风力发电机控制原理
风力发电机的工作原理
风力发电机的工作原理风力发电机是一种利用风能进行发电的装置，其工作原理主要可以分为风能转化和电能转化两个过程。
下面我将详细介绍风力发电机的工作原理，以及其中涉及的一些关键技术和装置。
一、风能转化过程风力发电机首先需要将自然界中的风能转化为机械能，这一过程需要通过如风轮、转轴和变速机构等装置完成。
1. 风轮：风轮是风力发电机中最关键的部件之一，它的作用是将空气中的风能转化为旋转动能。
风轮通常由数片叶片组成，叶片的形状和数量会直接影响到风轮的转速和效率。
一般来说，叶片越大、旋转速度越快，风能转化效率就越高。
此外，风轮上还配备了定位装置，可以根据风的方向调整叶片的角度，以便尽可能地捕捉到更多的风能。
2. 转轴和传动系统：叶片转动时，它们会带动转轴一起旋转。
转轴是将叶片旋转动能传递给发电机的关键部件，它通常由钢材制成，具有足够的强度和刚度。
除了转轴外，风力发电机还配备了传动系统，用于调整风轮和发电机之间的转速差异。
传动系统的设计主要有两个目的：一是使风轮的旋转速度能够匹配发电机的工作要求，二是提高发电机的转速并输出更高的电能。
二、电能转化过程风力发电机将机械能转化为电能的过程，需要通过发电机和变流器等装置完成。
1. 发电机：风力发电机选用的是特殊的发电机，称为风力发电机或风能发电机。
这种发电机的工作原理和普通的发电机基本相同，都是通过旋转运动来驱动转子产生磁场，然后通过磁场和线圈之间的电磁感应产生电能。
与普通发电机不同的是，风力发电机需要具有更高的转速、功率因数和效率。
2. 变流器：由于风力发电机产生的电能是交流电，需要将其转换为适应电网输送的直流电。
这一过程需要通过变流器完成，变流器主要功能是将交流电转化为直流电，并通过电压和频率控制，将发电机输出的电能以适合的形式输送到电网中。
总结：风力发电机的工作原理主要包括风能转化和电能转化两个过程，通过风轮、转轴、变速机构、发电机和变流器等装置的协同工作，将自然界中的风能转化为电能。
永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理
永磁同步风⼒发电系统的组成、⼯作原理及控制机理永磁同步风⼒发电系统的系统基本组成、⼯作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风⼒发电系统主要采⽤如下结构组成：风⼒机（这⾥概括为：叶⽚、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。
其中全功率变流器⼜可分为发电机侧整流器、直流环节和电⽹侧逆变器。
就空间位置⽽⾔，变流器和风机总控系统⼀般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。
2.⼯作原理：系统中能量传递和转换路径为：风⼒机把捕获的流动空⽓的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风⼒机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化⽽变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电⽹同步的可控电能并馈⼊电⽹，从⽽最终实现直驱系统的发电并⽹控制。
3.控制模式：风⼒发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电⽹、风况和机组运⾏参数，对机组运⾏进⾏控制。
⽽且还要根据风速与风向的变化，对机组进⾏优化控制，以提⾼机组的运⾏效率和发电量。
风⼒发电控制系统的基本⽬标分为三个层次：分别为保证风⼒发电机组安全可靠运⾏，获取最⼤能量，提供良好的电⼒质量。
控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运⾏主控制器、功率输出单元、⽆功补偿单元、并⽹控制单元、安全保护单元、通讯接⼝电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、⾃动最⼤功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、⾃动解缆、并⽹和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
⼀、系统运⾏时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个⽅⾯：⾃动对风、⾃动解缆和风轮保护。
1)⾃动对风正常运⾏时偏航控制系统⾃动对风，即当机舱偏离风向⼀定⾓度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，⾃动对风停⽌。
2)⾃动解缆当机舱向同⼀⽅向累计偏转2~3圈后，若此时风速⼩于风电机组启动风速且⽆功率输出，则停机，控制系统使机舱反⽅向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不⾃动解绕；若机舱继续向同⼀⽅向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障⾃动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，⾃动停机，等待⼈⼯解缆操作。
风力发电系统的控制原理
风力发电系统的控制原理风力涡轮机特性：1，风能利用系数Cp风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：P---风力涡轮实际获得的轴功率r---空气密度S---风轮的扫风面积V---上游风速根据贝兹〔Betz〕理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。
2，叶尖速比l为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。
n---风轮的转速w---风轮叫角频率R---风轮半径V---上游风速在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。
从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。
如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。
图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。
在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。
