風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)

3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的控制策略和功能3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成3.4變槳距系統(tǒng)3.5偏航系統(tǒng)3.6液壓系統(tǒng)3.7安全保護(hù)系統(tǒng)3.8控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第3章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)

2021/5/91控制目標(biāo)：保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行能量利用率最大電能質(zhì)量高機(jī)組壽命長常規(guī)控制策略：在運(yùn)行的風(fēng)速范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行低風(fēng)速時，跟蹤最佳葉尖速比，獲取最大能量高風(fēng)速時，限制風(fēng)能的捕獲，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的功率為額定值減小陣風(fēng)引起的轉(zhuǎn)矩波動峰值，減小風(fēng)輪的機(jī)械應(yīng)力和輸出的功率波動，避免共振減小功率傳動鏈的暫態(tài)響應(yīng)控制器簡單，控制代價小調(diào)節(jié)機(jī)組功率，確保機(jī)組輸出的電壓和頻率穩(wěn)定3.1控制系統(tǒng)的控制策略和功能2021/5/92控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的基本功能：根據(jù)風(fēng)速信號自動加入起動狀態(tài)、并網(wǎng)或從電網(wǎng)切除；根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制；根據(jù)風(fēng)向信號自動對風(fēng)；迎風(fēng)裝置根據(jù)風(fēng)向傳感器測得的風(fēng)向信號，由控制器控制偏航電機(jī)，驅(qū)動與塔架上大齒輪相嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動，使機(jī)艙始終對準(zhǔn)風(fēng)向方向根據(jù)功率因數(shù)自動投入（或切出）相應(yīng)的補(bǔ)償電容。3.1控制系統(tǒng)的控制策略和功能2021/5/93控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的基本功能：當(dāng)發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)時，能確保機(jī)組安全關(guān)機(jī)；在機(jī)組運(yùn)行過程中，能對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)；能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。3.1控制系統(tǒng)的控制策略和功能2021/5/94獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

水平軸獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、尾舵、發(fā)電機(jī)、支架、電纜、充電器、逆變器、蓄電池組成

3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成2021/5/95并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪（包括葉片和輪轂）、增速箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成

248135116971012葉片輪轂主軸承主軸偏航電機(jī)塔筒齒輪箱機(jī)艙底盤聯(lián)軸器發(fā)電機(jī)主控柜機(jī)艙罩3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成2021/5/961.輪轂

輪轂是風(fēng)輪的樞紐，也是葉片根部與主軸的連接件。所有從葉片傳來的力，都通過輪轂傳遞到傳動系統(tǒng)，再傳到風(fēng)力機(jī)驅(qū)動的對象。3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成2021/5/971.輪轂

同時輪轂也是控制葉片槳距（使葉片作俯仰轉(zhuǎn)動）的所在。在設(shè)計(jì)中應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度。2021/5/982.葉片：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。3.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成2021/5/99定槳距葉片的葉根與輪轂直接相連，連接結(jié)構(gòu)主要有法蘭式，螺紋件預(yù)埋式，鉆孔組裝式三種。葉片和輪轂的鏈接變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片通過變距軸承與輪轂連接。2021/5/910風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)短片2021/5/9112021/5/9123.調(diào)速或限速裝置從原理上看，有三類：第一類使風(fēng)輪偏離主風(fēng)向；第二類是利用氣動阻力；第三類改變?nèi)~片的槳距角。4.塔架風(fēng)力機(jī)塔架載有機(jī)艙及轉(zhuǎn)子?？梢允枪軤畹乃埽ò踩部墒鞘歉褡訝畹乃埽ū阋耍?。按結(jié)構(gòu)不同，塔架可分為：拉索式塔架桁架式塔架錐筒式塔架2021/5/9135.機(jī)艙包容著風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱，發(fā)電機(jī)。維護(hù)人員可通過風(fēng)力機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。雙饋式機(jī)組機(jī)艙底盤多用鑄件多用焊接件2021/5/914

