第八章风能发电系统
第8章-风力发电机组控制系统-答案
第8章风力发电机组控制系统1、风力发电系统主要由风力发电机组和升压站变电站组成。
2、风力发电机组主要分为风轮（叶片和轮毂）、机舱、塔架和基础等部分；按照功能分，由传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机以及控制和安全系统等组成。
3、风力发电机组控制系统的作用是协调风轮、传动、偏航、制动等各主辅设备，确保风电机组的设备安全稳定运行。
4、风力发电机组控制系统通常是指接受风电机组及工作运行环境信息，调节机组使其按照预先设定的要求运行的系统。
5、风电机组控制系统是整机设计的关键技术，决定机组的性能与结构载荷大小与分布。
6、基于转子电流控制器（RCC）进行有限变速的全桨变距有限变速风力发电机组开始进入风力发电市场。
7、变速恒频风电机组的控制系统与定桨距失速风电机组的控制系统的根本区别在于：变速恒频风电机组叶轮转速被允许根据风速情况在相当宽的范围内变化，从而使机组获得最佳的功率输出变现和控制特性。
8、变速恒频风电机组的主要特点：低于额定风速时，它能最大限度跟踪最佳功率曲线使风电机组具有较高的风能转换效益；高于额定风速时，它增加了整机的控制柔性，使功率输出更加稳定。
9、水平轴风力发电机组按照风力发电机组功率调节方式分为：采用齿轮箱增速的普通异步风力发电机组、双馈异步风力发电机组、直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机组和直流励磁发电机）以及混合式（半直驱）风力发电机组。
10、风力发电机组按控制方式主要分为定桨失速控制、变桨失速（全桨距有限变速）控制和变速恒频控制。
11、定桨失速型风电机组均采用三相鼠笼式感应发电机晶闸管移相软切入控制，以限制冲击电流的目的，通常要求并网冲击电流在2倍额定电流以下。
12、定桨距失速风电机组的软并网控制结构，主控制器的判断依据为电流有效值、当前的移相控制角、发电机转速、输出为移相控制角给定和旁路控制信号。
13、软切入控制的主要任务：一是判断软切入气动时刻；二是确定双向晶闸管的移相规律。
风力发电系统
风力发电系统1. 引言风力发电系统是一种通过利用风能将其转化为电能的系统，在能源领域扮演着重要的角色。
随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电系统作为一种清洁、可再生的能源解决方案变得愈发受到关注。
本文将介绍风力发电系统的工作原理、组成部分以及其在能源转换中的应用。
2. 工作原理风力发电系统利用风能将其转化为电能。
其工作原理可简述为：风能通过风机的转动而被转化为机械能，然后通过发电机将机械能转化为电能。
2.1 风机（风轮）风机是风力发电系统中的关键组成部分，其主要任务是将风能转化为机械能。
风机通常由多个叶片组成，当风吹过叶片时，叶片将被推动开始旋转。
目前常见的风机类型包括卧式轴风机和立式轴风机。
2.2 发电机发电机是风力发电系统中的另一关键组成部分。
其主要任务是将机械能转化为电能。
当风机旋转时，通过传动装置将机械能传输到发电机上，发电机则将机械能转化为电能。
一般情况下，发电机采用感应电机或者同步发电机。
3. 组成部分风力发电系统由多个组成部分构成，下面将介绍其中的一些关键组件：3.1 塔架塔架是风力发电系统的支撑结构，主要用于稳定风机和发电机的位置。
塔架的高度是一个重要参数，通常需要根据风力资源的特点来进行合理选择。
3.2 控制系统控制系统用于监测和控制风力发电系统的运行状态。
通过对风力、风速和发电机的输出进行监测和调整，可以实现最大化能量捕获和系统的安全运行。
3.3 电气系统电气系统是将发电机产生的电能转化为实用电力的一部分。
电气系统通常包括变压器、电缆和开关设备等组件，用于将发电机输出的电能接入到电网中。
3.4 监测系统监测系统用于对风力发电系统的运行状况进行实时监控。
通过监测系统，可以获取各种运行参数，比如风速、转速、功率、温度等，并进行数据分析和故障诊断。