每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段〔若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。
〕它是工作区段。
在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。
3，变速发电的控制变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确〔机组惯量大〕。
三段控制要求：低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。
联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ〔ｎ〕关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。
图３是风速变化时的调速过程示意图。
设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得与变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。
风力发电机工作原理：风能如何转化为电能
风力发电机工作原理：风能如何转化为电能
风力发电机是一种将风能转化为电能的设备。
其工作原理涉及风的动能通过旋转风轮（叶片）驱动发电机产生电能。
以下是风力发电机的基本工作原理：
1. 风的动能转化：
风力发电机的关键在于将风的动能转化为旋转机械部件的动能。
风是由地球上的温度和压力差异引起的，其中气流中的空气分子具有动能。
2. 叶片设计：
风力发电机通常包括三片或更多的叶片，这些叶片被设计成具有特定的空气动力学形状，以最大化从风中提取动能的效率。
3. 风轮转动：
当风吹过风力发电机的叶片时，叶片会受到气流的冲击，导致风轮
（转子）开始旋转。
4. 传动系统：
风轮的旋转通过传动系统（通常是齿轮箱）连接到发电机的转子。
这样的连接转换了机械能的形式，使其适用于发电机。
5. 发电机工作：
发电机的转子在旋转时，通过感应产生电流。
这是基于电磁感应的原理，即旋转的导体在磁场中产生感应电动势。
6. 电能产生：
通过电气系统，发电机产生的交流电被转换和调整为适用于输送到电网的电能。
7. 风向和控制：
风力发电机通常配备了风向控制系统，可以自动调整风轮的方向，确保始终朝向风的方向，最大化能量捕获效率。
8. 存储和输送：
有时，通过电能存储系统（如电池）或通过将电能输送到电网，风力发电机的产生的电能可以被存储或用于满足不同时间的用电需求。
风力发电机的工作原理基于通过叶片转动产生的旋转机械能，进而通过发电机产生电能。
这种技术是一种清洁、可再生的能源，对环境影响较小，因此在全球范围内得到广泛应用。
风力发电机的原理和构造
风力发电机的奥秘：向风而生
风力发电作为一种可再生、清洁的能源，近年来在全球范围内得到了广泛的应用。
那么它的原理是什么呢？构造又是什么呢？
第一部分：原理
风力发电机的原理可以简单概括为能量转换。
它将风能转化为机械能，再进一步转化为电能。
大风吹来时，风羽旋转，而风羽通过风轮与主轴相连，主轴带动发电机发电。
发电机的转动将机械能转化为电能，送入电网中。
第二部分：构造
风力发电机主要由以下几部分组成：
1.风轮：风轮是风力发电机的重要组成部分，也是能量转换的关键部分。
风轮负责将风能转换成机械能，进而驱动发电机转动。
2.发电机：发电机是将机械能转化为电能的核心部件。
当风轮带动主轴转动，主轴与发电机相连，发电机转动并将机械能转化为电能输出。
3.塔架：塔架负责承载整个风力发电机。
一般来说，塔架越高，风轮所受到的风力越强，因此风力发电机的高度非常重要。
4.控制系统：控制系统负责监控风力发电机的运行状况，根据不同的风速自动调整叶片的角度，使其始终面向风向。
第三部分：应用和前景
风力发电机是目前应用最为广泛的可再生能源设备之一。
在全球范围内，风力发电已经成为了一种成熟的发电方式。
根据国际能源署的数据，到2030年，全球风力发电的装机容量将增加一倍以上。
总结：
风力发电机是利用风能转换为电能的高效、环保的设备。
其原理非常简单，构造也较为清晰明了。
随着全球对可再生能源的重视程度不断提高，风力发电机的应用前景更加广阔。
风力发电机工作原理和基本组成是什么？
风力发电机工作原理和基本组成是什么？1. 工作原理风力发电机是利用风的能量将其转化为电能的一种装置。
它的工作原理基于风能转化为机械能，然后通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电机的工作原理可分为以下几个步骤：1. 风能捕捉：风力发电机的核心部件是风轮，它通常由数片叶片组成。
当风吹过叶片时，受到风压的作用，叶片开始转动。
2. 机械能转换：叶片转动带动风轮转动，风轮与轴相连接。
当风轮转动时，轴也随之转动，将风能转化为机械能。
3. 传输和增强：转动的轴通过传动装置（常见的是齿轮箱）将机械能转移到发电机上。
传动装置的作用是增加转速和扭矩。
4. 电能转换：发电机接收到机械能后，将其转化为电能。
发电机是通过电磁感应原理工作的，转动的轴带动磁场与线圈之间的相对运动，从而在线圈中产生电流。
5. 电能输出：产生的电能经过调节和整流，最终通过电缆传输到电网中，供人们使用。
2. 基本组成风力发电机的基本组成包括以下几个核心组件：1. 风轮：也称为叶片，是风力发电机的捕风器。
它通过受到风压力的作用来转动轴，将风能转化为机械能。
2. 轴：风轮转动时带动的部分，将机械能传输给发电机。
3. 传动装置：常见的是齿轮箱，用于将风轮转动的低速旋转传递给发电机，增加转速和扭矩。
4. 发电机：包括定子和转子，通过转动的轴带动转子与定子之间相对运动，利用电磁感应原理将机械能转化为电能。
5. 控制系统：用于监测风力发电机的状态，调节发电机的输出功率，保证系统的稳定运行。
6. 电网接入装置：将发电机产生的电能通过调节和整流后，连接到电网中，实现电能的输出。
综上所述，风力发电机的工作原理是利用风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
其基本组成包括风轮、轴、传动装置、发电机、控制系统和电网接入装置等核心部件。
风力发电机的工作原理和基本组成的理解对于深入了解和应用风力发电技术具有重要意义。
风力发电原理
4）最大限度地将风能转换为电能,即在额定风速以下 ,可能使发电机在每1种风速时,输出的电功率达到最大, 额定风速以上时则保持输出电功率为常量；
5）风力发电机输出的电功率保持恒压恒频,有较高的 电能品质质量.