機(jī)艙殼體機(jī)艙殼體由機(jī)艙底盤、機(jī)艙罩和整流罩組成。塔架葉片輪轂主軸齒輪箱發(fā)電機(jī)機(jī)艙電氣控制柜風(fēng)向標(biāo)風(fēng)速儀偏航電機(jī)整流罩機(jī)艙底盤機(jī)艙罩2021/5/9156主傳動功能：是將風(fēng)力機(jī)的動力傳遞給發(fā)電機(jī)組成：主軸、主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器等。2021/5/9167.風(fēng)力發(fā)電機(jī)種類有很多：異步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)，開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，軸向磁場發(fā)電機(jī)等。6主傳動2021/5/9178.偏航裝置借助電動機(jī)轉(zhuǎn)動機(jī)艙，以使風(fēng)輪轉(zhuǎn)子葉片正對著風(fēng)。偏航裝置由電子控制器根據(jù)風(fēng)向標(biāo)感覺的風(fēng)向來操作。2021/5/918風(fēng)力發(fā)電機(jī)的液壓系統(tǒng)屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一種動力系統(tǒng)，主要功能是為變槳控制裝置、安全槳距控制裝置、偏航驅(qū)動和控制裝置、停機(jī)制動裝置提供液壓驅(qū)動力。它是為風(fēng)力發(fā)電機(jī)上一切使用液壓作為驅(qū)動力裝置提供動力。在定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機(jī)的氣動剎車和機(jī)械剎車；在變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，主要控制變距機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制、功率控制，同時也控制機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)。9.液壓系統(tǒng)2021/5/9193.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本組成10.電子控制系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟/硬件處理器系統(tǒng)組成。不斷監(jiān)控風(fēng)力機(jī)狀態(tài)……11.風(fēng)速計(jì)及風(fēng)向標(biāo)：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向。12.冷卻系統(tǒng)：有風(fēng)冷和水冷。2021/5/920一、控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。并網(wǎng)、脫網(wǎng)控制。機(jī)組優(yōu)化控制。一般采用微機(jī)控制。3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的構(gòu)成2021/5/921

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)：由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟/硬件處理器系統(tǒng)組成。傳感器一般包括：風(fēng)速儀，風(fēng)向標(biāo)，轉(zhuǎn)速傳感器，電量采集傳感器，槳距角位置傳感器，各種限位開關(guān)，振動傳感器，溫度和油位指示器，液壓系統(tǒng)壓力傳感器，操作開關(guān)和按紐等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般包括：液壓驅(qū)動裝置或電動變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器，發(fā)電機(jī)接觸器，剎車裝置和偏航電機(jī)等。處理系統(tǒng)：通常由計(jì)算機(jī)或微型控制器和可靠性高的硬件安全鏈組成，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的各種控制功能，同時必須滿足當(dāng)嚴(yán)重故障發(fā)生時，能夠保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于安全狀態(tài)。3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的構(gòu)成2021/5/922

整個系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)、機(jī)艙偏航控制系統(tǒng)、葉輪變槳控制系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)通過通訊母線系統(tǒng)互聯(lián)在一起。

采用分布式I/O方式：主控+遠(yuǎn)程I/O站PLC控制器組成實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)。所有控制邏輯、控制策略、控制算法全部由PLC完成，執(zhí)行單元按照PLC輸出的控制量進(jìn)行動作。3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成2021/5/923

具體的控制內(nèi)容包括：信號的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤控制，功率因數(shù)控制，偏航控制，自動解纜，并網(wǎng)和解列控制，停機(jī)制動控制，安全保護(hù)系統(tǒng)，就地監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成2021/5/924信號采集

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，必須對相關(guān)物理量進(jìn)行測量，并根據(jù)測量結(jié)果發(fā)出相應(yīng)信號，將信號傳遞到主控系統(tǒng)，作為主控系統(tǒng)發(fā)出控制指令的依據(jù)。需要檢測的信號

速度信號；

溫度信號；位置信號電氣特性；液流特性；

運(yùn)動和力特性；環(huán)境條件

2021/5/9253.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

主控系統(tǒng)及控制策略實(shí)現(xiàn)機(jī)組的發(fā)電控制，是風(fēng)機(jī)控制的核心。負(fù)責(zé)所有任務(wù)的處理：

主控電源分配/轉(zhuǎn)換、風(fēng)機(jī)的起/停；協(xié)調(diào)偏航控制、變槳控制、變流器控制；所有的輔助功能控制、保護(hù)、監(jiān)視等。

主控制系統(tǒng)2021/5/926主控系統(tǒng)硬件大型風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)硬件由塔基控制器模塊組和機(jī)艙控制器模塊組組成。主控系統(tǒng)安裝在塔基的主控制柜中。2021/5/927偏航控制系統(tǒng)（機(jī)艙控制柜）

偏航控制系統(tǒng)控制策略主要完成機(jī)艙/輪轂電源分配/轉(zhuǎn)換，機(jī)艙偏航遠(yuǎn)程I/O，機(jī)艙輔助功能控制，塔基加速度監(jiān)控（振動）及發(fā)電機(jī)的溫度保護(hù)等。

