第四讲 定桨距风力发电机组
风电机组液压系统讲解
• 3)外界侵入的污染
• 油箱防尘性差，容易侵入灰尘、切屑和杂物；油箱没有设 置清理箱内污物的窗口，造成油箱内部难清理或无法清理 干净；切削液混进油箱，使油液严重乳化或掺进切屑；维 修过程中不注意清洁，将杂物带入油箱或管道内等。
• 4)管理不严
• 新液压油质量未检验；未清洗干净的桶用来装新油，使油 液变质；未建立液压油定期取样化验的制度；换新油时， 未清洗干净管路和油箱；管理不严，库存油液品种混乱； 将两种不能混合使用的油液混合使用。
• 节流阀18-1 用于抑制蓄能器预压力并在系统维修时，释 放来自蓄能器16-1的压力油。油箱上装有油位开关2，用 来监视油箱的油位，防止油箱内油溢出或泵在缺油情况下 运转。
• 油箱内的油温由装在油箱上部的热电阻（PT100）测得。 油温达到设定值时会报警。
• 1)液压系统在运转／暂停时的工作情况 • 电磁阀19-1 和19-2(紧急顺桨阀)通电后，使比例阀上的P
工作的灵敏性、稳定性、可靠性和寿命提出了愈 来愈高的要求，而油液的污染会影响系统的正常 工作和使用寿命，甚至引起设备事故。据统计， 由于油液污染引起的故障占总故障的75％以上， 固体颗粒是液压系统中最主要的污染物。可见要 保证液压系统工作灵敏、稳定、可靠，就必须控 制油液的污染。
• 液压油污染原因与危害 • 液压油污染原因 • 1)藏在液压元件和管道内的污染物 • 液压元件在装配前，零件未去毛刺和未经严格清洗，铸造
• 机械刹车机构
• 机械刹车机构由安装在低速轴或高速轴上 的刹车盘与布置在它四周的液压钳构成。 液压钳是固定的，刹车圆盘随轴一起转动。 由PLC控制刹车钳的打开和关闭。实现风力 发电组轴系的启、停。为了监视机械刹车 机构的内部状态，刹车钳内部装有指示刹 车片厚度的传感器。
定桨距与变桨距-风力发电机组
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到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。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
风力发电机组及应用：变桨距风力发电机组的液压系统(电)
• 当比例控制没有反馈信号时,可实现控制精度较好的闭环 控制,其系统框图如图4-12所示。
图4-12 闭环控制比例系统方框图
• 二、液压系统图
与定桨距 风力发电机组的液压 系统很相似,也
。 • 一路由蓄能器通过电
液比例阀供给叶片变 桨距油缸。
图4-13所示为VESTAS V39 型风力发电机组液压站实物 图
• [1]1bar=105Pa
• 溢流阀13-1是防止泵在系统压力超过145bar时继续泵油进 入系统的安全阀。在蓄能器15因外部加热情况下,溢流阀 13-1会限制气压及油压升高。
• 油箱上装有油位开关2,以防油溢出或泵在无油情况下运转。 • 油箱内的油温由装在油池内的PT100传感器测得,出线盒装
风力发电机组及应用
• 教材:风电设备基础
• 第四章机组液压传动系统
• 在风力发电机中,有些机构的运行需要用电信号控制,以达到自动控制 或远程控制。液压系统（传动）在风力机的自动化运行与远程控制中 显得极为重要。本章将介绍液压传动的工作原理,系统的构成,以及定 桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组的液压传动系统的工作原理。
五、制动机构
• 制动系统由泵系统通过减压阀21供给压力源。 • 蓄能器15-2用于确保能在蓄能器15-1或泵没有压力的情况
下也能工作。
• 压力开关22-1是常闭的,当蓄能器15-2上的压力降低于 15bar时打开报警。
• 压力开关22-2用于检查制动压力上升,包括在制动器动作时。 • 溢流阀13-2防止制动系统在减压阀21误动作或在蓄能器15-
图4-9 位置反馈示意图
• （一）位置传感器 （线性可变差动变压器）。LVDT由
绕在与电磁铁推杆相连的软铁铁芯上的一个一次绕组和两 个二次绕组组成。
风力发电机组控制技术
恒速定桨距风力发电机组存在低风速运行时风能转换效 率低的问题。在整个运行风速范围内由于气流的速度是不断 变化的，如果风力机的转速不能随风速而调整，必然要使风 轮在低风速时的效率最低。发电机本身也存在低负荷时的效 率低的问题。 变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并 网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特 性都有显著的改善。风力发电机组的变桨距系统组成的闭环 控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。