风力发电机组控制目标有很多项,控制方法多种多样, 按控制对象划分大致可分为偏航系统、发电机并网 控制系统、发电机功率控制系统、电容器控制系统 等等,其中两个核心问题是：风能的最大捕获以提高 风能转换效率以及改善电能质量问题.由风力机最大 风能捕获的运行原理可知,若风速越高,则与之相对 应的风力机转速越高.但受风电机组转速极限、功率 极限等限制,风力机转速不可能太高.
分类： 1）根据它收集风能的结构形式及在空间的布置,可
分为水平轴式或垂直轴式. 2）从塔架位置上,分为上风式和下风式；
3）还可以按桨叶数量,分为单叶片、双叶片、 三叶片、四叶片和多叶片式.
4）从桨叶和形式上分,有螺旋桨式、H型、S 型等；
5）按桨叶的工作原理分,则有升力型和阻力型 的区别.
6）以风力机的容量分,则有微型(1kW以下)、 小型(1—10kW)、中型(10—100kW)和大型 (100kw以上)机.
其中, Cp为风能利用系数（Power Coefficient）,表示风
机捕获风能的能力, Cp = Pcapture / Pwind
偏导航系统的作用
偏航系统的主要作用有两个： 1) 与风力发电机组的控制系统相互配合,使风发电 机组的风轮始终处于迎风状态,充分利用风能,提高 风力发电机组的发电效率； 2) 提供必要的锁紧力矩,以保障风力发电机组的安 全运行.
（四）发电机
发电机的作用,是利用电磁感应现象把由风轮输出 的机械能转变为电能.
2、双馈式异步风力发电机组
风力发电机运行的空气动力学原理解析
风力发电机运行的空气动力学原理解析风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备，利用空气动力学原理进行运行。
空气动力学是研究空气在物体表面流动时所产生的力学效应的学科，其中涉及到的流体力学、空气动力学和结构力学等知识领域。
本文将从风力发电机的构成和原理、空气动力学原理以及风力发电机的运行过程等方面对其运行原理进行分析和解析。
首先，风力发电机由风轮、主轴、发电机以及塔架等构成。
其中，风轮是最重要的部件，它是通过空气动力学原理将风能转换为机械能。
风轮主要由叶片、主轴承和转子组成，其中叶片是最关键的部分。
在运行过程中，当风流通过风轮的叶片时，由于叶片的形状和倾斜角度，会使得风流产生一定的压力差，从而使风轮转动。
风轮的转动通过主轴传递给发电机，由发电机将机械能转化为电能。
其次，风力发电机的运行离不开空气动力学原理的支持。
当风流通过风轮的叶片时，由于风流的高速流动和叶片的形状等因素，会在叶片上产生压力差。
根据伯努利定律，当流体速度增加时，压力就会下降，而风轮叶片的形状和倾斜角度使得上表面的流速较快，下表面的流速较慢，从而产生了压力差。
此时，风流将从高压区域流向低压区域，推动风轮转动。
这就是风力发电机利用空气动力学原理来转换风能的过程。
风力发电机使用的是无驱动翼型，即在风流作用下产生升力来推动转子转动。
翼型的选择非常关键，不同的翼型会有不同的气动性能，影响着风力发电机的效率和输出功率。
一般而言，翼型的厚度比例愈小，气动性能愈好，当然翼型的选择还要结合具体的风力工况。
在实际应用中，常用的翼型有NACA系列翼型、稳定翼型等。
最后，风力发电机的运行过程可以简单概括为：当风力达到一定速度时，风轮开始转动，这时发电机开始工作，将机械能转化为电能。
随着风力的增大，风轮的转速也会增加，进而提高了发电机的输出功率。
另外，为了保证风力发电机的安全运行，还需要考虑风轮的稳定性和抗风性能。
在强风条件下，风力发电机会自动启动风刹系统，将风轮停止旋转，以避免因风力过大导致设备损坏。
第四、五章 风力发电机原理与控制 风力发电原理课件
3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距 风速测量
发电机 转速检测
并网开关
电网 变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率 其它控制
16
3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测 和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
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2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异 步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与 绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可 以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁 电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。 转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双 馈”由此得名。
风力发电机结构和原理
风力发电机结构原理杜容熠太阳辐射到地球的热能中有约2％被转变成风能，全球大气中总的风能量约为1014MW（10亿亿千瓦）。
其中可被开发利用的风能理论值约有3.5×109MW（3.5万亿千瓦），比世界上可利用的水能大10倍。
