s內(nèi)的波動(dòng)小于設(shè)定限值。(3)電網(wǎng)頻率在允許范圍

26、之內(nèi)。(4)沒有出現(xiàn)電壓三相不平衡等現(xiàn)象。2.風(fēng)況連續(xù)10min風(fēng)速在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行風(fēng)速的范圍(3.0m/sv25m/s)內(nèi)。3.機(jī)組(1)發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱油溫應(yīng)在設(shè)定值范圍以內(nèi)。(2)液壓系統(tǒng)所有部位的壓力都在設(shè)定值。(3)液壓油位和齒輪潤(rùn)滑油位正常。(4)制動(dòng)器摩擦片損耗正常。(5)扭纜開關(guān)未觸發(fā)。(6)系統(tǒng)的控制電源正常。(7)非正常停機(jī)后顯示的所有故障均已排除。(8)維護(hù)/運(yùn)行開關(guān)在“運(yùn)行”位置。四、葉輪對(duì)風(fēng)當(dāng)風(fēng)速傳感器測(cè)得10min平均風(fēng)速v3m/s時(shí)，控制器允許葉輪對(duì)風(fēng)。偏航角度通過風(fēng)向儀測(cè)定。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組向左或向右偏離風(fēng)向確定時(shí)，需延遲10s后才能執(zhí)行向左或向右偏航，以避免

27、在風(fēng)向擾動(dòng)情況下的頻繁起動(dòng)。釋放偏航制動(dòng)1s后，偏航電動(dòng)機(jī)根據(jù)指令執(zhí)行左右偏航；偏航停止時(shí)，偏航制動(dòng)投入。五、制動(dòng)解除當(dāng)自起動(dòng)的條件滿足時(shí)，對(duì)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，控制葉尖擾流器的電磁閥打開，液壓油進(jìn)入槳葉液壓缸，葉尖擾流器被收回與槳葉主體合為一體。控制器收到葉尖擾流器已收回的反饋信號(hào)后，液壓油的另一路進(jìn)入機(jī)械盤式制動(dòng)器液壓缸，松開盤式制動(dòng)器。對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，變槳控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)葉片從順槳位置運(yùn)行到最佳槳距角位置。六、定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與切換(一)大小發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序(二)從小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換(三)大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換(四)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)(一)大小發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序(1)發(fā)

28、電機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到預(yù)置的切入點(diǎn)，該點(diǎn)的設(shè)定應(yīng)低于發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速。(2)連接在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的雙向晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通(這時(shí)旁路接觸器處于斷開狀態(tài))，導(dǎo)通角隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，隨著導(dǎo)通角的增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度減小。(3)當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角完全打開，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。(4)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)后，晶閘管導(dǎo)通角繼續(xù)保持完全導(dǎo)通，旁路接觸器閉合，這時(shí)絕大部分的電流是通過旁路接觸器輸送給電網(wǎng)的，因?yàn)樗染чl管電路的電阻小得多。(二)從小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換一般小發(fā)電機(jī)為6極繞組，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min；大發(fā)電機(jī)為4極繞組，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。小發(fā)電機(jī)

29、向大發(fā)電機(jī)切換的控制，以平均功率或瞬時(shí)功率參數(shù)為預(yù)置切換點(diǎn)。例如，NEG Micon 750kW機(jī)組以10min平均功率達(dá)到某一預(yù)置值P1或以4min平均功率達(dá)到預(yù)置值P2作為切換依據(jù)。采用瞬時(shí)功率參數(shù)時(shí)，一般以5min內(nèi)測(cè)量的功率值全部大于某一預(yù)置值P1，或1min內(nèi)的功率全部大于預(yù)置值P2作為切換的依據(jù)。執(zhí)行小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換時(shí)，首先斷開小發(fā)電機(jī)的主接觸器，再斷開旁路接觸器。此時(shí)，小發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，風(fēng)力將帶動(dòng)大發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，在到達(dá)同步轉(zhuǎn)速1500r/min附近時(shí)，再次執(zhí)行大發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序。(三)大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換當(dāng)發(fā)電機(jī)功率持續(xù)10min內(nèi)低于預(yù)置值P3時(shí)，或10min內(nèi)

30、平均功率低于預(yù)置值P4時(shí)，將執(zhí)行大發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換。首先斷開大發(fā)電機(jī)的主接觸器，再斷開旁路接觸器。由于大發(fā)電機(jī)在此之前仍處于出力狀態(tài)，轉(zhuǎn)速在1500r/min以上，脫網(wǎng)后轉(zhuǎn)速將進(jìn)一步上升。由于存在過速保護(hù)和計(jì)算機(jī)超速檢測(cè)，因此，應(yīng)迅速投入小發(fā)電機(jī)接觸器，執(zhí)行軟并網(wǎng)，由電網(wǎng)負(fù)荷將小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速拖到小發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近。只要轉(zhuǎn)速不超過超速保護(hù)的設(shè)定值，就允許執(zhí)行小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)。(四)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，把發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)將機(jī)組起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速并切入電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)目前在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中不再進(jìn)入自動(dòng)控制程序，因?yàn)闅鈩?dòng)性能良好的槳葉在風(fēng)速v4m/s的條件下即可使

31、機(jī)組順利地自起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)分為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)直接起動(dòng)的瞬間，存在較大的沖擊電流(甚至超過額定電流的7倍)，將持續(xù)一段時(shí)間(由靜止至同步轉(zhuǎn)速之前)，因而電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需采用軟起動(dòng)技術(shù)，根據(jù)電流反饋值，控制起動(dòng)電流，以減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊和機(jī)組的機(jī)械振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超出60s，起動(dòng)電流應(yīng)小于小電機(jī)額定電流的3倍。第四節(jié)定槳恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)與保護(hù)系統(tǒng)一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)二、超速保護(hù)三、電網(wǎng)失電保護(hù)四、電氣保護(hù)五、緊急安全鏈一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)1.正常停機(jī)2.安全停機(jī)3.緊急停機(jī)1.正常停機(jī)(1)如果發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)，制動(dòng)程序是：(2)如果發(fā)電機(jī)已經(jīng)并網(wǎng)，制動(dòng)程序是：(1)如果發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)，制動(dòng)程序是：1)電磁閥失電，釋放葉尖擾流器。2)葉輪轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí)，第一部機(jī)械制動(dòng)器投入。3)如果葉尖擾流器釋放后轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，則第二部機(jī)械制動(dòng)器立即投入。4)下一次制動(dòng)時(shí)，先投入第二部制動(dòng)器，再投入第一部制動(dòng)器。5)停機(jī)后葉尖擾流器收回