1.2.2 风力发电机组安全运行的基本条件 对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化，所以 转速的控制是机组安全运行的关键。风速的变化、转速的变化、 温度的变化、振动等都会直接威胁风力发电机组的安全的运行。 1.2.2.1 风力发电机组工作参数的安全运行范围 1风速 风速的规定工作范围3~25m/s，风速超过25m/s以上时，会 对机组的安全性产生威胁。 2转速 风力发电机组超速时，对机组的安全性将产生严重威胁。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统
1 概述 2 定桨距风力发电机的控制 3 变桨距风力发电机的控制 4 变速风力发电机的控制 5 控制系统的执行机构 6 偏航系统
1 概述 风力发电机组控制系统是机组正常运行的核心，其控制技 术是风力发电机组的关键技术之一，其精确的控制、完善的功 能将直接影响机组的安全与效率。 1.1 风力发电机组控制系统的基本组成 控制系统关系到风力机的工作状态、发电量的多少以及设备 的安全。 发电机的结构和类型不同形成了多种结构和控制方案。风力 发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组 成。
（4）热继电器保护运行，设过热、过载保护控制装置。 （5）接地保护，设备所有零部件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。
风电机组液压系统
• 电磁阀12-2 为停机阀，用来释放油缸的液 压油，使叶尖扰流器在离心力作用下滑出； 突开阀15，用于超速保护，当叶轮的转速 超过设计值时，通过离心力对活塞的作用， 使回路内压力升高；当压力达到一定值时， 突开阀开启，压力油泄回油箱。突开阀不 受控制系统的指令控制，是独立的安全保 护装置。
• 图中，Ⅱ、Ⅲ控制回路是两个独立的高速轴制动回路，通 过电磁阀13-l，13-2分别控制制动器中压力油的进出，从 而控制制动器动作。工作压力由蓄能器8-1 保持。压力开 关9-1 根据蓄能器的压力控制液压泵电动机的启、停。压 力开关9-3、9-4用来指示制动器的工作状态。 • 图中，Ⅳ控制回路为偏航系统回路，偏航系统有两个工作 压力，分别提供偏航时的阻尼和偏航结束时的制动力。工 作压力仍由蓄能器8-1保持。工作时，电磁阀16 得电，回 路压力由溢流阀调节，为系统提供足够的压力保持机舱的 稳定；偏航结束时，电磁阀16失电，制动压力由蓄能器直 接提供。
变桨距风力发电机组的液压系统
• 比例控制技术 • 变桨距系统采用了比例控制技术。比例控制技术 是在开关控制技术和伺服控制技术间的过渡技术， 它具有控制原理简单、控制精度高、价格适中， 受到人们的普遍重视，使该技术得到飞速发展。 它是在普通液压阀基础上，用比例电磁铁取代普 通电磁铁构成的。采用比例放大器控制比例电磁 铁就可实现对比例阀进行连续控制，从而实现对 液压系统压力、流量、方向的连续调节。
• • • •
液压油污染原因与危害 液压油污染原因 1)藏在液压元件和管道内的污染物 液压元件在装配前，零件未去毛刺和未经严格清洗，铸造 型砂、切屑、灰尘等杂物潜藏在元件内部；液压元件在运 输过程中油口堵塞被碰掉，因而在库存及运输过程中侵入 灰尘和杂物；安装前未将管道和管道接头内部的水锈、焊 渣和氧化皮等杂物冲洗干净。 • 2)液压油工作期间所产生的污染物 • 油液氧化变质产生的胶质和沉淀物；油液中的水分在工作 过程中使金属腐蚀形成的水锈；液压元件因磨损而形成的 磨屑；油箱内壁上的底漆老化脱落形成的漆片等。
风力发电机组及应用：定桨距风力发电机组的液压系统(电)
通
常它由两个压力保持回路组成, 通过蓄能器供给叶尖
扰流器,
通过蓄能器供给机械刹车机构。这
。当
需要停机时,两回路中的常开电磁阀先后失电,叶尖扰流器
一路压力油被泄回油箱,叶尖动作；稍后,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ械刹车一路压
力油进入刹车油缸,驱动刹车夹钳,使叶轮停止转动。在两
个回路中各装有两个压力传感器,以指示系统压力,控制液
图4-7 定桨距风力发电机组的液压系统
• 图左侧是气动刹车压力保持回路,压力油经油泵、精滤油 器进入系统。溢流阀用来限制系统最高压力。开机时电磁 阀12-1接通,压力油经单向阀7-2进入蓄能器8-2,并通过单 向阀7-3和旋转接头进入气动刹车油缸。压力开关9-2由蓄 能器的压力控制,当蓄能器压力达到设定值时,开关动作,电 磁阀12-1关闭。
• 由于系统的内泄漏、油温的变化以及电磁阀的动作,液压 系统的工作压力实际上始终处于变化的状态之中。其气动 刹车与机械刹车回路的工作压力分别如图4-8（a）、（b） 所示。
图4-8 气动刹车与机械刹车压力图
图4-8 气动刹车与机械刹车压力图
• ①开机时液压泵启动；②内泄漏引起的压力降；③液压泵 重新启动；④温度引起的压力升高；⑤电磁阀动作引起的 压力降；⑥停机时电磁阀打开
压泵站补油和确定刹车机构的状态。