把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。
风力发电机一般有叶轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。
风力发电机的工作原理比较简单，叶轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为叶轮轴的机械能，发电机在叶轮轴的带动下旋转发电。
1．风力发电原理：1.1 风能的概念：风能：空气因为太阳能辐射，造成压力差，而发生运动的动能称为“风能”,风能的计算公式为：E＝0.5ρsV³式中: E－风能（W）ρ－空气密度（kg/m3）S－气流截面积（m2)V－风速（m/s)风能密度（W）：单位时间内通过单位面积的风能，W＝0.5ρV³。
有效风能密度：指风机可利用的风速范围内的风能密度（对应的风速范围大约是3～25m/s)。
1.2 风能发电的动力学原理风力发电采用空气动力学原理，并非风推动叶轮叶片，而是风吹过叶片形成叶片正反面的压力差，这种压力差会产升力，令叶轮旋转并不断横切风流。
该原理类似于飞机上升时的原理，空气通过机翼，产生向上的升力和向前的阻力。
如果将一块薄板放在气流中，则在沿气流方向将产生一正面阻力F D和一垂直于气流方向的升力F L其值分别由下式确定L：F D=0.5CdρSV2F L=0.5C LρSV2式中：CD－阻力系数C－升力系数L S－薄板的面积ρ－空气的密度阻力型叶轮V －气流速度如果把薄片当作叶片，将其装在轮毂上组成叶轮，那么风的作用力旋转中心线就会使叶轮转动。
由作用于叶片上的阻力FD而使其转动的叶轮，称为阻力型叶轮；而由升力FL而使其转动的叶轮，称为升力型叶轮。
目前为止现代风力机绝大多数采用升力型叶轮。
2．风力发电机的组成部分及特点：2.1 叶轮叶轮是将风能转化为动能的机构，风力带动风车叶片旋转，再通过齿轮箱将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
风力发电机原理与机组控制
风力发电机原理与机组控制
风力发电机是一种将风能转换为电能的设备，其基本原理是利用风力驱动风轮旋转，通过传动系统将旋转的机械能传递给发电机，最终产生电能。
风力发电机主要由叶片、轮毂、传动系统、发电机、控制系统等组成。
叶片是风力发电机的关键部件，其形状和材料会影响到风力发电机的效率和性能。
轮毂是连接叶片和传动系统的部件，传动系统包括齿轮箱和联轴器等，用于将叶片旋转的机械能传递给发电机。
发电机则是将机械能转换为电能的核心部件。
风力发电机组的控制主要包括对风轮转速、发电机输出功率和机组运行状态的控制。
控制系统的核心是控制器，其通过传感器和执行器等部件，对风轮转速、发电机输出功率和机组运行状态进行实时监测和控制。
控制风力发电机组的目的是在保证发电机组安全运行的前提下，实现对发电机组输出功率的优化控制，从而提高发电效率和可靠性。
为此，控制器需要对风速、风向、叶片角度、发电机转速和输出功率等参数进行实时监测和控制。
总之，风力发电机组的控制是一项复杂的技术，需要对风力发电机的工作原理和控制系统有深入的了解和掌握。
风力发电控制器的原理
风力发电控制器的原理1. 引言风力发电是一种可再生能源，风力发电控制器是风力发电系统中的一个关键部件。
它的主要功能是保证风力发电机在恰当的风速下运行，以产生最大的输出功率，并保护风力发电机免受恶劣天气和不良运行状态的影响。
本文将介绍风力发电控制器的基本原理。
2. 风力发电控制器的主要组成部分风力发电控制器通常由以下几个组成部分构成：•风速传感器：用于监测风速并将信号传递给控制器；•风向传感器：用于监测风向并将信号传递给控制器；•控制器：用于控制风力发电机的运行状态；•电池组：用于储存风力发电机产生的电能；•逆变器：用于将直流电转换为交流电以供使用。
以上组成部分将在下文中详细介绍。
3. 风力发电控制器的工作原理风力发电控制器是通过检测风速和风向来控制风力发电机的运行状态。
如果风速过低或过高，控制器将采取措施使风力发电机停止运行或降低转速，以避免损坏装置。
控制器还会监测发电机的输出电压和输出电流，并采取相应的措施来保护发电机免受不良运行状态的影响。
以下是风力发电控制器的工作流程：1.风速传感器检测风速，并将信号传递给控制器；2.风向传感器检测风向，并将信号传递给控制器；3.控制器根据风速和风向的信号控制风力发电机的转速；4.发电机的输出电压和输出电流被监测，以确保发电机在正常工作状态下；5.发电机产生的电能被传送到电池组中进行储存；6.逆变器将储存的直流电转换为交流电，以供使用。
4. 风力发电控制器的优缺点风力发电控制器的优点包括：•使发电机能够在不同的风速和风向下正常工作；•保护风力发电机免受恶劣天气和不良运行状态的影响；•可以对风力发电系统进行监测和诊断，以提高系统的可靠性和效率；•可以实现电能的储存和使用。
然而，风力发电控制器也存在一些缺点，包括：•控制器本身的成本较高；•对风力发电机的控制可能会导致发电效率的降低；•对系统的维护和维修要求较高。
5. 结论风力发电控制器是风力发电系统不可或缺的一部分，其功能是保护风力发电机的安全和正常工作，并提高风力发电系统的可靠性和效率。
风力发电机的转速控制说明书
风力发电机的转速控制说明书一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的清洁能源。
