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1、黄晓杰风力发电机组风力发电机组 控制系统结构 Slide 2/2022-3-23概概 述述 并网运行的风力发电技术是20世纪80年代兴起的一项新能源技术，一开始就受到世界各国的高度重视，因而迅速实现了商品化、产业化，特别是随着计算机与控制技术的飞速发展，风力发电技术的发展极为迅速。 Slide 3/2022-3-23 1、 单机容量从最初的数十千瓦级发展到兆瓦级机组；风机发展演变风机发展演变 2、 控制方式从基本单一的定桨距失速控制发展为全桨叶变距和变速控制的智能型风力发电机组； Slide 4/2022-3-23定桨失速型风机定桨失速型风机 Slide 5/2022-3-23变桨型风机变桨型

2、风机桨叶0度角桨叶90度角 Slide 6/2022-3-23 3、 风机可靠性：从最初的50%提高到98%以上； 4、 风电场运行：实现集中控制和远程控制（通过SCADA系统）。数据采集与监视控制系统 Slide 7/2022-3-231. 风轮系统实现了从风能到机械能的能量转换；机组功能：机组功能：两个能量转换2. 发电机和控制系统则实现了从机械能到电能的能量转换过程。 Slide 8/2022-3-23 控制系统功能：控制系统功能： l 接收机组及其工作环境信息，调节机组按照预先设定的要求运行；l 通过对执行机构的控制，提高机组运行效率，确保机组高效率运行；l 对机组出现的故障予以检测，

3、特别是涉及到如超速、振动、过功率、过热等故障，并采取完善的保护措施。 Slide 9/2022-3-23输出单元输出单元输入单元输入单元 Slide 10/2022-3-232、风机参数3、系统功能1、机组类型4、功率曲线及控制策略7、传感器5、并网控制6、变桨控制索引 Slide 11/2022-3-23机组类型机组类型p 恒速恒频风力发电机组p 变速恒频风力发电机组 Slide 12/2022-3-23恒速恒频风力发电机组恒速恒频风力发电机组 定速失速型风力发电机组通常采用感应发电机直接连接到交流电网； 运行中，转速基本恒定，桨距角不可变； 低于额定风速，风能利用系数低； 高于额定风速，通

4、过桨叶的失速性能调节，限制功率输出。 Slide 13/2022-3-23 Slide 14/2022-3-23 定桨失速型电控系统从部件划分，可分为两大部分： 主控柜 电容器柜控制器软并网模块电容器组 Slide 15/2022-3-23 Slide 16/2022-3-23 主要功能包括：偏航控制、液压控制、齿轮箱控制、刹车控制、温度控制、电网监测、振动监测、无功补偿和启停控制。 Slide 17/2022-3-23 系统传感信号主要由信号接口电路完成，它们向计算机控制器提供电气隔离标准信号。这些信号有模拟量、开关量、频率量，信号的电压和电流范围一般为工业标准信号。 Slide 18/20

5、22-3-23 控制系统输入信号、系统监测的参数有： 三相电压、三相电流、电网频率、功率因数、输出功率、发电机转速、风轮转速、发电机绕组温度、齿轮箱油温、环境温度、控制板温度、机械制动闸片磨损及温度、电缆扭绞、机舱振动、风速仪和风向标等。 为了得到系统运行的情况，系统还需监测各接触器的开关、液压阀压力状况、偏航运作和按键输入等情况。输入信号输入信号 Slide 19/2022-3-23 发电机和电网的三相电压、三相电流和发电机绕组温度、齿轮箱油温、环境温度、传动机构等旋转机构的热升温度； 风轮转速、发电机转速、风速仪、风向仪，偏航正反向计数、扭缆正反向计数等； Slide 20/2022-3-

6、23 按键信号、制动闸片磨损、制动闸片热、风向标0、风向标90、偏航顺时针传感、偏航逆时针传感、机舱振动开关、偏航电动机过载、旁路接触器状态、风轮液压压力信号（风轮转速过高时出现）、机械制动液压压力高、机械制动液压压力低、外部错误信号等等。 Slide 21/2022-3-23 控制各电磁阀、接触器线圈、空气断路器的开合输出。电磁阀和接触器的开合包括：发电动机的并网、偏航电动机（ 顺时针和逆时针）的动作、相位补偿电容的投切、空气制动及机械制动系统的动作等。还有系统的软并网和软脱网控制。此外，对变桨距风力发电机组还要求根据风速变化调节变桨距控制输出。输出信号输出信号 Slide 22/2022-

