風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)（風(fēng)電機(jī)組課件）

1機(jī)組控制系統(tǒng)的基本組成2控制系統(tǒng)的功能

3典型機(jī)組的控制系統(tǒng)4機(jī)組控制的運(yùn)行維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)

1控制系統(tǒng)的基本組成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制(DCS)系統(tǒng)組成主要包括各種傳感器、變距系統(tǒng)、運(yùn)行主控制器、功率輸出單元、無功補(bǔ)償單元、并網(wǎng)控制單元、安全保護(hù)單元、通訊接口電路、監(jiān)控單元。將微處理器作為核心的集中分散控制系統(tǒng)。利用控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的新型控制系統(tǒng)。DistributedControlSystem(DCS)又稱分布式控制系統(tǒng)。主要特點(diǎn)：集中管理、分散控制。用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及故障狀況主控制器運(yùn)行監(jiān)控，機(jī)組起/停電網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測無功補(bǔ)償根據(jù)無功功率信號分組切入或切出補(bǔ)償電容發(fā)電機(jī)控制軟并網(wǎng)變頻器勵磁調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)氣動剎車機(jī)構(gòu)變距系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功率控制調(diào)向系統(tǒng)偏航自動解除電纜纏繞液壓系統(tǒng)剎車機(jī)構(gòu)壓力保持變距機(jī)構(gòu)壓力保持1控制系統(tǒng)的基本組成

2控制系統(tǒng)的功能

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的作用是對整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)施正常操作、調(diào)節(jié)和保護(hù)。

啟動控制

并/脫網(wǎng)控制

偏航與解纜

限速及剎車

當(dāng)檢測系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)測得風(fēng)速平均值達(dá)到切入風(fēng)速，系統(tǒng)自檢無故障時(shí)，機(jī)組由待風(fēng)狀態(tài)進(jìn)入低風(fēng)速起動。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，執(zhí)行并網(wǎng)操作。當(dāng)風(fēng)速低于切入風(fēng)速時(shí)，脫離電網(wǎng)。根據(jù)風(fēng)向自動跟風(fēng)。并具有解纜功能控制系統(tǒng)還應(yīng)具有以下功能：轉(zhuǎn)速和功率控制；補(bǔ)償電容；對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測和記錄，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。3機(jī)組安全運(yùn)行的必備條件控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的必備條件機(jī)組的開關(guān)出線側(cè)相序必須與并網(wǎng)電網(wǎng)相序一致。機(jī)組安全鏈系統(tǒng)硬件運(yùn)行正常。調(diào)向系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。制動和控制系統(tǒng)液壓裝置的油壓、油溫和油位在規(guī)定范圍內(nèi)。齒輪箱油位和油溫在正常范圍內(nèi)。保護(hù)裝置均在正常位置，并且保護(hù)值均與批準(zhǔn)設(shè)定的值相符。各控制電源處于接通位置。監(jiān)控系統(tǒng)顯示正常運(yùn)行狀態(tài)。停止運(yùn)行一個(gè)月以上的機(jī)組投入運(yùn)行前應(yīng)檢查合格后起動。經(jīng)維修的機(jī)組控制系統(tǒng)在投入起動前，應(yīng)辦理手續(xù)。

2）轉(zhuǎn)速：風(fēng)輪轉(zhuǎn)速通常低于40r/min，發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速的30%。3）功率：通常運(yùn)行安全最大功率不允許超過設(shè)計(jì)值的20%。4）溫度：通?？刂破鳝h(huán)境溫度應(yīng)為0～30℃，齒輪箱油溫小于120℃，發(fā)電機(jī)溫度小于150℃，傳動等環(huán)節(jié)溫度小于70℃。1）風(fēng)速：風(fēng)速在3～25m/s為規(guī)定工作范圍。5）電壓：發(fā)電電壓允許的范圍在設(shè)計(jì)值的10%。6）頻率：發(fā)電頻率應(yīng)限制在50Hz±1Hz。7）壓力：通常低于100Mpa。機(jī)組工作參數(shù)的安全運(yùn)行范圍3機(jī)組安全運(yùn)行的參數(shù)范圍4自動運(yùn)行的控制要求

開機(jī)并網(wǎng)控制

小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng)