• 图4-7所示为FD43600kW风力发电机 组的液压系统。由 于偏航机构也引入 了液压回路,它
1—油箱；2—液 压泵；3—电动机； 4—精滤油器；5—油 位指示器；6—溢流 阀；7—单向阀；8— 蓄能器；9—压力开 关；10—节流阀； 11—压力表； 12,13,16—电磁阀； 14—刹车夹钳； 15—突开阀
偏航系统有两个工作压力,分别提 供偏航时的阻尼和偏航结束时的制动力。工作压力仍由蓄 能器8-1保持。由于机舱有很大的惯性,调向过程必须确保 系统的稳定性,此时偏航制动器用作阻尼器。工作时,4DT 得电,电磁阀左侧接通,回路压力由溢流阀保持,以提供调向 系统足够的阻尼；调向结束时,4DT失电,电磁阀右侧接通， 制动压力由蓄能器直接提供。
风力发电对变桨距及定桨距叶片气动性能与功率控制方式的分析
风力发电对变桨距及定桨距叶片气动性能与功率控制方式的分析摘要：依据风力发电厂实际的发电工作情况,并且从气动性和功率的控制这两方面对变桨距和定桨距叶片气的运行状况展开了叙述,针对风力发电机在安装运行中的问题提出了解决的措施。
关键词：变桨距定桨距气动性能功率控制风力发电所用的机械能是由叶片来进行对风能的吸收从而转化而来的,因此叶片就成为风力机的主要部件。
为了保证叶片在时时变化的风速下依然能够运行同时达到一定的稳定因素,从而不出现由于输出的功率过大而导致的事故发生,就一定要在叶片在进行功率的输出时做出相应的控制。
对于控制的原则不同,所以使用的机型也就不同,本文针对变桨距及定桨距这了两种不同类型的机型的特点进行了分析。
1、变桨距叶片的运行方式对于变桨距叶片运行的方式:它主要是依据对桨距角的改变。
改变叶片剖面攻角,适应风速的变化、是的在其在低风速运行的状态下最大限度的发挥风能的利用价值,提高气动输出的性能;在风速较高的状态下运行时,要降低叶片的气动性能,可以对攻角进行改变,降低叶片在高风速运行下的功率,从而达到在低功率下进行调速的目的。
1.1 对变桨距进行控制的操作原理由于变桨距的叶片在变距时,可分为两种情况:正调和负调。
对于变距系统来说它可以保证叶片在任何运行状态下做到最优良的运行。
现以美国100kW变桨距风力机变距控制为例:当达到启动风速时,风速仪信号传至监控单板机,驱动变距伺服系统使桨距角以很小的幅度向功率方位发展,并且幅度间歇上有允许叶片加速的过程,同时单板机监测加速率并调整幅度和间歇,以使叶片和驱动系统在没有重负荷情况下平稳加速。
如果突然有阵风引起的速度加快,单板机发出信号降低或退回至最后一次的桨距变化幅度;如果启动过程中有多于12次的退回出现,系统就会有报警并停机。
变距驱动至输出这一动作一直持续到测速系统显示的发电机转速达1500.5r/min时,风力机进入运行状态。
风力机进入运行状态后,单板机从功率变送器不断读出输出功率,并指示变距伺服系统据此改变桨距角来保持叶片运行平稳。
定桨距风电机组控制系统的研究
旁路接触器吸合 ， 软并 网装置 被旁路开 关短路 从而退 出运行 ， 异 步发 电机 的输 出电流将不再经双 向晶闸管 ， 而是通过 已闭合 的旁
路接触器直接流入 电网 ， 时机组完成 整个并 网过 程 ， 入稳 定 此 进 运行状态 。如果在机组并网过程 中 ， 维持 时间过 程超过 ６ ， 组 ｓ机
１ 定 桨 距 风 力 发 电机 组简 介
定桨距 风力发电机组 的主要结构特 点是 ， 叶与轮毅的连接 桨 是 固定 的， 即当风速变 化时 ， 叶节距 角不能 随之 变化 。这一特 桨 点使得 ， 当风速高于风轮 的额 定风速 时 ， 桨叶必 须能 够 自动地将
功率限制在额定值 附近 ， 叶的这 一特性称为 自动失 速性能 。运 桨 行 中的风力发 电机 组在突甩负载的情况下 ， 桨叶 自身必须 具备制
图 ３ 控 制 系统 总体 工艺 图
电机并 网瞬 间的 冲击 电流控 制
在 允 许 的限 度 内 ， 般 为 １５— 一 ．
４ 控 制 系统 关 键 技 术
４ １ 停 机控 制 ．
停机控制是针对控制 系统检测 到的异 常情况 ， 按照轻重缓 急 的原则执行 的停机动 作 ， 要保护整 机 的安 全运行 ， 既 又要 让整 机 的损耗 降至最低 。控制 系统设计 了 ３种停 机模 式 ， 即正 常停机 、 紧急停机 和紧急安全链停 机。 （ ）安全链 回路是独立于主 控系统 ， １ 执行 紧急停 机逻辑 ， 所
图 ３所 示 。
外 的需要执行停 机过程 的故 障 ， 进行正常停机 。 正常停 机执 行的动作 ： ① 叶尖扰流器展开 ； ② 高速轴机械刹 车在转速较低 时抱 闸 ， 减少机械损耗 ；
③ 发 电机 在 同步转 速 附
定桨距机组的控制技术
定桨距机组的控制技术本文对定桨距风力发电机组的控制系统的特点以及控制策略分别进行详细介绍。
一、定桨距机组的特点并网型风力发电机组从20世纪80年代中期开始逐步实现了商品化、产业化。
经过30余年的发展，容量已从数十千瓦级增大到兆瓦级，定桨距（失速型）风力发电机组在相当长的时间内占据主导地位。