7、3-23变速恒频风力发电机组变速恒频风力发电机组 目前广泛应用的是交流励磁变速恒频双馈风力发电技术，采用双馈式异步发电机，定子直接接到电网上，转子在三相变流器的控制下实现交流励磁，保持定子恒频恒压输出。 Slide 23/2022-3-23大型风机系统的发展趋势： 恒速恒频 变速恒频 双馈异步风力发电系统是变速恒频的主要形式之一，基本构成如下图 Slide 24/2022-3-23 Slide 25/2022-3-23 Slide 26/2022-3-23 Slide 27/2022-3-23 Slide 28/2022-3-23 变速恒频电控系统从部件上划分，包括三个相对独立的系统：变桨控制

8、系统，变频控制系统（变频器）和主控系统。 从风机控制逻辑上来说，变桨和变频系统是执行机构，而主控系统则是机组运行和监控的大脑。 Slide 29/2022-3-23电控系统 Slide 30/2022-3-23 风电机组控制器由塔底控制柜和机舱顶部控制柜组成。塔底控制柜包括功率柜（变流器柜）和主控柜。功率柜（变流器柜）为风力发电机组的主配电系统，包括发电机与电网连接主回路、可控硅主回路、电量采集回路、电源变换、防雷保护回路、安全继电器电路等。主控柜包括中心控制器及其控制电路、电容补偿装置及其控制保护电路等。电气柜分布电气柜分布 Slide 31/2022-3-23顶部控制柜(TB1)包括机舱内

9、传感器信号的处理与转换，这些信号包括温度信号、叶轮过速信号、风速风向信号、转速驱动信号等。同时，也为机舱内的电动机如偏航电机、液压油泵等执行机构提供电源。 Slide 32/2022-3-23 Slide 33/2022-3-23变流器柜塔筒柜机舱柜 Slide 34/2022-3-23 电控系统主要包括正常运行控制、阵风控制、最佳运行控制（最佳叶尖速比控制）、功率控制、安全保护控制、变桨距控制等部分。如图所示：系统组成系统组成 Slide 35/2022-3-23 Slide 36/2022-3-23 Slide 37/2022-3-23 Slide 38/2022-3-23 Slide 3

10、9/2022-3-23 Slide 40/2022-3-23p 定桨失速风力发电机p 变桨有限变速风力发电机p 变桨变速风力发电机风机参数 Slide 41/2022-3-23定桨距风力发电机定桨距风力发电机以NEG MICON 750-200/48型为例 1）起动风速V3m/s；当V4m/s时，风轮转速可达到小发电机额定转速（6极）2)切换风速V8m/s；当V8m/s时，发电机将从6极切换到4极（大发电机）或直接切入大发电机运行3）额定风速 V=14m/s；当v14m/s时，桨叶自动失速4)切出风速 V=25m/s5)风轮直径 48m6)风轮转速 （22.3/14.9）r/min Slide

11、 42/2022-3-237)桨叶 LM23.5m，带空气动力刹车机构8)功率调节 自动失速9)发电机型式 三相异步双速发电机10）额定功率（750/200）kw11）额定转速（1500/1000）r/min12）冷却 液体循环冷却系统13）油温控制 体外循环冷却系统和内置加热器14）偏航系统 电动机驱动15）偏航制动 液压驱动的摩擦制动器16）偏航转速 0.46/s Slide 43/2022-3-2317）MITA WP3000 主要功能：控制风力发电机组并网与脱网；自动相位补偿；监视风力发电机组运行状态；监视气象情况，在异常情况下使风力发电机组安全停机；记录运行数据，产生功率曲线、风速变

12、化曲线、运行可靠性、发电量等各种图表。 Slide 44/2022-3-23变桨距风力发电机组变桨距风力发电机组 VESTAS是世界上最大的风力发电机组制造商之一，其生产的风力发电机2001年达到1630MW，约占世界风力发电机组总产量的24%。 下面以V47-660/200kw为例介绍变桨距风力发电机组的主要技术参数。 Slide 45/2022-3-231）起动风速 3.5m/s；2）额定风速 16m/s；3）切出风速 25m/s；4）风轮 水平轴、三桨叶，上风向布置，全桨叶变距 5）风轮直径 47m6）风轮转速 20-26r/min7）功率调节 变桨距/转速调节8）主发电机 异步发电机+