风力发电机是将风能转化为机械能，再通过发电机转化为电能的设备。
本说明书旨在介绍风力发电机的转速控制方法，并提供相关操作指南。
二、转速控制原理风力发电机的转速控制是为了优化发电机的工作状态，提高发电效率。
常用的转速控制方法包括以下几种：1. 常速控制：将风轮转速保持在固定的恒定值。
这种控制方法适用于风速较稳定的区域，并能保持较高的发电效率。
2. 变桨角控制：通过调整桨叶的角度来控制风轮受力情况，从而控制转速。
当风速较高时，增大桨叶角度，减小风轮转速；反之，减小桨叶角度，增大风轮转速。
这种控制方法适用于风速波动较大的区域。
3. 变频控制：通过改变发电机的电磁场频率来控制风力发电机的转速。
这种方式可以实现风轮转速的精确控制，适用于风速波动较大且要求较高的发电场景。
三、转速控制操作指南为了确保风力发电机的正常运行，以下是转速控制的一些建议：1. 在常速控制模式下，需要根据风速的变化调整风轮的转速。
定期监测风速，并根据监测结果调整转速，以保持最佳发电效率。
2. 在变桨角控制模式下，需要根据风速变化及转速要求调整桨叶的角度。
通常风速较高时，宜减小桨叶角度，以防止叶片过载；风速较低时，适当增大桨叶角度，以保证风轮转速达到要求。
3. 在变频控制模式下，操作人员需根据风速和发电机转速的设定值，进行相应的频率调节。
频率调节需根据具体机型和厂家提供的操作手册进行。
4. 定期检查发电机设备及控制系统的运行情况，确保转速控制装置的正常工作。
如发现异常情况，应及时进行维修或联系厂家处理。
四、安全注意事项在使用风力发电机的过程中，需要注意以下安全事项：1. 操作人员应该熟悉发电机的工作原理、性能和操作规程，并进行相应的培训。
2. 在进行转速控制操作前，应确保风力发电机处于安全状态，并切断相关电源。
3. 操作过程中，应遵循操作规程，不得擅自改动设备参数或超负荷操作。
风力发电机的工作原理及风能利用率提升
风力发电机的工作原理及风能利用率提升风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置。
它借助风的力量带动发电机发电，从而实现可再生能源的利用。
本文将介绍风力发电机的工作原理以及提升风能利用率的方法。
一、风力发电机的工作原理风力发电机的工作原理基于风能转化为机械能的过程，再由机械能转化为电能。
下面是风力发电机的工作步骤：1. 风力捕捉：风力发电机通过装置（如桨叶）捕捉到自然风力的能量。
风力对桨叶施加压力，使得桨叶开始旋转。
2. 风能转化：旋转的桨叶带动轴件转动，将风能转化为机械能。
这个过程类似于风车的原理。
3. 发电机工作：旋转的轴件带动发电机内部的转子旋转。
转子内的导线被磁场感应，产生交变电流。
4. 电能输出：产生的交变电流通过变压器进行增压，并通过电缆输送出来。
最终，电能储存在电网中供人们使用。
这就是风力发电机的基本工作原理。
但要提高风能的利用效率，我们还需要思考优化设计和运行调整。
二、提升风能利用率的方法1. 选择优良的发电机类型：风力发电机的类型有多种，如水平轴风力发电机、垂直轴风力发电机等。
根据实际条件和需求，选择适合的类型，以提高整体效率。
2. 合理设计桨叶：桨叶是捕捉风能的重要部分。
通过改变桨叶的形状、数量和尺寸等参数，可以提高风机的转换效率。
优化的桨叶设计能更好地适应不同风速和风向情况，提高发电效率。
3. 定位风能资源：风能资源的分布不均匀，某些地区的风能更加丰富。
因此，在选择风力发电机的建设地点时，应充分考虑风能资源的分布情况，选择最佳的地点以提高风能利用率。
4. 多风力发电机并联：将多个风力发电机并联连接在一起，可以增加总的发电量。
在发电机组并联时，要合理设计每个风力发电机的布局和间距，避免互相遮挡、干扰，提高风能的利用。
5. 智能化控制系统：应用先进的智能化控制系统，能够根据实时监测的风速、风向等参数，进行风机转速的调整，以优化风能的利用。
通过智能化控制，可以使风力发电机在不同风速下保持最佳的工作状态，提高风能的利用率。
风力发电原理(控制)
第三章 定桨距风力发电机组 一、定桨距风力发电机组的特点
1、风轮结构 主要特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨叶的迎风角度不随风速变化而变化。 需解决的问题：高于额定风速时桨叶需自动将功率限制在额定功率附近（失速特性）。 脱网（突甩负荷）时桨叶自身具备制动能力。 添加了叶尖扰流器，降低机械刹车结构强度， 2、桨叶的失速调节原理 因桨叶的安装角β不变，风速增加→升力增加→升力变缓→升力下降→阻力增加→叶片失速 叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。失速部分 功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。 3、叶尖扰流器 叶尖部分可旋转的空气阻尼板，正常运行时，在液压控制下与叶片成为整体，风力机脱网时 液压控制指令将扰流器释放并旋转80o~90o，产生阻力停机，即产生空气动力刹车。 空气动力刹车是按失效思想设计，即起到液压系统故障时的机组停机保护。 4、双速发电机
v1 v 2 2
1 2 S (v12 v2 )( v1 v2 ) 4
2
经过风轮风速变化产生的功率为 P 其最大功率可令
8 1 dP Sv13 0 得 v2 v1 ，代入后得到的最大理想功率为 Pmax 3 dv2 27