偏航控制器由機(jī)艙頂部的風(fēng)向標(biāo)激活，風(fēng)向標(biāo)測量風(fēng)向給偏航控制系統(tǒng)提供輸入信號。通過控制器參數(shù)的設(shè)定，使偏航載荷最小化。偏航速度設(shè)定為0.5°/s。

風(fēng)向標(biāo)的測量信號濾波后如果超過15°，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組即開始偏航對風(fēng)。風(fēng)向標(biāo)輸出信號為0，風(fēng)向即為0°。2021/5/928人機(jī)界面人機(jī)界面是計(jì)算機(jī)與操作人員的交互窗口。其主要功能是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行操作、狀態(tài)顯示、故障監(jiān)測和數(shù)據(jù)記錄。一、運(yùn)行操作1.機(jī)組起停及復(fù)位2.手動操作3.控制參數(shù)修改二、狀態(tài)顯示三、故障監(jiān)測2021/5/929

變槳系統(tǒng)的主要功能是通過調(diào)節(jié)槳葉對氣流的攻角，改變風(fēng)力機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出，變槳系統(tǒng)還在機(jī)組需要停機(jī)時提供空氣動力制動。變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，通常采用液壓驅(qū)動或電驅(qū)動，在設(shè)計(jì)階段需要考慮兩種方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。主要有三種組合形式：1、液壓變槳距系統(tǒng)；2、電動變槳距系統(tǒng)；3、電-液結(jié)合的變槳距系統(tǒng)。3.4變槳距系統(tǒng)2021/5/9303.4變槳距系統(tǒng)一、液壓變槳距系統(tǒng)液壓變槳距系統(tǒng)以液壓伺服閥作為功率放大環(huán)節(jié)，以液體壓力驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。組成如下：

液壓變槳距系統(tǒng)的組成控制策略核心--變槳角度反饋閉環(huán)控制，角度設(shè)定依賴于葉輪轉(zhuǎn)速。角度設(shè)定與反饋的偏差信號送入變槳角度伺服控制器，從而控制槳葉角度及葉輪轉(zhuǎn)速亦即發(fā)電機(jī)輸出的電氣功率。2021/5/9313.4變槳距系統(tǒng)變槳距控制執(zhí)行系統(tǒng)原理二、電動變槳距系統(tǒng)1、總體結(jié)構(gòu)

電動變槳距系統(tǒng)以伺服電機(jī)驅(qū)動齒輪系實(shí)現(xiàn)變距調(diào)節(jié)功能，可以使3個葉片獨(dú)立實(shí)現(xiàn)變槳距。2021/5/9323.4變槳距系統(tǒng)2、單元組成單個葉片變槳距裝置一般包括控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電動機(jī)、減速機(jī)、變距軸承、傳感器、角度限位開關(guān)、蓄電池、變壓器等。伺服電動機(jī)：變槳距系統(tǒng)常用的伺服電動機(jī)有異步電動機(jī)、無刷直流電動機(jī)和三相永磁同步電動機(jī)。2021/5/933變距軸承：對于電動機(jī)驅(qū)動齒輪式變距的機(jī)組來說，一般選用有內(nèi)齒的4點(diǎn)接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承，變距軸承的內(nèi)外圈分別與風(fēng)輪的葉片和輪轂用螺栓連接。2021/5/934三、電-液變槳距系統(tǒng)特點(diǎn)是電液伺服系統(tǒng)中使用交流伺服電機(jī)而不是電液伺服閥。因此具有電動機(jī)控制靈活和液壓出力大的雙重優(yōu)點(diǎn)。四、變槳距系統(tǒng)的控制變槳距系統(tǒng)的控制是由控制器來實(shí)現(xiàn)的。控制器一方面控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成變槳距的動作，另一方面還要通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)與主控制器的通信?？刂破鞯暮诵牟考俏⑻幚砥骰騊LC。(1)開環(huán)控制即將槳距角由順槳狀態(tài)(一般90°)按照一定的順控程序置為最大風(fēng)能利用系數(shù)的角度(一般2°～3°)，以獲得最大起動力矩。

(2)閉環(huán)控制通過變槳距控制使轉(zhuǎn)速以一定升速率上升至同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)行升速閉環(huán)控制；為了對電網(wǎng)產(chǎn)生盡可能小的沖擊，控制器也同時用于并網(wǎng)前的同步轉(zhuǎn)速控制。2021/5/935變槳距系統(tǒng)2021/5/9363.5偏航系統(tǒng)水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)叫偏航。偏航系統(tǒng)可以分為被動偏航系統(tǒng)和主動偏航系統(tǒng)。一、偏航系統(tǒng)的功能由于風(fēng)向經(jīng)常改變，如果風(fēng)輪掃掠面和風(fēng)向不垂直，不但功率輸出減少，而且承受的載荷更加惡劣。偏航系統(tǒng)的功能就是跟蹤風(fēng)向的變化，驅(qū)動機(jī)艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直。2021/5/9373.5偏航系統(tǒng)二、偏航系統(tǒng)的組成和工作原理