尽管在兆瓦级风力发电机组的设计中已开始采用变桨距技术和变速恒频技术，但由此增加了控制系统与伺服系统的复杂性，也对机组的成本和可靠性提出了新的挑战。
但是，定桨距风力发电机组结构简单、性能可靠的优点是始终存在的。
（一）定桨距风力发电机组的结构特点1.风轮结构定桨距风力发电机组的主要结构特点是桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
这一特点给定桨距风力发电机组提出了两个必须解决的问题：一是当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的，桨叶的这一特性被称为自动失速性能；二是运行中的风力发电机组在突然失去电网（突甩负载）的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。
早期的定桨距风力发电机组风轮并不具备制动能力，脱网时完全依靠安装在低速轴或高速轴上的机械刹车装置进行制动，这对于数十千瓦级的机组来说问题不大，但对于大型风力发电机组，如果只使用机械刹车，就会对整机结构强度产生严重的影响。
为了解决上述问题，桨叶制造商首先在20世纪70年代用玻璃钢复合材料研制成功了失速性能良好的风力机桨叶，解决了定桨距风力发电机组在大风时的功率控制问题；20世纪80年代又将叶尖扰流器成功地应用在风力发电机组上，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题，使定桨距（失速型）风力发电机组在近20年的风能开发利用中始终占据主导地位，直到最新推出的兆瓦级风力发电机组仍然有机型采用该项技术。
2.桨叶的失速调节原理当气流流经上下翼面形状不同的叶片时，因突面的弯曲而使气流加速，压力较低，凹面较平缓面使气流速度缓慢，压力较高，因而产生升力。
定桨距风力发电机组的主动失速控制
/ I+ < 6):"V):"@:
)/"
!!表(给出了不同平均风速下机组年发电量随切
出风速的变化情 况! 可 以 看 出#在 不 同 的 平 均 风 速
下机组都有一个最 佳 的 切 出 风 速#在 该 切 出 风 速 下
机 组 的 年 发 电 量 最 大 ! 以 平 均 风 速 为 ! ?%9的 风 场 为 例 #切 出 风 速 设 置 为 "N ?%9时 机 组 的 年 发 电 量 最 高#比切出 风 速 设 置 在 "Q ?%9时 要 高 出 近 S6/l! 可 见 #与 变 桨 距 风 力 发 电 机 组 有 所 不 同 #对 于 采 用 主 动失速控制的定桨 距 风 力 发 电 机 组#并 非 切 出 风 速 越高就会使年发电 量 越 高#而 是 随 着 平 均 风 速 的 变 化而变化 的! 需 要 根 据 风 电 场 风 能 资 源 的 具 体 情 况 #对 机 组 的 切 出 风 速 进 行 针 对 性 的 优 化 设 计 #使 得
风力发电机组变桨距
风力发电机组变桨距风力发电机组变桨距：随着国家新能源发展战略的提出和实施，我国风电产业进入跨越式发展的阶段。
本文从分析我国风力发电的现状出发，在总结分析风力发电技术发展的基础上，对我国风电发展过程中存在的主要问题进行了探讨分析，提出了相关建议。
关键词：风力发电；现状；技术发展能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。
常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。
因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。
风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。
我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。
近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛，但同时也暴露出一些问题。
总结我国风电现状及其技术发展，对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要的参考价值。
1我国风力发电的现状202*年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。
202*年12月，我国政府向世界承诺到202X年单位国内生产总值二氧化碳排放比202*年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到202X年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。
论文大全网编辑。
随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。