普通故障脫網(wǎng)停機(jī)緊急故障脫網(wǎng)停機(jī)當(dāng)風(fēng)速10min平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，機(jī)械閘松開，葉尖復(fù)位，風(fēng)力作用于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面上，機(jī)組慢慢起動，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于20%的額定轉(zhuǎn)速持續(xù)5%，轉(zhuǎn)速仍達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速60%，發(fā)電機(jī)進(jìn)入電網(wǎng)軟拖動狀態(tài)，軟拖方式視機(jī)組型號而定。小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng)是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停在待風(fēng)狀態(tài)。機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生參數(shù)越限、狀態(tài)異常等普通故障后，機(jī)組進(jìn)入普通停機(jī)程序。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生緊急故障，機(jī)組進(jìn)入緊急停機(jī)程序。4自動運(yùn)行的控制要求

安全鏈動作停機(jī)大風(fēng)脫網(wǎng)控制對風(fēng)控制偏轉(zhuǎn)90°對風(fēng)控制安全鏈動作停機(jī)指電控制系統(tǒng)軟保護(hù)控制失敗時(shí)，為安全起見所采取的硬性停機(jī)。當(dāng)風(fēng)速平均值大于25m/s達(dá)到10min時(shí)，機(jī)組可能出現(xiàn)超速和過載，為了機(jī)組的安全，必須進(jìn)行大風(fēng)脫網(wǎng)停機(jī)。機(jī)組在工作風(fēng)速區(qū)時(shí)，確定每次偏航的調(diào)整角度。在大風(fēng)期間實(shí)行90°跟風(fēng)控制，以保證機(jī)組大風(fēng)期間的安全。功率調(diào)節(jié)當(dāng)機(jī)組在額定風(fēng)速以上并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，對機(jī)組進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。軟切入控制利用軟并網(wǎng)裝置可完成軟切入/軟切出的控制。5控制保護(hù)要求主電路保護(hù)在變壓器低壓側(cè)三相四線進(jìn)線處設(shè)置低壓配電低壓斷路器，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組電氣元件的維護(hù)操作安全和短路過載保護(hù)。過電壓、過電流保護(hù)主電路計(jì)算機(jī)電源進(jìn)線端、控制變壓器進(jìn)線端和有關(guān)伺服電動機(jī)進(jìn)線端，均設(shè)置過電壓、過電流保護(hù)措施。防雷設(shè)施及熔絲控制系統(tǒng)有專門設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)裝置。

熱繼電保護(hù)所有輸出運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的過熱、過載保護(hù)控制裝置。接地保護(hù)1定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)2變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)3變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)1定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)一、風(fēng)輪結(jié)構(gòu)葉片與輪轂的連接是固定的，葉片的迎風(fēng)角度不隨風(fēng)速變化而變化。主要特點(diǎn)：需解決的問題高于額定風(fēng)速時(shí)葉片需自動將功率限制在額定功率附近（自動失速特性）。脫網(wǎng)（突甩負(fù)荷）時(shí)葉片自身具備制動能力。添加了葉尖擾流器，降低機(jī)械剎車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。風(fēng)向uw1定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)小發(fā)電機(jī)功率曲線大發(fā)電機(jī)功率曲線切換點(diǎn)P1P2二、雙速發(fā)電機(jī)風(fēng)速功率

在整個(gè)運(yùn)行風(fēng)速范圍內(nèi)(3m/s＜v＜25m/s)由于氣流的速度是在不斷變化的，如果風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不能隨風(fēng)速的變化而調(diào)整，這就必然要使風(fēng)輪在低風(fēng)速時(shí)的效率降低。

雙速發(fā)電機(jī)：分別設(shè)計(jì)成4極和6極。一般6極發(fā)電機(jī)的額定功率設(shè)計(jì)成4極發(fā)電機(jī)的1/4到1/5。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速段進(jìn)行時(shí)，不僅葉片具有較高的氣功效率，發(fā)電機(jī)的效率也能保持在較高水平。

1定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)三、功率輸出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)一般在額定功率時(shí)風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)在最佳區(qū)段。當(dāng)風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定，必須通過葉片失速效應(yīng)特性來降低值，以維持輸出功率的恒定。