偏航系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)，其組成和工作原理如下圖。2021/5/9383.5偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航液壓回路等部分組成。2021/5/939

1、偏航軸承

偏航軸承的內(nèi)外圈分別與機(jī)組的塔體和機(jī)艙用螺栓連接。2、偏航驅(qū)動偏航系統(tǒng)用在對風(fēng)、解纜時，驅(qū)動機(jī)艙相對于塔筒旋轉(zhuǎn)，一般為驅(qū)動電機(jī)或液壓驅(qū)動單元，安置在機(jī)艙中，通過減速機(jī)驅(qū)動輸出軸上的小齒輪，小齒輪與固定在塔筒上的大齒圈嚙合，驅(qū)動機(jī)艙偏航，嚙合齒輪可以在塔筒外，也可以在塔筒內(nèi)。3、偏航制動偏航制動的功能是使偏航停止，同時可以設(shè)置偏航運(yùn)動的阻尼力矩，以使機(jī)艙平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。2021/5/940第二節(jié)偏航系統(tǒng)

偏航系統(tǒng)2021/5/941偏航系統(tǒng)由控制器來實(shí)現(xiàn)偏航系統(tǒng)的控制。人工操作信號交換偏航控制器四、偏航系統(tǒng)的控制1.偏航控制的硬件2021/5/942偏航系統(tǒng)2.偏航控制的軟件偏航控制系統(tǒng)由于采用計(jì)算機(jī)控制，因此必須依賴控制軟件。偏航系統(tǒng)工作流程(1)自動偏航功能(2)手動偏航功能(3)自動解纜功能

(4)90°側(cè)風(fēng)功能

3、偏航傳感器（1）解繞傳感器（2）偏航方向傳感器2021/5/9432021/5/9442021/5/9452021/5/9462021/5/9472021/5/9482021/5/9492021/5/9503.6液壓系統(tǒng)功能：以有壓液體為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)動力傳輸和運(yùn)動控制的機(jī)械單元。優(yōu)點(diǎn)：傳動平穩(wěn)、功率密度大、易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、易更換元器件和過載保護(hù)可靠等。圖5-30風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓站主要用于：控制變距機(jī)構(gòu)，空氣動力制動；機(jī)械制動；偏航驅(qū)動與制動；齒輪箱潤滑油液的冷卻和過濾；發(fā)電機(jī)水冷；變流器的溫度控制；開關(guān)機(jī)艙和驅(qū)動起重機(jī)等。2021/5/9513.6液壓系統(tǒng)動力元件：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，如液壓泵。一、液壓元件控制元件：控制系統(tǒng)壓力、流量、方向以及進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換和放大，作為控制元件的主要是各類液壓閥。執(zhí)行元件：將流體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動各類機(jī)構(gòu)，如液壓缸。輔助元件：保證系統(tǒng)正常工作除上述3元件外的裝置。油箱、過濾器、蓄能器、熱交換器等。2021/5/9523.6液壓系統(tǒng)1.液壓泵液壓泵是能量轉(zhuǎn)換裝置，向液壓系統(tǒng)輸送壓力油，推動執(zhí)行元件。

齒輪泵

a)解剖圖b)原理圖液壓泵的圖形符號

a)定量泵b)變量泵一、液壓元件(1)液壓泵分類及工作原理：按結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等

2021/5/9533.6液壓系統(tǒng)(1)方向控制閥

控制液壓系統(tǒng)的油流方向，接通或斷開油路，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的起動、停止或改變運(yùn)動方向。1)單向閥普通單向閥(逆止閥):控制油液沿一個方向流動，不能反向流動。圖5-33單向閥

a)剖面圖b)圖形符號

1—閥體2—錐閥3—彈簧4、5—擋圈圖5-34液控單向閥

a)工作原理圖b)圖形符號2)液控單向閥(帶有控制口的單向閥):控制口通壓力油時，油液可反向流動。2.液壓閥按功能分為方向控制閥、壓力控制閥、流量控制閥、電液伺服閥、電液比例閥等。2021/5/9543.6液壓系統(tǒng)圖5-35電磁換向閥