13、最佳转差率控制9）额定功率 660kw10）运行转速 1515-1650r/min Slide 46/2022-3-2311）小发电机 异步发电机12）额定功率 200kw13）控制系统 基于微处理器的控制系统+转速调节+变距调节 主要功能：控制风力发电机组并网与脱网；优化功率输出曲线；监视风力发电机组运行状态；监视气象情况；监视电网情况，在异常情况下使风力发电机安全停机；记录运行数据，产生功率曲线、风速变化曲线、运行可靠性、发电量等各种图表。 Slide 47/2022-3-23变速风力发电机组变速风力发电机组 德国DeWind公司生产的变速风力发电机组2000年已在德国市场占到8%的份额，

14、机组容量从600kw到1500kw，1999-2000年装机96台，容量达76.4MW。 以D6型机组为例，介绍其主要技术参数 Slide 48/2022-3-231）起动风速 2.5m/s；2）额定风速 13m/s；3）切出风速 28m/s；4）风轮 水平轴、三桨叶，上风向布置，全桨叶变距 5）风轮直径 60m6）风轮转速 14.3-27.6r/min7）功率调节 变桨距/变速8）发电机型式 绕线转子异步发电机，双馈9）额定功率 1250kw10）运行转速 1000（135%）r/min Slide 49/2022-3-2311）变距机构 液压驱动的曲柄连杆机构12）冷却 液体循环冷却系统1

15、3）制动系统 高速轴上圆盘式刹车14）偏航系统 液压马达驱动15）偏航制动 可调整的液压摩擦制动器16）偏航转速 0.47/s Slide 50/2022-3-2317）逆变器及整流器 先进的IGBT技术，四象限运行。通过微处理器控制的电力电子装置提供发电机转子励磁电流和频率；通过控制IGBT元件，以脉宽调制方式提供正弦波电压，从而确保发电机输出恒定的电压和频率。 Slide 51/2022-3-2318）控制系统 基于计算机实时监控的当地控制与远程监控（数据传输）系统 主要功能：低于额定风速时，跟踪最佳功率曲线；高于额定风速时，保持功率输出恒定。记录运行数据，产生功率曲线等各种图表。 Sli

16、de 52/2022-3-23 主开关合上后，风力发电机组控制器准备自动运作。正常起动前10min，风力发电机组控制器进入准备状态：系统初始化，检查控制程序、微控制器硬件，并对电网、风况和机组的状态进行检测。控制系统工作过程控制系统工作过程 Slide 53/2022-3-231、 电网 1）连续10min 内电网没有出现过电压、低电压； 2）电网电压0.1s 内跌落值均小于设定值； 3）电网频率在设定范围之内； 4）没有出现三相不平衡等现象。这些状态必须满足以下条件： Slide 54/2022-3-232、 风况 连续10min 风速在风力发电机组运行风速的范围内（3m/sV25m/s）。

17、 Slide 55/2022-3-233、机组机组本身至少应具备以下条件： 1）发电机温度、齿轮箱油温度应在设定值范围以内； 2）液压系统所有部位的压力都在设定值范围内； 3）液压油位和齿轮润滑油位正常； 4）制动器摩擦片正常； 5）扭缆开关复位； Slide 56/2022-3-23 6）控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC+/-15V 电源正常； 7）非正常停机后显示的所有故障均已排除： 8）维护开关在运行位置。 上述条件满足时，按控制程序机组开始执行“风轮对风”与“制动解除”指令。至此，机组进入运行状态。 Slide 57/2022-3-23 由于风轮的叶尖本来是90，现在恢复

18、为0，风轮开始转动。计算机开始时刻监测各个参数、输入，判断是否可以并网，判断参数有否超过极限、执行偏航、相位补偿、机械制动或空气制动。其中相位补偿的作用在于使功率因数保持在0.95-0.99之间。其详细的控制系统工作原理流程框图。 Slide 58/2022-3-23 Slide 59/2022-3-23l 1. 大风、超速保护 大风(超速)情况下，当风速（转速）达到停机风速（转速）时，风力发电机组应叶尖限速、脱网、抱液压机械闸停机，而且在脱网同时，风力发电机组偏航90（定桨型风机）。停机后待风速降低到大风开机风速时，风力发电机组又可自动并入电网运行。控制功能控制功能 Slide 60/202

19、2-3-23l 2. 小风逆功率 当风速小于停机风速时，为了避免风力发电机组长期逆功率运行，造成电网损耗，应自动脱网，使风力发电机组处于自由转动的待风状态。l 3. 小风频繁开、停机 为了避免该现象，在并网后10min内不能按风速自动停机。同样，在小风自动脱网停机后，5min内不能软切并网。 Slide 61/2022-3-23l 4. 自动对风 当风速大于开机风速，要求风力发电机组的偏航机构始终能自动跟风,跟风精度范围15。 l 5. 刹车制动系统 风力发电机组的液压机械闸在并网运行、开机和待风状态下，应该松开机械闸，其余状态下（大风停机、断电和故障等）均应抱闸。 Slide 62/2022