定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的功率調(diào)節(jié)是完全依靠葉片的氣動特性，因此，風(fēng)輪吸收的功率隨風(fēng)速不停地變化，發(fā)電機(jī)工作于同步轉(zhuǎn)速附近。大功率高轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)工作于高風(fēng)速區(qū)，小功率低轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)則工作于低風(fēng)速區(qū)，由此來調(diào)整尖速比，實(shí)現(xiàn)追求最大下的整體運(yùn)行控制。功率的輸出主要決定于風(fēng)速，葉片的失速特性功率曲線是在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度ρ=1.225kg/m3測出的，一般溫度變化±10℃，空氣密度變化±4%。因此氣溫升高，密度下降，輸出功率減少。750kW機(jī)組可能會出現(xiàn)30~50kW的偏差。1定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)主動失速型定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

風(fēng)力機(jī)開機(jī)時(shí)，將葉片節(jié)距推進(jìn)到可獲得最大功率位置；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組超過額定功率后，葉片節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值上。

1定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)節(jié)距角的改變對功率的影響如下圖，它主要改變了葉片對氣流的失速點(diǎn)，這是隨空氣密度調(diào)整節(jié)距角的依據(jù)。在低風(fēng)速區(qū)，不同的節(jié)距角所對應(yīng)的功率曲線幾乎是重合的；在高風(fēng)速區(qū)，節(jié)距角的變化，對其最大輸出功率的影響是十分明顯的。由于機(jī)組的葉片節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，使機(jī)組功率曲線上只有一點(diǎn)有最大功率系數(shù)。02468101214161810008006004002000.10.20.30.40.5功率輸出/kW風(fēng)速/(m/s)功率/kW1定槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)四、節(jié)距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響設(shè)計(jì)的最大功率系數(shù)并不出現(xiàn)在額定功率上，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)并不經(jīng)常工作在額定風(fēng)速點(diǎn)。額定轉(zhuǎn)速低的機(jī)組，低風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)；額定轉(zhuǎn)速高的機(jī)組，高風(fēng)速下有較高的功率系數(shù)。即為雙速電機(jī)依據(jù)。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)盡量提高低風(fēng)速的功率系數(shù)和考慮高風(fēng)速的失速性能。2機(jī)組的基本運(yùn)行過程葉尖阻尼板已收回；一、待機(jī)狀態(tài)風(fēng)速v＞3m/s但沒達(dá)到切入轉(zhuǎn)速或機(jī)組從小功率切出，沒有并網(wǎng)的自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)做好切入電網(wǎng)的準(zhǔn)備；機(jī)械剎車已松開；液壓系統(tǒng)壓力保持在設(shè)定值；風(fēng)輪處于迎風(fēng)狀態(tài)；風(fēng)況、電網(wǎng)和機(jī)組的所有狀態(tài)參數(shù)檢測正常，一旦風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速升高，即可并網(wǎng)。2機(jī)組的基本運(yùn)行過程機(jī)組在自然風(fēng)作用下升速、并網(wǎng)的過程。需具備的條件為：二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自啟動及啟動條件電網(wǎng)：連續(xù)10分鐘沒有出現(xiàn)過電壓、低電壓；

0.1秒內(nèi)電壓跌落小于設(shè)定值；電網(wǎng)頻率在設(shè)定范圍內(nèi)；沒有出現(xiàn)三相不平衡等現(xiàn)象。機(jī)組：發(fā)電機(jī)溫度、增速器油溫在設(shè)定值范圍以內(nèi)；

液壓系統(tǒng)各部位壓力在設(shè)定值以內(nèi)；液壓油位和齒輪潤滑油位正常；

制動器摩擦片正常；扭纜開關(guān)復(fù)位；

控制系統(tǒng)DC24V、AC24V、DC5V、DC±15V電源正常；非正常停機(jī)故障顯示均已排除；

維護(hù)開關(guān)在運(yùn)行位置。風(fēng)況：連續(xù)10分鐘風(fēng)速在機(jī)組運(yùn)行范圍內(nèi)(3.0m/s~25m/s)。2機(jī)組的基本運(yùn)行過程三、風(fēng)輪對風(fēng)偏航角度通過風(fēng)向測定儀測定。10分鐘調(diào)整一次，調(diào)整中釋放偏航剎車。啟動條件滿足后，控制葉尖擾流器的電磁閥打開，壓力油進(jìn)入葉片液壓缸，擾流器被收回與葉片主體合為一體。四、制動解除控制器收到擾流器回收信號后，壓力油進(jìn)入機(jī)械盤式制動器液壓缸，松開盤式制動器。