Pmax 16 0.593 E 27
North China Electric Power University
1 Cl w2 dS 2 1 dD Cd w 2 dS 2 dLபைடு நூலகம்
轴向推力dFa=dLcosI+dDsinI 旋转力矩dT=r(dLsinI-dDcosI) 驱动功率dPw=ωdT
风输入的总气动功率P=vΣFa
旋转轴得到的功率Pu=Tω 风轮效率η=Pu/P
North China Electric Power University
风力发电原理(控制)教学课件
机舱
包含发电机和齿轮箱， 用于将风轮的机械能转
换为电能。
塔筒
支撑整个风力发电机组 ，提供所需的高度以捕
获更多风能。
控制系统
监控风力发电机组的运 行状态，确保其安全、
高效地运行。
风力发电机的工作原理
01
02
03
04
风能捕获
当风吹过风轮叶片时，叶片的 翼型剖面产生升力，使叶片旋
转。
机械能转换
风轮通过主轴和齿轮箱将旋转 的机械能传递给发电机。
生命周期成本
包括初始投资、运营和维护成 本在内的总成本。
03
CATALOGUE
控制系统的基本原理与技术
控制系统的基本概念与组成
控制系统定义
控制系统是一种通过输入、处理和输出等环节，实现某一特定目 标的闭环系统。
控制系统组成
控制系统通常由传感器、控制器、执行器和被控对象等部分组成。
控制系统的基本功能
风力发电机组的维护与检修
日常维护
定期检查风电机组及相关设备的运行状态，及时 发现并处理潜在故障。
定期检修
根据设备运行状况和维修周期，进行全面的检查 、测试和维修，确保设备正常运行。
备件管理
建立完善的备件管理体系，确保备件供应及时、 充足，降低设备维修成本。
风力发电与其他可再生能源的互补利用
风光互补
利用风能和太阳能的互补性，合理配置风光发电机组，提高能源 利用效率和可靠性。
多能互补
结合风能、太阳能、水能等多种可再生能源，构建多能互补发电 系统，实现能源的多元化和稳定性。
区域能源互联
加强区域内的能源互联互通，优化能源资源配置，提高可再生能 源的消纳能力和能源利用效率。
06
风力发电机概述,风力发电机工作原理,风力发电机各个部件介绍
风力发电机概述一、风力发电机风力发电的原理简单来说：风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能最后到电能！工作原理现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距（风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
齿轮箱可以将很低的风轮转速（1500千瓦的风机通常为12-22转/分）变为很高的发电机转速（发电机同步转速通常为1500转/分）。
风机是有许多转动部件的，机舱在水平面旋转，随时偏航对准风向；风轮沿水平轴旋转，以便产生动力扭距。
对变桨矩风机，组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转，以便适应不同的风况而变桨距。
在停机时，叶片要顺桨，以便形成阻尼刹车。
就1500千瓦风机而言，一般在3米/秒左右的风速自动启动，在11.5米/秒左右发出额定功率。
然后，随着风速的增加，一直控制在额定功率附近发电，直到风速达到25米/秒时自动停机。
二、风力发电机结构风力发电机整机主要包括：1.机座2.传动链（主轴、齿轮箱）3. 偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）4.踏板和棒5.电缆线槽6.发电机7.联轴器8.液压站9.冷却泵(风冷型无) 10.滑环组件11.自动润滑12.吊车13.机舱柜14.机舱罩15.机舱加热器16.轮毂17.叶片18.电控系统等。
1、机座：机座是风力发电整机的主要设备安装的基机座：础，风电机的关键设备都安装在机座上。
(包括传动链（主轴、齿轮箱）、偏航组件（偏航驱动、偏航刹车钳、偏航轴承）、踏板和棒、电缆线槽、发电机、联轴器、液压站、冷却泵(风冷型无)、滑环组件、自动润滑、吊车、机舱柜、机舱罩、机舱加热器等。
机座与现场的塔筒连接，人员可以通过风电机塔进入机座。
机座前端是风电机转子，即转子叶片和轴。
2、偏航装置偏航装置：：自然界的风，方向和速度经常变化，为了使风力机能有效地捕捉风能，就相应设置了对风装置以跟踪风向的变化，保证风轮基本上始终处于迎风状况。
风力发电知识点总结
风力发电知识点总结一、风力发电原理风力发电利用风力驱动风力发电机，将风能转化为机械能后再转化为电能，是一种可再生能源的发电方式。
风力发电原理主要包括风的形成原理、风力发电机的工作原理和发电机组的工作原理。
1. 风的形成原理风是因地球的自转和太阳辐射造成的。
太阳光照射到地球上的不同地区和表面，使得地球表面温度不均匀，产生不同的气压区。
气压差引起气流的移动，形成了风。
这个过程是地球大气环流的基础。
2. 风力发电机的工作原理风力发电机的基本工作原理是利用风力带动叶片旋转，通过传动系统转动发电机产生电能。
当风力带动叶片旋转时，发电机的转子受到机械传动装置的带动，旋转产生电能，这个过程就是固定磁场中导体回路的运动相对于磁场产生感应电动势的原理来实现的。
3. 发电机组的工作原理发电机组是由风力发电机、传动系统和调速装置组成的。
风力发电机叶片受到风力的作用带动转子旋转，通过传动系统将机械能传递到发电机，并通过发电机产生电能。