20、-3-23偏航刹车偏航刹车 Slide 63/2022-3-23偏航刹车偏航刹车 Slide 64/2022-3-23高速轴刹车高速轴刹车 Slide 65/2022-3-23l 6. 定桨距风机叶尖闸控制 风力发电机组的叶尖闸除非在脱网瞬间、超速和断电时释放，起平稳刹车作用。其余时间（运行期间、正常和故障停机期间）均处于归位状态。 Slide 66/2022-3-23l 7.电网故障保护 在电网中断、缺相和过电压的情况下，风力发电机组应停止运行，此时控制系统不能供电。如果正在运行时风力发电机组遇到这种情况，应能自动脱网和抱闸停机。 Slide 67/2022-3-23电网监测电网监测 Sli

21、de 68/2022-3-23l 8.扭缆保护 风力发电机组塔架内的悬挂电缆只允许扭转2.5 圈，系统已设计了正/反向扭缆计数器，超过时自动停机解缆，达到要求后再自动开机，恢复运行发电。 Slide 69/2022-3-23扭缆扭缆 Slide 70/2022-3-23l 9.手动/自动 模式 风力发电机组应具有手动控制功能（包括远程遥控手操），手动控制时“自动”功能应该解除，相反地投入自动控制时，有些“手动”功能自动屏蔽。机组手动起动、手动停机、手动偏航、手动复位、维护等 Slide 71/2022-3-23l 10.实时监控 控制系统应该保证风力发电机组的所有监控参数在正常允许的范围内，一

22、旦超过极限并出现危险情况，应能自动处理并安全停机。 Slide 72/2022-3-23 电网参数：电网参数：电网的电压、频率 环境参数：环境参数：风速，风向，环境温度 发电机：发电机：三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，发电机转速，发电机绕组温度，发电机前/后轴承温度 叶轮：叶轮：叶轮转速，叶轮过速，液压系统：液压系统：液压泵工作状态，液压油位，液压系统压力，叶尖压力偏航系统：偏航系统：偏航电机工作状态，左/右偏航角度，偏航闸状态（刹车/释放）软并网：软并网：可控硅温度齿轮箱：齿轮箱：齿轮油位，齿轮油压力，齿轮油过滤，齿轮油温度，齿轮油轴承温度。制动系统：制动系统：高速闸状态（刹车/释放

23、）、闸磨损机舱：机舱：机舱温度 Slide 73/2022-3-231.硬件保护 硬件本身的保护措施主要采取了3种方法：硬件互锁电路、过电压以及过电流保护。保护功能保护功能 Slide 74/2022-3-23l 互锁电路 风力发电机组中的左右偏行电机和大小发电机只有一个可以运行，通过接触器辅助触点的互联对其进行了互锁。 Slide 75/2022-3-23l 过电压、过电流保护 通过将快速熔断器、速断保护的断路器（根据各自的负荷计算允许通过的电流）等串在执行机构的前端，防止了大电流流过回路，从而减少了不必要的损害。 Slide 76/2022-3-23l 在设计时，对断路器、接触器等选件都进

24、行了负荷计算。选择的原则：既留有裕量也不会使执行机构等受到冲击，当有瞬时冲击电流通过电缆传入控制柜时，控制系统具有自我保护的能力。 Slide 77/2022-3-232.雷电保护 电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁. Slide 78/2022-3-23 全面的雷电保护分为外部和内部保护系统，考虑了直接遭遇雷击的后果。 Slide 79/2022-3-23外部雷电保护 每块叶片上安装一组接收器，并通过叶片轴承的内环电气连接到轮毂上。按照II级雷电保护等级的要求，主要的雷电电流通路上的设计雷电电流峰值为150kA。 Slide 80/2022-3

25、-23机舱防雷设计 Slide 81/2022-3-23内部雷电保护 系统中使用的被附在封闭式开关柜上的金属排与就地的等电位连接导体相连,反过来也与雷电保护装置中的等电位连接导体相连。特别是将有危险的电缆防护起来并与就地的等电位连接导体连接在一起。 Slide 82/2022-3-23 Slide 83/2022-3-233.接地保护 电气系统接地保护 由于设备因绝缘破坏或其他原因可能引起出现危险电压的金属部分，均应实现保护接地。所有风力发电机组的零部件、传动装置、执行电机、发电机、变压器、传感器、照明器具及其他电器的金属底座和外壳。 Slide 84/2022-3-23风机结构接地保护 结构