當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，三相主電路上的晶閘管被觸發(fā)開始導(dǎo)通，導(dǎo)通角隨與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度減少。2機(jī)組的基本運(yùn)行過程五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)晶閘管完全導(dǎo)通，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)1秒后旁路接觸器閉合，電流被旁路，如一切正常，晶閘管停止觸發(fā)。2機(jī)組的基本運(yùn)行過程五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)大小發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序發(fā)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。連接在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的開關(guān)元件晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。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)。進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)后，晶閘管導(dǎo)通角繼續(xù)完全導(dǎo)通。2機(jī)組的基本運(yùn)行過程五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)切換的控制，一般以平均功率或瞬時(shí)功率參數(shù)為預(yù)置切換點(diǎn)。首先斷開小發(fā)電機(jī)接觸器，再斷開旁路接觸器。此時(shí)，發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，風(fēng)力將帶動發(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。小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換2機(jī)組的基本運(yùn)行過程五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)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)接觸器，再斷開旁路接觸器。由于發(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。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)。3機(jī)組的基本控制要求一、控制系統(tǒng)的基本功能根據(jù)風(fēng)速信號自動進(jìn)行啟動、并網(wǎng)或從電網(wǎng)切出。根據(jù)風(fēng)向信號自動對風(fēng)。根據(jù)功率因數(shù)及輸出電功率大小自動進(jìn)行電容切換補(bǔ)償。脫網(wǎng)時(shí)保證機(jī)組安全停機(jī)。運(yùn)行中對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、分析與記錄，異常情況判斷及處理。機(jī)組還應(yīng)具備遠(yuǎn)程通訊的功能。根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制。3機(jī)組的基本控制要求二、控制系統(tǒng)的工作原理定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的組成3機(jī)組的基本控制要求控制目標(biāo)控制系統(tǒng)保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行，同時(shí)高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網(wǎng)?？刂葡到y(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理，完成機(jī)組的最佳運(yùn)行狀態(tài)管理和控制利用計(jì)算機(jī)智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)組的功率優(yōu)化控制，定槳距恒速機(jī)組主要進(jìn)行軟切入、軟切出及功率因數(shù)補(bǔ)償控制，對變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要進(jìn)行最佳尖速比和額定風(fēng)速以上的恒功率控制。大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟啟動自動并網(wǎng)，保證電流沖擊小于額定電流。4定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)金風(fēng)S43/600kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制結(jié)構(gòu)圖4定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)金風(fēng)S43/600kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制結(jié)構(gòu)圖4定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)金風(fēng)S43/600kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制結(jié)構(gòu)圖1機(jī)組的特點(diǎn)2基本運(yùn)行過程3機(jī)組控制技術(shù)變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)4變槳距控制系統(tǒng)5功率控制1變槳距風(fēng)力機(jī)組的特點(diǎn)一、機(jī)組特點(diǎn)風(fēng)向uw高于額定風(fēng)速調(diào)整節(jié)距保持功率恒定控制轉(zhuǎn)速啟動時(shí)控制驅(qū)動轉(zhuǎn)矩改善機(jī)組的受力，優(yōu)化功率輸出（與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)配合）特點(diǎn)比定槳距風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速低、效率高；且不存在高于額定風(fēng)速的功率下降問題功率反饋控制使額定功率不受海拔、濕度、溫度等空氣密度變化影響啟動時(shí)控制氣動轉(zhuǎn)矩易于并網(wǎng)；停機(jī)氣動轉(zhuǎn)矩回零避免突甩負(fù)荷改變攻角1變槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)二、功率輸出變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，具有在額定功率點(diǎn)以上輸出功率平穩(wěn)的特點(diǎn)。當(dāng)功率在額定功率以下時(shí)，控制器將葉片節(jié)距角置于0°附近，不作變化，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)的功率根據(jù)葉片的氣功性能隨風(fēng)速的變化而變化。當(dāng)功率越過額定功率時(shí)，變槳距機(jī)構(gòu)開始工作，調(diào)整葉片節(jié)距角，將發(fā)電機(jī)的輸出功率限制在額定值附近。