到202*年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，202*年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。
可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计202*年我国累计装机容量有望突破4000万kW。
风力发电机组电动变桨距系统的
分析原因，主要是因为电动变桨距系统能够根据风速的变化快速调节桨距角，适应风速的变 化，从而提高风能利用率和发电效率。同时，由于电动变桨距系统的调节速度较快，还可以 减少因风速突变对风力发电机组造成的冲击和损坏。
04
电动变桨距系统实验验证电机组实际运行环境，实验台 应包括风速可调、风向可调、
功率测量等装置。
电动变桨距系统
安装电动变桨距系统于风洞实验台 上，确保系统正常运行，并可进行 变桨距调节。
数据采集系统
建立数据采集系统以实时收集风速 、功率、桨距角等数据。
电动变桨距系统的运行原理
当风速过大时，控制系统会根据风速和发电机组运行状态， 通过电机驱动变桨距机构，使叶片角度顺桨，以减小风能吸 收，保持发电机组稳定运行。
当风速较小时，控制系统则会通过电机驱动变桨距机构，使 叶片角度逆桨，以增大风能吸收，提高发电机组的发电效率 。
电动变桨距系统的特点
01
02
电动变桨距系统的意义
电动变桨距系统是风力发电机组的核心组成部分，能够根据风速变化自动调节桨叶 的角度，从而保持发电机组的稳定运行。
电动变桨距系统的应用能够提高风能利用率，增加发电量，提高风力发电的经济性 。
电动变桨距系统的智能化控制能够降低人工干预成本，提高风力发电的可靠性。
02
电动变桨距系统工作原理
电动变桨距系统的控制算法
PID控制算法
PID（比例-积分-微分）是一种常用的控制算法，它根据设定值与实际值的偏差进行调节，通过比例、积分和微 分三个环节的组合，实现对系统的精确控制。在电动变桨距系统中，PID控制算法通常用于调节电动机的扭矩输 出。
第四讲 定桨距风力发电机组
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、自起动的条件
2.风况
连续10min风速在风力发电机组运行风速的 范围内（3.0m/s < v < 25m/s）。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、自起动的条件
3.机组
1）发电机温度、增速器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; 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; 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。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
二、双速发电机
当风力发电机组在低风速段运行时，不仅桨 叶具有较高的气动效率，发电机的效率也能 保持在较高水平，从而使定桨距风力发电机 组与变桨距风力发电机组在进入额定功率前 的功率曲线差异不大。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
二、运行过程中的主要参数监测
电力参数监测 风力参数监测 机组状态参数监测
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
（一）电力参数监测
电网三相电压、电网频率、发电机输出的三相电流、 发电机功率因数等。 用于判断风力发电机组的起动条件、工作状态及故 障情况，还用于统计风力发电机组的有功功率、无 功功率和总发电量。此外，还根据电力参数，主要 是发电机有功功率和功率因数来确定补偿电容的投 入与切出。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
浅析定桨距风力发电系统组成
浅析定桨距风力发电系统组成贾玉梅【摘要】主要对定桨距风力发电系统进行研究,介绍了定桨距风力机发电系统的组成及其运行启动等.得出了采用小电机使桨叶具有较高的气动效率,提高了发电机的运行效率.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】2页(P56-57)【关键词】风力发电;桨叶;组成;风速【作者】贾玉梅【作者单位】包头职业技术学院【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言定桨距风力发电机组的主要结构特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
这一特点给定桨距风力发电机组提出了两个必须解决的问题：一是当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因此风力机上所有材料的物理性能是有限度的。