a)、b)、c)工作原理圖d)圖形符號3）換向閥:利用閥心相對于閥體的運(yùn)動，控制液流方向、接通或斷開油路，改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向、起動或停止。換向閥穩(wěn)定工作位置：“位”；對外接口：“通”2021/5/9553.6液壓系統(tǒng)(2)壓力控制閥控制油液壓力，或利用壓力作為信號來控制執(zhí)行元件和電氣元件動作的閥。圖3-36直動型溢流閥

a)球閥b)錐閥c)圖形符號

1—閥心2—閥體3—調(diào)壓彈簧4—調(diào)壓手輪按功用分：溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等。圖3-37溢流閥的作用

a)定壓溢流b)限壓安全c)卸荷回路2021/5/9563.6液壓系統(tǒng)控制液體流量的閥類，簡稱流量閥。通過改變控制口大小調(diào)節(jié)通過閥的液體流量，改變執(zhí)行元件運(yùn)動速度。圖5-40節(jié)流閥

a)剖面圖b)圖形符號c)應(yīng)用節(jié)流閥的回路(3)流量控制閥

包括節(jié)流閥、調(diào)速閥和分流集流閥等。2021/5/9573.6液壓系統(tǒng)(5)電液比例閥

用比例電磁鐵代替普通電磁換向閥電磁鐵的液壓控制閥。也可根據(jù)輸入電信號連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力。(4)電液伺服閥

根據(jù)輸入電信號連續(xù)成比例地控制系統(tǒng)流量和壓力的液壓控制閥。將小功率的電信號轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能輸出，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的位移、速度、加速度及力的控制。電液伺服閥控制精度高，響應(yīng)速度快，應(yīng)用于控制精度要求較高的場合。動態(tài)特性上不如電液伺服閥，制造成本、抗污染能力等方面優(yōu)于電液伺服閥。2021/5/9583.6液壓系統(tǒng)液壓變距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組液壓系統(tǒng)中的液壓缸有時采用差動連接。圖5-46液壓缸的差動連接圖5-45液壓缸

a)解剖圖b)圖形符號液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，是將輸入的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置?？梢院芊奖愕孬@得直線往復(fù)運(yùn)動。3.液壓缸2021/5/9593.6液壓系統(tǒng)蓄能器：儲存和釋放液體的壓力能。圖5-47蓄能器

a)活塞式b)氣囊式c)隔膜式d)圖形符號4.輔助元件蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、密封件、油管、管接頭、壓力表和壓力表開關(guān)等。按結(jié)構(gòu)可分為彈簧式，重錘式和充氣式。2021/5/9603.6液壓系統(tǒng)過濾器：凈化油液雜質(zhì)，控制油液污染。

圖5-48過濾器

a)解剖圖b)圖形符號圖5-49油箱

a)解剖圖b)圖形符號油箱:液壓油的儲存器。2021/5/9613.6液壓系統(tǒng)油溫高：粘度下降，泄漏傾向增加；密封老化，油液氧化。冷卻器:風(fēng)冷式、水冷式和冷媒式圖5-50管式水冷卻器

a)解剖圖b)圖形符號圖5-51電加熱器

a)安裝位置b)圖形符號熱交換器油溫低：粘度大，設(shè)備起動困難，壓力損失大，振動。加熱器:熱水或蒸汽加熱、電加熱2021/5/9623.6液壓系統(tǒng)密封裝置防止系統(tǒng)油液的內(nèi)外泄漏，以及外界灰塵和異物的侵入，保證系統(tǒng)建立必要壓力。

密封要求：在一定壓力和溫度范圍內(nèi)良好密封性；與運(yùn)動件之間摩擦系數(shù)??；壽命長，不易老化，抗腐蝕能力強(qiáng)。2021/5/9633.7潤滑與溫控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自動潤滑系統(tǒng)可以分為

主齒輪箱自動潤滑系統(tǒng)

主軸和發(fā)電機(jī)軸承自動潤滑系統(tǒng)