26、接地系统的作用是将雷电安全地引入地下，并提供等电位连接。接地系统应该在建造地基时进行安装。至少要从地基的接地极引出三个接头连到塔架的基座法兰。这些接头分布在基座法兰的整个周围，而这些接头与法兰是电气连接的。 Slide 85/2022-3-23接地网 Slide 86/2022-3-234.紧急停机安全链保护 紧急停机是机组安全保护的有效屏障，当振动开关动作、超转速、电网中断、机组部件突然损坏或火灾时，风力发电机组组紧急停机，系统的安全链动作，将有效的保护系统各环节工况安全，控制系统在短时间内将机组平稳停止。 Slide 87/2022-3-235.制动功能 制动系统是风力发电机组安全保障的重

27、要环节，在硬件上主要由叶尖气动刹车和盘式高速刹车构成，由液压系统来支持工作。制动功能的设计一般按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保护状态。 Slide 88/2022-3-236.电网掉电保护UPS电源 风力发电机组离开电网的支持是无法工作的，一旦有突发故障而停电时，控制计算机由于失电会立即终止运行，并失去对风机的控制，控制叶尖气动刹车和机械刹车的电磁阀就会立即打开，液压系统会失去压力，制动系统动作，执行紧急停机。 Slide 89/2022-3-23 紧急停机的设置是为了在出现紧急情况时保护风电机组安全的。然而，电网故障无须紧急停机；突然停电往往出现在天气恶劣、风力较强时，紧急停机将会

28、对风机的寿命造成一定影响；风机主控制器突然失电就无法将风机停机前的各项状态参数及时存储下来，这样就不利于迅速对风机发生的故障作出判断和处理。 Slide 90/2022-3-23 针对上述情况，对控制电路作了相应的改进。在控制系统电路中加设了一台1KVA的在线UPS后备电源，这样当电网突然停电时，UPS机及时投入，为风机的控制系统提供足够的动力，使风机制动系统按正常程序完成停机过程。 Slide 91/2022-3-23 对于变速风力发电机组,在控制过程中，风电机组将被控制在功率优化区和功率限制区范围内，如图所示：风机运行功率曲线 Slide 92/2022-3-23 Slide 93/202

29、2-3-23 功率优化区：其中，区间A-B，C-D为固定转速区；区间B-C为变速区， 在此区间内实现最佳叶尖速比控制。（运行点B,C的位置由风电机组决定） 功率限制区：在此区间，通过变桨距的方式限制输入功率为额定功率，但在阵风控制时，输入的瞬时功率会超过额定功率。 Slide 94/2022-3-23 在图中，双馈发电机的运行转速范围为：900转/分-2000转/分，额定转速为 1800转/分。当转速在900转/分-1800转/分之间时，可以进行最佳叶尖速比控制；而高于1800转/分的转速范围用于阵风控制，这样不但可以减少阵风对风电机组主传动链的冲击，同时也可以降低对变桨距系统响应速度的要求。

30、 Slide 95/2022-3-23功率控制策略功率控制策略 低于额定风速时，跟踪Cpmax曲线,以获得最大能量；高于额定风速时，跟踪Pmax,并保持输出稳定。控制策略控制策略 Slide 96/2022-3-23一、一、CP恒定区恒定区 在CP恒定区，风力发电机组受到给定的功率-转速曲线控制。 Slide 97/2022-3-23最佳功率和风轮转速最佳功率和风轮转速 Slide 98/2022-3-23二、转速恒定区二、转速恒定区 如果保持Cpmax恒定，即使没有达到额定功率，发电机最终将达到其转速极限。此后风力机进入转速恒定区。 在这个区域，随着风速增大，发电机转速保持恒定，功率在达到极

31、值之前一直增大。风力机在较小的区（ Cpmax 的左边）工作。 Slide 99/2022-3-23转速恒定区的实现转速恒定区的实现 Slide 100/2022-3-23三、功率恒定区三、功率恒定区 随着功率的增大，发电机和变流器将最终达到其功率极限。 1、 在功率恒定区，可以通过降低发电机的转速使功率低于其极限。随着风速增大，发电机转速降低，使Cp值迅速降低，从而保持功率不变。 2、 通过改变桨距角，从而改变风轮的气动特性。 Slide 101/2022-3-23转速恒定区的实现转速恒定区的实现 Slide 102/2022-3-23 运行状态 暂停状态 停机状态 紧急停机状态执行机构控制