桨叶的这个特性被称为自动失速性能；二是运行中的风力发电机组在突然失去电网（突甩负荷）的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机[1]。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
1 风力发电机组的组成大中型风力发电机组的组成要比小型机组复杂的多，一般由叶片、轮毂、主轴、增速齿轮箱、调向机构、发电机、塔架、控制系统及附属部件（机舱、机座、回转体、制动器等）组成。
1.1 风轮叶片安装在轮毂称作风轮，它包括叶片、轮毂和主轴等。
风轮是风力发电机接受风能的部件。
现代的风力发电机的叶片数通常为1～4枚，叶片最常用的是2枚或3枚叶片。
叶片是风力发电机组最关键的部件。
它一般采用非金属材料（如玻璃钢、木材等）。
叶片又可分为变浆距叶片和固定浆距叶尖（或叶尖有阻尼器）两种叶片，其作用都是为了调速。
从叶片结构上又可分为木制叶片、铝合金挤压成型的等弦长叶片、钢制叶片、钢纵梁玻璃钢叶片和玻璃钢叶片等。
叶片安装在轮毂上，有些调速装置就安装在轮毂内。
变浆距双馈型风力发电机组的结构和原理-訾恒编著
第四章变浆距双馈型风力发电机组的结构和原理概述：变浆距风力发电机是在定浆距风力发电机成功运用的基础上发展起来的机型，它的桨叶角度可以调节，以达到最佳的叶尖速比，使得风力机的风能利用率大大提高。
变浆距风机相对于定浆距风机的优势是十分明显的，当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，可以使功率输出保持稳定。
在风力发电机启动时需要较大的气动扭矩，也需要通过变浆系统的动作以获得足够的气动转矩。
其实风机设计人员最初设计的风力发电机都是倾向于变浆距的，但是由于技术条件有限，控制系统、变浆系统不成熟，在极端条件下往往不能满足风力发电机的安全运行条件。
所以变浆距风机在很长一段时间里得不到发展。
经过定浆距风机的运行实践，设计人员对风力发电机组的运行工况和各种受力状态有了更深入的了解，变浆距风机的先天优势重新进入设计人员的视线，变浆距风机的设计重新被重视起来，当前的变浆距风力发电机已经成为市场的主流，目前投入商业运行的变浆距双馈型机组有很多，但其结构和原理大同小异，其中丹麦维斯塔斯的V90系列应用较为广泛，市场占有率较高，结构也很典型。
这一章将以Vestas的V90-1.8/2.0MW风机为例来学习变浆距双馈型机组的结构和原理。
4.1维斯塔斯V90-1.8/2.0MW风机的特点维斯塔斯是进入中国市场的第一家风机供应商，拥有20%的全球市场份额，是世界风能解决方案的领先供应商。
已在全球六大洲66个国家和地区安装了43,000多台风机。
维斯塔斯拥有中国最大的风力发电制造厂，生产发电机、叶片、机舱、轮毂和控制系统。
已经在中国三个不同的省份拥有五家风机制造工厂。
维斯塔斯V80/V90-1.8/2.0MW风机是维斯塔斯公司目前的主力机型，属于桨距调节的上风向风机，配有主动偏航和三叶片风轮。
V90-1.8/2.0MW风机采用了先进的叶片设计和技术，其叶片的重量与V80-2.0MW风机叶片的重量相同，但叶片的扫掠面积增加了27%。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
从小发电机向大发电机的切换
一般以平均功率或瞬时功率参数为预置切换 点。 例如NEC Micon 750kW机组以10min平均功 率达到某一预置值P1，或以4min平均功率 达到预置值P2作为切换依据。 采用瞬时功率参数时，一般以5min内测量的 功率值全部大于某一预置值P1，或1min内 的功率全部大于预置P2值作为切换的依据。
作者 (Prepared By): 林俐 电气与电子工程学院
一、控制系统的基本功能
根据风速信号自动进入起动状态或从电网切出。 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。 根据风向信号自动对风。 根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容。 当发电机脱网时，能确保机组安全停机。 在机组运行过程中，监测和记录电网、风况和机组的运行 状况；判断异常，起动相应保护措施。 根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的 各项性能指标。 对在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功 能。
作者 (Prepared By)距风力发电机组在低 风速区，不同的节距角所 对应的功率曲线几乎是重 合的。 在高风速区，节距角的变 化，对其最大输出功率的 影响是十分明显的。 事实上，调整桨叶的节距 角，改变了桨叶对气流的 失速点。根据实验结果， 节距角越小，气流对桨叶 的失速点越高，其最大输 出功率也越高。 定桨距风力机要在不同的空气密度下调整桨叶安装角