變槳距和偏航系統(tǒng)自動潤滑系統(tǒng)一、潤滑手動潤滑:人工定時定量向被潤滑點(diǎn)加入潤滑劑。自動潤滑:由潤滑系統(tǒng)自動完成潤滑功能。潤滑劑:主齒輪箱采用液體潤滑油，軸承多采用半固體的潤滑脂。各個位置使用的自動潤滑系統(tǒng)的外形和結(jié)構(gòu)基本相同，差異的只是容量和供電等方面。2021/5/9643.7潤滑與溫控圖3-58主軸承潤滑系統(tǒng)主要由油箱、集成控制器和分配器組成。自動潤滑泵將油箱內(nèi)的油脂定期經(jīng)過高壓油管輸出，由分配器將油脂分配到各個潤滑點(diǎn)上，同時，在被潤滑設(shè)備上將安裝集油盒以收集多余的廢油。典型的自動潤滑系統(tǒng)自動潤滑系統(tǒng)在自動控制潤滑時也具備系統(tǒng)自檢的能力，能在故障時向風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)輸出報警信號2021/5/9653.7潤滑與溫控對變槳內(nèi)齒環(huán)的潤滑通常使用專用的潤滑小齒輪，通過帶潤滑孔的小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒環(huán)嚙合而進(jìn)行潤滑。2021/5/9663.7潤滑與溫控二、溫度控制溫控主要是溫度的采集、處理、維持系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。包括發(fā)電機(jī)冷卻，變流器溫控，變壓器冷卻，液壓系統(tǒng)溫控等。2021/5/9673.7潤滑與溫控1.發(fā)電機(jī)的溫控風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般為全封閉式的，其散熱條件比開啟式電機(jī)要差。圖3-62采用水冷的發(fā)電機(jī)2021/5/968二、溫度控制圖3-63變流器冷卻系統(tǒng)原理圖2.變流器的溫控：大功率變流器通常加設(shè)專門的溫度控制系統(tǒng)，變流器中的冷卻液可以借助于液壓泵進(jìn)行循環(huán)，同時根據(jù)環(huán)境溫度對潤滑液加熱或冷卻。圖5-64變流器溫度控制系統(tǒng)外形2021/5/9693.7潤滑與溫控3.變壓器的冷卻油浸式變壓器，干式變壓器圖3-66變壓器的冷卻系統(tǒng)4.液壓系統(tǒng)的溫控溫度傳感器、冷卻器、加熱器2021/5/970

保護(hù)環(huán)節(jié)以失效保護(hù)為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即當(dāng)控制失敗，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部或外部故障引起機(jī)組不能正常運(yùn)行時，系統(tǒng)安全保護(hù)裝置動作，保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于安全狀態(tài)。引起控制系統(tǒng)自動執(zhí)行保護(hù)功能的情況有：

1、大風(fēng)保護(hù)安全系統(tǒng)；2、電網(wǎng)失電保護(hù)；3、參數(shù)越限保護(hù)（超速、超電壓、超電流）；4、振動保護(hù)

；

5、開機(jī)保護(hù)；6、關(guān)機(jī)保護(hù)

風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)基本功能：運(yùn)行管理，安全保護(hù)。3.8安全保護(hù)2021/5/9713.8安全保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全保護(hù)系統(tǒng)包括：

1、運(yùn)行安全保護(hù)系統(tǒng)，

2、微控制器抗干擾系統(tǒng)，3、

微控制器的自動檢測功能，4、緊急故障安全鏈保護(hù)系統(tǒng)，

5、避雷系統(tǒng)，

6、接地保護(hù)系統(tǒng)

2021/5/972一、機(jī)組運(yùn)行安全保護(hù)系統(tǒng)

1.大風(fēng)保護(hù)安全系統(tǒng)風(fēng)速達(dá)到25m/s(10min)為切出風(fēng)速，關(guān)機(jī)前功率輸出；關(guān)機(jī)時機(jī)組按照程序安全停機(jī)；關(guān)機(jī)后偏航90°背風(fēng)。

2.電網(wǎng)失電保護(hù)電網(wǎng)失電，空氣動力制動和機(jī)械制動系統(tǒng)動作，相當(dāng)于執(zhí)行緊急關(guān)機(jī)程序。

3.參數(shù)越限保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)參數(shù)數(shù)據(jù)達(dá)到限定值時，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的程序自動處理。2021/5/973參數(shù)越限保護(hù)實(shí)例

1)超速保護(hù)：①當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器檢測到發(fā)電機(jī)或風(fēng)輪轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的110%時，控制器給出正常關(guān)機(jī)指令；②葉尖擾流器制動液壓系統(tǒng)設(shè)有獨(dú)立超速保護(hù)裝置——“突開閥”，控制系統(tǒng)失效時停機(jī)。

2)超電壓保護(hù)：電氣裝置元件瞬間高壓沖擊保護(hù)。對控制系統(tǒng)交流電源進(jìn)行隔離穩(wěn)壓，裝置高壓瞬態(tài)吸收元件。3)超電流保護(hù)：控制系統(tǒng)所有的電器電路(除安全鏈外)必須加過電流保護(hù)器，如熔絲、斷路器等。2021/5/9744.振動保護(hù)機(jī)組應(yīng)設(shè)有三級振動頻率保護(hù)。