32、策略执行机构控制策略 风机总是工作在以上四种状态之一，每种工作状态可看作风力发电机组的一个活动层次，运行状态处在最高层次，紧停状态处在最低层次。 Slide 103/2022-3-23 为了能够清楚地了解机组在各种状态条件下控制系统是如何反应的，必须对每种工作状态作出精确的定义。这样，控制软件就可以根据机组所处的状态，按设定的控制策略对调向系统、液压系统、变桨距系统、制动系统、晶闸管等进行操作，实现状态之间的转换。 Slide 104/2022-3-23 机械刹车松开 允许机组并网发电 机组自动调向 液压系统保持工作压力 叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态 以下给出了四种工作状态的主要

33、特征及其简要说明1. 运行状态运行状态： Slide 105/2022-3-23 机械刹车松开； 液压泵保持工作压力； 自动调向保持工作状态； 叶尖阻尼板回收或变距系统保持在当前位置； 风力发电机组空转。 2. 暂停状态暂停状态 这个工作状态在调试风力发电机组时非常有用，因为调试风力机的目是要求机组的各种功能正常，而不一定要求发电运行。 Slide 106/2022-3-23 机械刹车松开； 液压系统打开电磁阀使叶尖阻尼板弹出，或变桨距系统停止工作； 液压系统保持工作压力； 调向系统停止工作。 3. 停机状态停机状态 Slide 107/2022-3-23 机械刹车与气动刹车同时动作； 紧急电

34、路 (安全链) 开启； 计算机所有输出信号无效； 计算机仍在运行和测量所有输入信号 4. 紧急停机状态紧急停机状态 当紧停电路动作时，所有接触器断开，计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去激活任何机构。 Slide 108/2022-3-23状态转换状态转换 定义了风力发电机组的四种工作状态之后，我们进一步说明各种工作状态之间是如何实现转换的。 按图所示，提高工作状态层次只能一层一层地上升，而要降低工作状态层次可以是一层或多层。这种工作状态之间转变方法是基本的控制策略，它主要出发点是确保机组的安全运行。 Slide 109/2022-3-23 Slide 110/2022-3-23 如果风力

35、发电机组的工作状态要往更高层次转化，必须一层一层往上升，用这种过程确定系统的每个故障是否被检测。当系统在状态转变过程中检测到故障，则自动进入停机状态。 当系统在运行状态中检测到故障，并且这种故障是致命的，那么工作状态不得不从运行直接到紧停，这可以立即实现而不需要通过暂停和停止。 Slide 111/2022-3-231. 工作状态层次上升 紧停紧停停机停机如果停机状态的条件满足，则： 1)关闭紧停电路； 2)建立液压工作压力； 3)松开机械刹车。 下面我们进一步说明当工作状态转换时,系统是如何工作的。 Slide 112/2022-3-23 停机停机暂停暂停如果暂停的条件满足，则： 1)起动偏

36、航系统； 2)对变桨距风力发电机组，接通变桨距系统压力阀。 Slide 113/2022-3-23 暂停暂停运行运行 如果运行的条件满足，则： 1)核对风力发电机组是否处于上风向； 2)叶尖阻尼板回收或变桨距系统投入工作； 3)根据所测转速，发电机是否可以切入电网。 Slide 114/2022-3-232工作状态层次下降 工作状态层次下降包括3种情况： (1) 紧急停机。紧急停机也包含了3种情况，即：停止紧停；暂停紧停；运行紧停。 其主要控制指令为： 1)打开紧停电路； 2)置所有输出信号于无效； 3)机械刹车作用； 4)逻辑电路复位。 Slide 115/2022-3-23 (2) 停机。

37、停机操作包含了两种情况，即：暂停停机；运行停机。 暂停暂停停机停机 1)停止自动调向； 2)打开气动刹车或变桨距机构回油阀 (使失压)。 运行运行停机停机 1)变桨距系统停止自动调节； 2)打开气动刹车或变桨距机构回油阀 (使失压) 3)发电机脱网。 Slide 116/2022-3-23 (3) 暂停。主要控制指令为： 1)如果发电机并网，调节功率降到0后通过晶闸管切出发电机； 2)如果发电机没有并入电网，则降低风轮转速至0。 Slide 117/2022-3-23故障处理故障处理 图3-8所示的工作状态转换过程实际上还包含着一个重要的内容：当故障发生时，风力发电机组将自动地从较高的工作状态