二、双速发电机
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
V52-850千瓦风力发电机于不同噪音级别下的功率曲线
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、功率输出
风力发电机组的功率输出主要取决于风速，此外，气压、气 温和气流扰动等因素也显著地影响其功率输出。 定桨距叶片的功率曲线是在空气的标准状态下测出的，空气 密度=1.225kg/m3，一般当温度变化±10℃，相应的空气密 度变化±4%。 当气温升高，空气密度就会降低，相应的功率输出就会减 少，反之，功率输出就会增大。 桨叶的失速性能只与风速有关。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
四、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响
定桨距风力发电机组的桨叶节距角和转速都 是固定不变的。 风力发电机组的 功率曲线上只有一 点具有最大功率系数
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
四、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、自起动的条件
正常起动前10min内，电网、风况和机组的 状态满足要求。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、自起动的条件
1.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。
•定桨距失速型风力发电机组是通 过风轮叶片失速来控制风力发电机 组在大风时的功率输出。 •通过叶尖扰流器来实现极端情况 下的安全停机问题。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
定桨距风力发电机组低风速的效率问题 为解决低风速运行的效率问题 目前风力发电机组
在P>30%额定功率范围内，效率高于90% 当P<25%额定功率时，效率会急剧下降。
额定转速较低的发电机在低风速时具有较高 的功率系数；额定转速较高的发电机在高风 速时具有较高的功率系数。 额定转速并不是按在额定风速时具有最大的 功率系数设定的。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
对于定桨距风力发电 机组来，早在风速达 到额定值以前就己开 始失速了，到额定点 时的功率系数已相当 小。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
二、双速发电机
定桨距风力发电机组普遍采用双速发电机，分别设 计成4极和6极。 一般6极发电机的额定功率设计成4极发电机的1/4 到1/5。 例如
600kW定桨距风力发电机组一般设计成6极150kW和4极 600kW。 750kW风力发电机组设计成6极200kW和4极750 kW。 1000 kW 风力发电机组设计成6极200kW和4极1000kW。
电网研究所
PGRI
第四讲 定桨距风力发电机组
作者 (Prepared By): 林俐 电气与电子工程学院
电网研究所
PGRI
第一节 定桨距风力发电机组的特点
作者 (Prepared By): 林俐 电气与电子工程学院
一、风轮结构
定桨距：桨叶与轮 毂的连接是固定 的，即当风速变化 时，桨叶的迎风角 度不能随之变化。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、自起动的条件
2.风况
连续10min风速在风力发电机组运行风速的 范围内（3.0m/s < v < 25m/s）。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、自起动的条件
3.机组
1）发电机温度、增速器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; 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; 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。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
失速是翼型运行在非正常状态，是不稳定的状态； 失速角也不是一成不变的，它受到空气湿度、温度 等变化的影响 失速是不可能稳定地控制转速，失速控制的范围也 作者 (Prepared By)：林俐 是有限的。 电气与电子工程学院
解决办法
自动失速——采用失速性能良好的风力机桨叶(玻 璃钢复合材料) 安全停机——叶尖扰流器