调速装置是指通过调整叶片的角度或调整传动系统的转速来保持发电机的稳定输出，并根据风速的变化调整叶片的角度，以保持发电机的稳定运行。
二、风力发电技术风力发电技术包括风电场选址、风力发电机设备、风力发电系统和风力发电控制系统。
1. 风电场选址风电场选址是指寻找适合建设风电场的地点。
一般来说，风电场选址需要考虑多种因素，包括地形地貌、气象条件、土地利用和环境保护等。
2. 风力发电设备风力发电设备主要由风力发电机、叶片和塔架组成。
风力发电机的类型包括水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。
水平轴风力发电机叶片与地面平行，能够利用风能进行旋转，而垂直轴风力发电机叶片与地面垂直，能够利用风能进行旋转。
塔架主要是支撑风力发电机的结构，使其能够在空中旋转。
3. 风力发电系统风力发电系统主要由控制系统、变流器、变压器和电网等组成。
控制系统可以根据风速的不同控制风力发电机的旋转，保持其在最佳工作状态，能够提高发电效率。
风力发电的原理与应用
风力发电的原理与应用风力发电是一种利用风能转化为电能的技术，它已经成为可再生能源领域中最为重要的能源之一。
本文将介绍风力发电的基本原理和应用。
一、风力发电的原理风力发电的原理是利用风能驱动风力发电机转动，进而产生电能。
风力发电机一般由风轮、轴、发电机、塔架和控制系统等组成。
1. 风轮：风轮是风力发电机的核心部件，它由多个叶片组成，可以捕捉风能并转化为机械能。
2. 轴：轴连接着风轮和发电机，它将风轮转动的动力传递给发电机。
3. 发电机：风力发电机使用转动的机械能驱动发电，将机械能转化为电能。
常用的发电机类型包括同步发电机和异步发电机。
4. 塔架：塔架是风力发电机的支撑结构，是将风轮安装在离地面较高位置的关键部件。
5. 控制系统：风力发电机的控制系统负责监测风速、控制风轮的角度和转速等参数，以确保风力发电的安全运行。
二、风力发电的应用风力发电作为一种清洁、可再生的能源，已经在全球范围内得到广泛应用。
以下是风力发电的主要应用领域：1. 发电厂：风力发电厂是利用风能进行大规模发电的场所。
风力发电厂通常由多台风力发电机组成，并连接到电网中，实现电能的供应。
2. 农村和偏远地区电力供应：对于一些偏远地区和无法接入传统电网的农村地区，风力发电成为解决电力供应问题的有效手段。
通过建设风力发电机组，可以为这些地区提供稳定的电力供应。
3. 工业和商业领域：风力发电也被广泛应用于工业和商业领域，为大型工厂、商业建筑和商业区提供电力供应，降低能源成本并减少环境影响。
4. 家庭和小型应用：风力发电机也可以用于家庭和小型应用。
小型风力发电机可以设置在住宅或农场附近，满足个人或小型机构的电力需求。
5. 海上风电：海上风电是近年来兴起的发展方向。
由于海上风能资源更加丰富，同时避免了陆地使用和环境影响等问题，海上风电具有巨大的发展潜力。
总结：风力发电的原理是利用风能转化为电能，通过风力发电机的转动产生电能。
风力发电被广泛应用于发电厂、农村地区、工业和商业领域，以及家庭和小型应用等领域。
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风力发电机控制原理
本文综述了风力发电机组的电气控制。
在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。
关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统
概述：
经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。
在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。
风力涡轮机特性：
1，风能利用系数Cp
风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：
P---风力涡轮实际获得的轴功率
r---空气密度
S---风轮的扫风面积
V---上游风速
根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。
2，叶尖速比l
为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。
n---风轮的转速
w---风轮叫角频率
R---风轮半径
V---上游风速
在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。
从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。
如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。
图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。
在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。
每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。
）它是工作区段。
在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。
3，变速发电的控制