1變槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)三、在額定點(diǎn)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)葉片節(jié)距可以控制，使得額定功率點(diǎn)仍然具有較高的功率系數(shù)。由于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片節(jié)距角是根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出功率的反饋信號來控制的，它不受氣流密度變化的影響，使之獲得額定功率輸出。

四、確保高風(fēng)速段的額定功率五、啟動性能和制動性能變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組比定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組更容易啟動。脫離電網(wǎng)時(shí)，變槳距系統(tǒng)可以先轉(zhuǎn)動葉片使之減小功率，在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)斷開之前，功率減小至0。

當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，使節(jié)距角保持在0°位置不變。

當(dāng)機(jī)組達(dá)到運(yùn)行條件時(shí)，調(diào)節(jié)節(jié)距角：第一步將節(jié)距角調(diào)到45°，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)，再調(diào)節(jié)到0°，直到機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電。

當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)即投入運(yùn)行，當(dāng)輸出功率變化時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)距角的大小，使發(fā)電機(jī)的輸出功率基本保持不變。1變槳距風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)六、機(jī)組的變距系統(tǒng)變槳距系統(tǒng)能夠起到主動調(diào)節(jié)(保持額定功率)和優(yōu)化(在小于額定風(fēng)速時(shí)優(yōu)化功率)的作用。

變槳距調(diào)節(jié)方法可以分為三個(gè)階段

開機(jī)階段

節(jié)距角保持階段

輸出功率保持階段

2變槳距風(fēng)力機(jī)組的基本運(yùn)行

啟動狀態(tài)——轉(zhuǎn)速反饋控制，速度給定加升速率限制有利于并網(wǎng)欠功率狀態(tài)——發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率狀態(tài)運(yùn)行

（變速機(jī)組可通過追求最佳葉尖速比提高風(fēng)機(jī)效率）額定功率狀態(tài)——功率控制，為了解決變槳對風(fēng)速相應(yīng)慢問題，可通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)速，用風(fēng)輪蓄能特性吸收風(fēng)波動造成的功率波動，維持功率恒定3變槳距控制系統(tǒng)一、變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3變槳距控制系統(tǒng)二、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由速度控制器A根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號與給定信號直接控制

發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制B與功率控制器起作用

3變槳距控制系統(tǒng)二、變槳距執(zhí)行系統(tǒng)變槳距執(zhí)行系統(tǒng)是一個(gè)隨動系統(tǒng)，即槳距角位置跟隨變槳指令變化。校正環(huán)節(jié)是一個(gè)非線性控制器，具有死區(qū)補(bǔ)償和變槳限制功能。死區(qū)用來補(bǔ)償液壓及變距機(jī)構(gòu)的不靈敏區(qū)，變槳限制防止超調(diào)。液壓系統(tǒng)由液壓比例伺服閥、液壓回路、液壓缸活塞等組成。位置傳感器給出實(shí)際變槳角度。3變槳距控制系統(tǒng)三、變槳距控制(并網(wǎng)前)

轉(zhuǎn)速控制器A控制從啟動到并網(wǎng)的轉(zhuǎn)速控制，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的±

10r/min內(nèi)1s并網(wǎng)。進(jìn)入啟動狀態(tài)，前饋通道將槳距角快速提高到45o，500r/min減小到5o，達(dá)到快速啟動目的；非線性環(huán)節(jié)使增益隨節(jié)距角增加而減小，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩變化。

速度控制器A在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)或從待機(jī)狀態(tài)重新起動時(shí)投入工作，在此過程中通過對節(jié)距角的控制，轉(zhuǎn)速以一定的變化率上升。速度控制器A實(shí)際為轉(zhuǎn)速控制器。

由于控制器包含著常規(guī)的PID控制器和節(jié)距角的非線性化環(huán)節(jié)，因此當(dāng)功率不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩對節(jié)距角的比是隨節(jié)距角的增加而增加的。3變槳距控制系統(tǒng)三、變槳距控制(并網(wǎng)后)