38、转换到较低的工作状态。故障处理实际上是针对风力发电机组从某一工作状态转换到较低的状态层次可能产生的问题，因此检测的范围是限定的。 Slide 118/2022-3-23 为了便于介绍安全措施和对发生的每个故障类型处理，我们给每个故障定义如下信息： 1 故障名称； 2 故障被检测的描述； 3 当故障存在或没有恢复时工作状态层次； 4 故障复位情况 (能自动或手动复位，在机上或远程控制复位)。 Slide 119/2022-3-23故障处理过程：故障处理过程： （1）故障检测。控制系统设在顶部和地面的处理器都能够扫描传感器信号以检测故障，故障由故障处理器分类，每次只能有一个故障通过，只有能够引起机

39、组从较高工作状态转入较低工作状态的故障才能通过。 （2）故障记录。故障处理器将故障存储在运行记录表和报警表中。 Slide 120/2022-3-23（3）对故障的反应。对故障的反应应是以下三种情况之一： 1)降为暂停状态； 2)降为停机状态； 3)降为紧急停机状态。 Slide 121/2022-3-23 （4）故障处理后的重新起动 在故障已被接受之前，工作状态层不可能任意上升。故障被接受的方式如下： 如果外部条件良好，一些外部原因引起的故障状态可能自动复位。 一般故障可以通过远程控制复位，如果操作者发现该故障可接受并允许起动风力发电机组，他可以复位故障。 有些故障是致命的，不允许自动复位或

40、远程控制复位，必须有工作人员到机组工作现场检查，这些故障必须在风力发电机组内的控制面板上得到复位。 Slide 122/2022-3-23 故障状态被自动复位后10min将自动重新起动。但一天发生次数应有限定，并记录显示在控制面板上。 如果控制器出错可通过自检系统(WATCH DOG)检测到故障并重新起动。 Slide 123/2022-3-23变变 桨桨 系系 统统 Slide 124/2022-3-23 变桨距风机是通过叶片沿其纵向轴转动，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机功率输出保持稳定。 Slide 125/2022-3-23 变桨距调节型风力发电机

41、组是指通过变桨驱动装置,带动安装在轮毂上的叶片转动, 从而改变叶片桨距角的大小。 Slide 126/2022-3-23 变桨控制系统作为风力发电控制系统的外环，在风力发电机组的控制中起着十分重要的作用。 它控制风力发电机组的叶片节距角可以随风速的大小进行自动调节：在低风速起动时，桨叶节距可以转到合适的角度，使风轮具有最大的起动力矩；当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机功率输出保持稳定。 Slide 127/2022-3-23其调节方法为： 当风电机组达到运行条件时，控制系统命令变桨系统将桨距角调到45左右，当转速达到一定时，再

42、调节到0，直到风力机达到额定转速并网发电； 在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0位置不变，不作任何调节； 当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。 Slide 128/2022-3-23变桨距系统根据其工作方式可分为两种方式： 1、统一变桨 2、独立变桨 Slide 129/2022-3-23 统一变桨距控制即机组所有桨叶都由一个执行机构驱动，或者三个执行机构同时驱动，桨叶节距角变化相同。 独立变桨距方式，每个桨叶都由独立的变桨距执行机构驱动，如果其中一个变桨距执行结构出现故障，其它两个桨叶仍能调节桨叶节

43、距角，实现功率控制，而统一变桨距执行结构出现故障，只能停机维修； Slide 130/2022-3-23 另外自然界的风在整个风轮扫及面上分布是不均匀的，独立桨叶控制可以根据各个桨叶上的风速不同进行调节，不仅能维持发电机输出功率，而且能减小桨叶拍打振动，因此独立桨叶控制比统一控制更具有一定的优势。 Slide 131/2022-3-23 控制时一般都以发电机额定功率或转子转速为界，即当发电机输出功率（转速）低于额定值时，进行变速恒频控制，最大捕获风能；而当输出功率（转速）高于额定值时，进行变桨距控制，维持发电机功率在额定值附近。要实现真正的独立变桨,输入变量包括桨叶节距角变化和风速，以及每个桨

44、叶受力等,实现多变量控制。 Slide 132/2022-3-23按照驱动方式,变桨系统可以分为以下两种类型： 1、液压变桨 2、电动变桨 Slide 133/2022-3-23 Slide 134/2022-3-23曲柄连杆曲柄连杆 Slide 135/2022-3-23 Slide 136/2022-3-23 Slide 137/2022-3-23 Slide 138/2022-3-23 Slide 139/2022-3-23 Slide 140/2022-3-23 Slide 141/2022-3-23并网控制技术p恒速恒频的并网控制恒速恒频的并网控制 同步发电机 异步发电机p变速恒频的