变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。
三段控制要求：
低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。
联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。
图３是风速变化时的调速过程示意图。
设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。
中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。
倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。
高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。
４，双馈异步风力发电控制系统
双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。
转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。
由图４可知：
Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ
Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率
转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，
经变频器流入转子，电网收到的功率为定、转子输出功率之差，小于定子功率。
５，双馈异步控制系统的运行过程
双馈异步控制系统的结构如图５所示：
图５双馈异步控制系统的结构图
系统的运行分为两个阶段：
同步阶段：在此过程中风机已经开始转动，当其转速大于启动转速后，充电回路先闭合，使变频器直流电容电压升高，当电压大于８０％额定值后，转子回路主接触器闭合，并且同时断开充电回路接触器。
母线电压不断升高至额定值，这时变频器逆变器开始工作，电机转子中有电流，所以在定子中有电压产生，变频器检测电网电压和电机定子电压，通过调节住转子的电压电流，使这两个电压同步，并且闭合定子主接触器，系统便完成了同步切入。
运行阶段：同步切入结束后便进入正常运行阶段，这个时候通过上述的三阶段控制方法使风力发电机输出最大的额定功率。
在实际运行中，变频器接收主控制传输过来的两个主要控制信号：功率因数和电机力矩。
功率因数信号使变频器输入端的输入功率因数始终为１，电机力矩使风力发电系统始终随着风速变化而输出最大的额定功率。
主要的控制方式可以通过矢量控制和直接力矩控制都可以实现上述功能，在这里就不多讲了。
双馈系统在变频器中仅流过转差功率，其容量小，通常按发电总功率的２５％左右选取，投资和损耗小，发电效率高，谐波吸收方便。
由于要求双向功率流过变频器，它必须是四象限双ＰＷＭ变频器，由两套ＩＧＢＴ变换器构成，价格是同容量单象限变频器的一倍。
而且只能使用双馈电机，效率较低，而且有滑环和碳刷，维护工作量较大。
６，永磁同步全馈风力发电控制系统
永磁同步全馈风力发电控制系统采用采用永磁同步电动机作为发电机，同步电动机输出的频率和电压随转速变化的交流电，经一台双象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接至恒压、恒频电网，如图６所示：
图６永磁同步全馈风力发电控制系统
目前，永磁同步全馈风力发电系统的最大功率可至５ＭＷ，而且采用低速永磁同步电动机，并且取消了中间的齿轮变速箱，变频器采用双ＰＷＭ型的中压变频器，主要应用在离岸的风力发电场中。
永磁同步全馈风力发电控制系统的运行和双馈系统基本类似，也通过同步切入过程，和正常运行阶段，控制方式也采用上述的三段式控制。
永磁同步全馈风力发电控制系统发电机发出的全部电功率都通过变频器，变频器容量需按１
００％功率选取，比双馈系统容量大，投资和损耗大，使用永磁同步发电机，电机轻，取消变速齿轮结构减轻了整机重量，变换器增加的投资可以从机械结构的节约中得到补偿。
７，风力发电系统中的辅助控制系统
这些辅助控制系统由风力发电系统的主控制器控制，主要包括：
桨叶倾角控制系统：
桨叶倾角控制通过液压执行机构来实现，在转速随风速增加升至额定转速后，通过加大倾角来维持转速不变，目前工程上使用线性ＰＩＤ控制器来进行控制。
偏航控制系统：
偏航系统有两个主要目的：一是使风轮跟踪变化稳定的风向，二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。
偏航系统一般通过控制电机实现。
风机制动系统：
风叶的制动系统采用液压的盘式刹车系统，一般安排在高速轴上。
具有三种刹车方式：正常停机方式；安全停车方式；紧急停车方式。
其他安全保护系统：
其他安全保护系统主要有：超速保护、电网失电保护、电气保护（过压，过流．．．）、雷击保护、机舱机械保护、桨叶保护、紧急安全链保护等等。
结束语：
目前风力发电的主要方向：
陆地风力发电机组采用１．５／２Ｍ双馈异步发电机组。
离岸风力发电机组采用４／５Ｍ永磁同步全馈发电机组。
建设大型或者超大型的风力电场（有上百台风力机组组成）。
风力机组控制系统具有防电压穿透功能。
风力发电机组在在线发电时可调节功率因数，在不发电时也可以调节功率因数，进行无功补偿，净化电网。