5.開機(jī)保護(hù)定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組——軟切入控制限制并網(wǎng)對電網(wǎng)的電沖擊。同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)——同步、同相、同壓并網(wǎng)控制限制并網(wǎng)電流沖擊。

6.關(guān)機(jī)保護(hù)小風(fēng)、大風(fēng)及故障情況時，空氣動力制動后后軟切除脫網(wǎng)關(guān)機(jī)。2021/5/9753.8安全保護(hù)三、控制器的自動檢測功能

微控制器應(yīng)能夠?qū)ο到y(tǒng)的故障進(jìn)行自動檢測。利用自動檢測和修復(fù)方法可以使微控制器的故障自動消除，或者使系統(tǒng)操作者能更快地發(fā)現(xiàn)故障部件，迅速修復(fù)，已達(dá)到微控制器安全運(yùn)行的目的。二、微控制器抗干擾保護(hù)系統(tǒng)

使微機(jī)控制系統(tǒng)或控制裝置既不因外界電磁干擾的影響而誤動作或喪失功能，也不向外界發(fā)送過大的噪聲干擾，以免影響其他系統(tǒng)或裝置正常工作。2021/5/976四、安全鏈

獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最后一級保護(hù)措施：將可能對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組造成致命傷害的故障節(jié)點(diǎn)串聯(lián)成一個回路，一旦其中有一個動作，便會引起緊急關(guān)機(jī)反應(yīng)。串接傳感器的信號：緊急關(guān)機(jī)按鈕、控制器程序監(jiān)視器（看門狗）、液壓缸壓力繼電器、扭纜傳感器、振動傳感器、控制器DC24V電源失電等；控制計(jì)算機(jī)發(fā)生死機(jī)，風(fēng)輪過轉(zhuǎn)速或發(fā)電機(jī)過轉(zhuǎn)速；故障排除，手動復(fù)位。圖3-5安全鏈組成2021/5/977四防雷設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)防雷總體概述直擊雷防護(hù)機(jī)組等電位連接系統(tǒng)屏蔽機(jī)艙防雷電源防雷信號線防雷基礎(chǔ)防雷2021/5/978設(shè)計(jì)依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC62305-1-4-2006《雷電防護(hù)》IEC61400-24:2002《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第24部分雷電防護(hù)》GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)法規(guī)》GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》2021/5/979防雷總體設(shè)計(jì)

雷電對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害不可忽視。直擊雷和感應(yīng)雷及雷電電磁脈沖的侵入是主要造成電氣設(shè)備、控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)損壞的原因。根據(jù)《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷保護(hù)》規(guī)定，將防雷區(qū)分為LPZ0、LPZ1、LPZ2等：

LPZ0：區(qū)內(nèi)的物體可能遭到直擊雷擊，傳導(dǎo)全部雷電流或區(qū)內(nèi)的物體不會遭到直接雷擊，但該區(qū)的電磁場沒有衰減。（葉片）LPZ1：區(qū)內(nèi)的物體不會遭到直擊雷擊，該區(qū)內(nèi)所有導(dǎo)電體的電流比

LPZ0區(qū)進(jìn)一步減小，電磁場可能衰減（機(jī)艙、塔架、箱變內(nèi)LPZ2：包括的所有設(shè)備，為了進(jìn)一步減小干擾效應(yīng)，還必須采取附加屏蔽措施（齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制柜）。