速度控制器B受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的雙重控制。在達(dá)到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。

節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。

與速度控制器A的結(jié)構(gòu)相比，速度控制器B增加了速度非線性化環(huán)節(jié)，以便控制節(jié)距角加速趨近于0°。3變槳距控制系統(tǒng)三、變槳距控制(并網(wǎng)后的功率控制)功率控制器A并網(wǎng)后執(zhí)行變槳到最大攻角，低于額定功率時(shí)攻角最大；高于額定風(fēng)速后進(jìn)入恒功率控制。功率控制器B:低于額定風(fēng)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率“實(shí)現(xiàn)”最佳葉尖速比調(diào)節(jié)；高于額定風(fēng)速時(shí)配合功率控制器A維持功率恒定。4變槳距控制器的設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成功率控制器A并網(wǎng)后執(zhí)行變槳到最大攻角，低于額定功率（額定風(fēng)速）時(shí)控制器輸出飽和，攻角最大；高于額定風(fēng)速后進(jìn)入恒功率控制；引入風(fēng)速前饋通道，超過額定風(fēng)速后，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)起到快速補(bǔ)償作用。4變槳距控制器的設(shè)計(jì)二、系統(tǒng)的軟件構(gòu)成風(fēng)力機(jī)啟動時(shí)變槳控制程序流程

4變槳距控制器的設(shè)計(jì)二、系統(tǒng)的軟件構(gòu)成變槳距功率調(diào)節(jié)部分的梯形圖程序5功率控制高于額定風(fēng)速調(diào)整節(jié)距保持功率恒定改變攻角一、功率控制系統(tǒng)外環(huán)通過測量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生功率參考曲線內(nèi)環(huán)是一個(gè)功率伺服環(huán)，它通過轉(zhuǎn)子電流控制器對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，使發(fā)電機(jī)功率跟蹤功率給定值

5功率控制根據(jù)給定的電流值，通過改變轉(zhuǎn)子電路和電阻來改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。二、轉(zhuǎn)子電流控制器原理

在額定功率時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率能夠從1%到10%(1515到1650r/min)變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從0到100%變化。當(dāng)功率變化即轉(zhuǎn)子電流變化時(shí)，PID調(diào)節(jié)器迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子電流跟蹤給定值，如果從主控制器傳出的電流給定值是恒定的，它將保持轉(zhuǎn)子電流恒定，從而使功率輸出保持不變。

6典型變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

金風(fēng)77/1500風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)6典型變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

變槳距電控系統(tǒng)主電路采用交流-直流-交流回路，變槳電機(jī)采用交流異步電機(jī)。二、變槳距系統(tǒng)1機(jī)組的特點(diǎn)2基本運(yùn)行過程3液壓系統(tǒng)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)4變槳距控制系統(tǒng)變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)1、風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速下的葉尖速比—功率系數(shù)曲線風(fēng)速的變化范圍可以很寬，葉尖速比可以在很寬范圍內(nèi)變化，因此它只有很小的機(jī)會運(yùn)行在Cpmax點(diǎn)。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)2、追蹤最大風(fēng)能的過程由于風(fēng)力機(jī)功率突然增大，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩失衡，于是發(fā)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速開始上升，風(fēng)力機(jī)將沿著BC曲線增速。假設(shè)在風(fēng)速v3下原風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在曲線上的A點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為ω1。如果某時(shí)刻風(fēng)速升高至v2，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速不能突變，所以其運(yùn)行點(diǎn)就會由A點(diǎn)跳變至B點(diǎn)，風(fēng)力機(jī)輸出功率由PA突增至PB。當(dāng)?shù)竭_(dá)風(fēng)力機(jī)功率曲線與其最佳功率曲線相交的C點(diǎn)時(shí)，功率再一次平衡，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為ω2，就是對應(yīng)于風(fēng)速的最佳轉(zhuǎn)速。此過程實(shí)現(xiàn)條件是機(jī)組轉(zhuǎn)速可調(diào)，定速（同步發(fā)電機(jī)）機(jī)組的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)決定；異步發(fā)電機(jī)（轉(zhuǎn)子電流可調(diào)）的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍很小，難于實(shí)現(xiàn)大范圍；雙饋型機(jī)組的轉(zhuǎn)差率約為±30%，因此，效率較高。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組二、變速發(fā)電機(jī)及其控制方式1.變速變距機(jī)組控制系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)主要由三部分組成：主控制器、槳距調(diào)節(jié)器、功率控制器(轉(zhuǎn)矩控制器)。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組二、變速發(fā)電機(jī)及其控制方式2.變速變距機(jī)組的并網(wǎng)系統(tǒng)