45、并网控制变速恒频的并网控制 交流励磁变速恒频双馈异步 变速恒频直驱永磁同步 Slide 142/2022-3-23 随着风力发电机组单机容量的增大，在并网时对电网的冲击也越大。这种冲击严重时不仅引起电力系统电压的大幅度下降，并且可能对发电机和机械部件（塔筒、桨叶、齿轮箱等）造成损坏。 如果并网冲击时间持续过长，还可能使系统瓦解或威胁其他挂网机组的正常运行。因此，采用合理的并网技术是一个不容忽视的问题。 Slide 143/2022-3-23恒速恒频风机并网控制要求 一般来说，恒速恒频发电机并网控制系统比较简单。根据发电机种类不同，采用不同的并网方法。 同步发电机和笼型感应发电机并网运行的方法各

46、不相同，前者运行于由电机极数和频率所决定的同步转速，后者则以稍高于同步转速运行。 Slide 144/2022-3-23 在并网发电系统中普遍运用的同步发电机，它在运行中，既能输出有功功率，又能提供无功功率，输出的电能质量高，已被电力系统广泛采用。不过，把它移植到风力发电机组使用时，效果却不甚理想。 Slide 145/2022-3-23 同步发电机的并网条件：只要确保发电机的输出端与电网各项互相对应即可。 启动和并网过程如下： 风向传感器测出风向，并使偏航控制器动作，使风力发电机组对准风向；当风速超过切入风速时，桨距控制器调节叶片桨距角，使风力发电机组起动。 Slide 146/2022-3

47、-23 当发电机被风力发电机组带到接近同步转速时，励磁调节器动作，向发电机供给励磁，并调节励磁电流使发电机的端电压接近于电网电压。在发电机被加速，几乎达到同步速度时，发电机的电动势或端电压的幅值将大致与电网电压相同。检测出主开关两侧的电位差，当其为零或非常小时，就可使断路器合闸并网。以上过程可以通过控制器自动检测和操作。 Slide 147/2022-3-23 异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，因此对机组的调速精度要求不高，只要转速接近同步转速就可并网。因此，采用异步发电机的风力发电机组，控制装置非常简单，而且运行非常稳定。 Slide 148/2022-3-23 然而，异步发电机

48、并网也存在一些特殊问题，如直接并网时产生的过大冲击电流造成电压大幅度下降，对系统安全运行构成威胁；本身不发无功功率，需要无功补偿等等。所以运行时必须采取相应的有效措施才能保障风力发电机组的安全运行。 Slide 149/2022-3-23感应发电机的并网条件如下： 一、转子转向应与定子旋转磁场转向一致，即感应发电机的相序和电网相序相同； 二、应尽可能在发电机转速接近同步转速时并网。 Slide 150/2022-3-23 因为发电机并网时本身无电压，所以并网时必将伴随一个过渡过程，流过额定电流5-6倍的冲击电流，一般零点几秒后即可转入稳态。虽然感应发电机并网时的转速对过渡过程的时间有一定影响，

49、但一般来说问题不大，所以对风力发电机并网合闸时的转速要求不是非常严格，并网比较简单。 Slide 151/2022-3-23如何抑制并网冲击电流？ 为了抑制并网时的冲击电流，可以在感应发电机与三相电网之间串接电抗器，使系统电压不致下跌过大，待并网过渡过程结束后，再将其短接。 Slide 152/2022-3-23 对于较大型的风力发电机组，目前比较先进的并网方法是采用双向晶闸管控制的软切入法。通过电流反馈对双向晶闸管导通角控制，将并网时的冲击电流限制在额定电流的2倍以内，从而得到一个比较平滑的并网过程。瞬态过程结束后，控制器发出信号，利用一组开关将双向晶闸管短接，从而结束了风力发电机的并网过程

50、，进入正常发电运行。 Slide 153/2022-3-23软并网控制的主要任务：判断软切入启动时刻确定晶闸管的控制规律 Slide 154/2022-3-23主要评价指标：并网电流不超过额定电流的2倍并网电流过渡平滑，不对传动轴系产生过大冲击并网时间短发电机转速不产生明显过冲，并网完成后迅速进入稳定运行 Slide 155/2022-3-23 感应发电机需要落后的无功功率主要是为了励磁的需要，另外也为了供应定子和转子漏磁所消耗的无功功率。 对配置感应电机的风力发电机，通常采用电容起进行适当的无功补偿。 Slide 156/2022-3-23 异步发电机的就地无功补偿可采取以下几种方法：电力电