2021/5/980直接雷防護(hù)葉尖接閃器、避雷針、機(jī)艙外殼引導(dǎo)體直擊雷地網(wǎng)直擊雷放電通道2021/5/981機(jī)組等電位連接等電位連接措施機(jī)艙內(nèi)可導(dǎo)電部分進(jìn)行等電位連接。葉片、主軸承、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、液壓系統(tǒng)等做等電位連接接地塔筒底部與接地網(wǎng)可靠連接（不少于4點(diǎn)連接），機(jī)艙等電位接地端子排與塔筒可靠連接。塔底配電、控制設(shè)備外殼做等電位連接2021/5/982機(jī)艙防雷機(jī)艙內(nèi)電氣感應(yīng)雷防護(hù)：對發(fā)電機(jī)、控制器、繼電保護(hù)和通訊系統(tǒng)安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)裝置。AC/DC電源線路、控制線路、傳感器線路等應(yīng)用屏蔽線，屏蔽線兩端做等電位連接。機(jī)艙內(nèi)電氣感應(yīng)雷產(chǎn)生：機(jī)組受雷擊，機(jī)艙內(nèi)部件易受到雷電感應(yīng)高電壓而損壞機(jī)艙－塔筒間電源線及信號線受雷電感應(yīng)高電壓損壞設(shè)備2021/5/983電源防雷第一級使用雷擊電涌保護(hù)器第二級使用電涌保護(hù)器第三級使用終端設(shè)備保護(hù)器三級防雷保護(hù)措施2021/5/984電源防雷發(fā)電機(jī)輸出端（690V）到塔底并網(wǎng)柜安裝電源浪涌保護(hù)器SPD塔底配電柜(690V)到變壓器電源線路安裝電源浪涌保護(hù)器機(jī)艙到輪轂（400V/230V)配電線路安裝電源浪涌保護(hù)器塔底控制柜（230V)到機(jī)艙柜配電線路安裝電源浪涌保護(hù)器塔底控制柜到機(jī)艙控制柜(24V),機(jī)艙控制柜到變槳柜（24V)安裝24V電源浪涌保護(hù)器2021/5/985信號線路防雷LPZ0～LPZ1區(qū)的測控信號線路：（如風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀的線路）在柜內(nèi)的變送器前端加裝模擬信號防雷器或開關(guān)信號防雷器進(jìn)行保護(hù)。機(jī)艙柜到變槳柜信號線安裝信號防雷器機(jī)艙到塔底信號線安裝信號防雷器機(jī)組光纖通訊安裝金屬部分在進(jìn)光端機(jī)前做等電位連接。

2021/5/986基礎(chǔ)防雷垂直接地體和環(huán)形接地體組成工頻接地電阻小于4歐環(huán)形接地體4點(diǎn)鋼條焊接2021/5/987一、需要檢測的信號

1)速度信號：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、偏航轉(zhuǎn)速和方向等。

2)溫度信號：主軸承溫度、齒輪箱油溫、液壓油油溫、齒輪箱軸承溫度、發(fā)電機(jī)軸承溫度、發(fā)電機(jī)繞組溫度、環(huán)境溫度、電器柜內(nèi)溫度、制動器摩擦片溫度等。

3)位置信號：槳距角、葉尖擾流器位置、風(fēng)輪偏角等。

4)電氣特性：電網(wǎng)電流、電壓、功率因數(shù)、電功率、電網(wǎng)頻率、接地故障、逆變器運(yùn)行信息等。

5)液流特性：液壓或氣壓、液壓油位等。

6)運(yùn)動和力特性：振動加速度、軸轉(zhuǎn)矩、齒輪箱振動、葉根彎矩等。

7)環(huán)境條件：風(fēng)速、風(fēng)向、濕度等。3.9信號測量2021/5/9883.9信號測量二、主要信號測量技術(shù)

1.測量儀表的分類及構(gòu)成模擬式：利用被測量驅(qū)動指針運(yùn)動，產(chǎn)生位移或偏角。

特點(diǎn)：簡潔反應(yīng)被測量，但易引起測量誤差。數(shù)字式：

特點(diǎn)：精確度教高。圖6-6數(shù)字式儀表的構(gòu)成2021/5/9892.基本電量測量

(1)互感器一種專供測量儀表、控制及保護(hù)設(shè)備用的特殊變壓器。分為電壓互感器（電磁式電壓互感器，電容式電壓互感器）和電流互感器。

1)電磁式電壓互感器：工作原理和結(jié)構(gòu)與電力變壓器相似，容量較小，通常只有幾十伏安或幾百伏安。2)電流互感器：將高壓電流和低壓大電流變換成電壓較低的小電流，提供給儀表使用。圖6-8電流互感器的接線圖6-7電壓互感器的接線2021/5/9903.9信號測量(2)電量變送器

功能：將被測電量變換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電信號(一般為4~20mA的電流信號或0~5V的電壓信號)。目的:對風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電量進(jìn)行自動檢測或?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行自動控制。

1)電流、電壓變送器：有平均值變送器和有效值變送器(交流電壓、電流測量)。2)功率變送器2021/5/991(3)電壓與電流的測量交流儀表多用有效值標(biāo)定，直流儀表多用平均值標(biāo)定。電壓和電流測量一般測取線電壓和線電流。

1)用指示式儀表測量：進(jìn)行電壓、電流測量時，常選用指示式電工儀表。2)用數(shù)字存儲示波器測量：變速恒頻控制接入變流器，對電壓電流測量要求提高。數(shù)字存儲示波器可顯示被測電壓或電流波形、信號、頻率、周期、幅值、有效值、平均值等；可對信息和波形進(jìn)行數(shù)字存儲。3)用電量變送器測量：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要對電壓和電流進(jìn)行自動監(jiān)測、檢測與控制，因此