在低于額定風(fēng)速時(shí)，通過整流器及逆變器來控制雙饋異步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制；

在高于額定風(fēng)速時(shí)，考慮傳動系統(tǒng)對變化負(fù)荷的承受能力，一般采用節(jié)距調(diào)節(jié)的方法將多余的能量除去。

變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三、雙饋型風(fēng)電機(jī)組的控制雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（Doubly-FedInductionGenerator，簡稱DFIG）是一種繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)，由于其定、轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故簡稱雙饋電機(jī)。特點(diǎn)是通過變頻器給轉(zhuǎn)子加入交流勵磁。交流勵磁電流的幅值、頻率、相位是可調(diào)的。1.勵磁電流幅值—可以調(diào)節(jié)發(fā)電功率（與風(fēng)力機(jī)功率相匹配）。2.勵磁電流頻率—可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。3.勵磁電流相位—可以改變電機(jī)的功率角，不僅可以調(diào)節(jié)無功功率，也可以調(diào)節(jié)有功功率。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組四、變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行原理1.啟動階段切入速度以下，發(fā)電機(jī)并沒有工作，機(jī)組在風(fēng)力作用下作機(jī)械轉(zhuǎn)動，因而并不涉及發(fā)電機(jī)變速控制。2.額定風(fēng)速切入電網(wǎng)運(yùn)行

機(jī)組切入電網(wǎng)：不需對節(jié)距角進(jìn)行調(diào)節(jié)，變速系統(tǒng)的控制作用是使機(jī)組運(yùn)行在Cpmax處。

3.功率恒定區(qū)通過變槳距系統(tǒng)通過改變槳距角，降低風(fēng)能利用率保證機(jī)組輸出的轉(zhuǎn)速不變，即輸出功率恒定。Cp恒定區(qū)：機(jī)組受到給定的功率-轉(zhuǎn)速曲線控測。

轉(zhuǎn)速恒定區(qū)：隨著風(fēng)速增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持恒定，功率在達(dá)到極值之前一直增大。

變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組五、變速發(fā)電機(jī)及并網(wǎng)方式雙饋型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)

雙饋發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與繞線型感應(yīng)電動機(jī)相似，即定子、轉(zhuǎn)子均為三相對稱，轉(zhuǎn)子繞組電流由滑環(huán)引入。發(fā)電機(jī)的定子通過接觸器投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過四象限交直交變換器與電網(wǎng)連接。

1機(jī)組通信基礎(chǔ)知識2機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組的通信和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶界面輸入用戶指令，變更參數(shù)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)及故障狀況主控制器運(yùn)行監(jiān)控，機(jī)組起/停電網(wǎng)、風(fēng)況監(jiān)測無功補(bǔ)償根據(jù)無功功率信號分組切入或切出補(bǔ)償電容發(fā)電機(jī)控制軟并網(wǎng)變頻器勵磁調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)機(jī)械剎車機(jī)構(gòu)氣動剎車機(jī)構(gòu)變距系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制功率控制液壓系統(tǒng)剎車機(jī)構(gòu)壓力保持變距機(jī)構(gòu)壓力保持偏航系統(tǒng)偏航自動解除電纜纏繞機(jī)組的通信和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)

風(fēng)電場計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分中央監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)、信號轉(zhuǎn)換模塊、監(jiān)控軟件等組成。監(jiān)控系統(tǒng)中央監(jiān)控室機(jī)組的通信和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組的通信和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)風(fēng)電場計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分中央監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)、信號轉(zhuǎn)換模塊、監(jiān)控軟件等組成。1.中央監(jiān)控系統(tǒng)中央監(jiān)控系統(tǒng)一般運(yùn)行在位于中央控制室的一臺通用PC機(jī)或工控機(jī)上，通過與分散在