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
电动机起动
电动机起动一般只在调试期间无风时或某些 特殊的情况下。 电动机起动时间不应超出60s，起动电流小 于小发电机额定电流的3倍。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
电网研究所
PGRI
第三节 风力发电机组的基本控制要求
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
二、运行过程中的主要参数监测
电力参数监测 风力参数监测 机组状态参数监测
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
（一）电力参数监测
电网三相电压、电网频率、发电机输出的三相电流、 发电机功率因数等。 用于判断风力发电机组的起动条件、工作状态及故 障情况，还用于统计风力发电机组的有功功率、无 功功率和总发电量。此外，还根据电力参数，主要 是发电机有功功率和功率因数来确定补偿电容的投 入与切出。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
风速与旋转平面有 个夹角，这就是迎 角（迎风角，攻 角）。 桨距角是翼型的弦 线与旋转平面的夹 角
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
定桨距风力发电机组面临的问题
一是当风速高于风轮的设计点风速（额定风速） 时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附 近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的。 桨叶的这一特性被称为自动失速性能。 二是运行中的风力发电机组在突然失去电网(突甩 负载)的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使 风力发电机组能够在大风情况下安全停机。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
三、功率输出
同样的风机安装在不同地 点，其桨叶角度不应该相 同。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
冬季和夏季应对桨叶的 安装角各作一次调整
三、功率输出
主动失速性定桨距风力发电机组 当风力发电机组超过额定功率后，桨叶节距 主动向失速方向调节，将功率调整在额定值 上。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
二、双速发电机
当风力发电机组在低风速段运行时，不仅桨 叶具有较高的气动效率，发电机的效率也能 保持在较高水平，从而使定桨距风力发电机 组与变桨距风力发电机组在进入额定功率前 的功率曲线差异不大。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
桨叶的失速调节原理
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
桨叶的失速调节原理
叶片根部叶面先进入失 速，随风速增大，失速部 分向叶尖处扩展，原先已 失速的部分，失速程度加 深，未失速的部分逐渐进 入失速区。 失速部分使功率减少，未 失速部分仍有功率增加。 从而使输入功率保持在额 定功率附近。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
大发电机向小发电机的切换
当发电机功率持续10min内低于预置值P3时，或1min内平 均功率低于预置值P4时，将执行大发电机向小发电机的切 换。 风力机是一个巨大的惯性体，当它转速降低时要释放出巨 大的能量，小发电机要吸收这么大的能量，其过渡过程较 长。 采用在大发电机切出电网的同时释放叶尖扰流器，使转速 下降到小发电机并网预置点以下，再由液压系统收回叶尖 扰流器。稍后，发电机转速上升，重新切入电网。 国产FD 23-200/40kW风力发电机组便是采用这种方式进行 切换的。
作者 (Prepared By)：林俐 电气与电子工程学院
电网研究所
PGRI
第二节 定桨距风力发电机组的基 本运行过程
作者 (Prepared By): 林俐 电气与电子工程学院
一、待机状态
当风速>3m/s，但不足以将风力发电机组拖动到切 入的转速；或者风力发电机组从小功率状态切出， 没有重新并入电网，这时的风力机处于自由转动状 态，称为待机状态。 待机状态除了发电机没有并入电网，机组实际上已 处于工作状态。 控制系统己做好切入电网的一切准备： 机械刹车已松开；叶尖阻尼板已收回；风轮处于迎 风状态；液压系统的压力保持在设定值；风况、电 网和机组的所有状态参数均在控制系统检测之中。