4. 应用风力发电系统在能源转换领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：4.1 风电场风电场是指由多个风力发电系统组成的大规模发电设施。
8-第8章- 《风力发电机组控制系统》
第八章风力发电机组控制系统1、风力发电机组主要分为【风轮】、【机舱】、【塔架】和【基础】等部分。
2、一个高性能的风电机组控制系统，能提高机组【年发电效率】、提高【电能质量】，减少【材料利用率】，降低【噪声】，降低【造价成本】。
3、风力发电系统主要由【风力发电机组】和【升压变电站】组成。
4、定桨距失速型风力发电机组在控制方面主要解决了【软并网】技术、【空气动力刹车】技术、【偏航与自动解缆】等技术问题。
5、变速恒频风电机组的主要特点是低于额定风速时，它能最大限度地跟踪【最佳功率曲线】使风力发电机组具有较高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了整机的【控制柔性】，使功率输出更为稳定。
6、水平轴风力发电机组按风力机功率调节方式可分为：采用齿轮箱增速的【普通异步】风力发电机组，【双馈异步】风力发电机组和【直驱式同步】风力发电机组以及【混合式/半直驱】风力发电机组；其控制方式主要分为【定桨失速】控制、【变桨失速】控制和【变速恒频】控制。
7、定桨距失速型电控系统从部件上划分，可分为两大部分，即【主控柜】和【电容器柜】。
8、定桨距失速型风电机组均采用三相鼠笼式感应发电机晶闸管移相软切入控制，以限制【冲击电流】为主要目的，通常要求并网冲击电流在【2】倍额定电流以下。
9、软切入控制的主要任务有判断【软切入启动时刻】、确定双向晶闸管的【移相控制规律】。
10、软切入控制的主要评价指标：【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】。
11、风力发电中，异步发电机的就地无功补偿可采取【电力电容器】等分组自动补偿；【固定补偿】与分组自动补偿相结合；【SVC】静态无功补偿。
12、变速恒频发电是20世纪70年代发展起来的一种新型发电方式，它将【电力电子】技术、【矢量变换控制】技术和【数值信息处理技术】引入发电机控制之中，获得了一种全新的、高质量的电能获取方式。
风力发电工作原理
风力发电工作原理1 风力发电的定义风力发电是一种以风能转化为电能的方式。
也就是利用风能旋转风机叶片产生动能，再经过发电机转换成电能。
风是一种可再生的资源，因此风力发电被认为是一种绿色能源。
2 风力发电的特点相比于传统的化石能源，风力发电有以下几个特点：- 可再生，不会耗尽- 无排放，对环境污染少- 适应性强，可以放置在不同的地方- 可以在独立的小规模系统中使用，也可以与电网连接产生大规模电力3 风力发电的构成风力发电系统由以下几个核心组成部分构成：- 风力涡轮机/风机：利用风能将叶片旋转产生转动力- 发电机：将机械能转化为电能- 控制系统：确保风力涡轮机运行在最佳状态并与电网稳定连接- 塔架：将风力涡轮机安置于合适的高度以利用更高的风力风力涡轮机的构成包括叶轮/叶片、减速器、轴、制动系统、转向机构等。
发电机则是将机械能转化为电能的部分，其构成包括转子、定子、端部盖、轴等。
4 风力发电的工作原理风力发电的基本工作原理如下：- 风吹过风力涡轮机/风机，使得叶片开始旋转- 叶片将转动力传递到转子/轮，这也使发电机开始运转- 发电机将旋转动能转换为电能- 电能流入控制系统，该系统对风力涡轮机和发电机进行控制并将电能输送到电网中5 风力发电的优势与劣势风力发电作为一种可再生、绿色的能源，在未来的发展中越来越受到重视。
但是，它也有其优势与劣势:优势：- 清洁无污染- 节约资源成本- 发展前景广阔- 绿色环保劣势：- 限制较多，比如需要较大空地、适宜的风力和风速等因素限制；- 不宜小规模使用，需要较大规模的安装；- 依赖风，其电量难以预测6 结论风力发电作为一种绿色、可再生的新能源，拥有不少的优点和优势，虽然也会存在一些劣势，但总的发展趋势还是向着可持续、绿色的方向前进。
随着技术的不断更新变革以及政府政策的不断支持，相信风力发电一定有更好的发展前景。
《风力发电系统》课件
风力发电的原理与技术
原理
风力发电的基本原理是利用风力驱动 风力发电机组旋转，通过增速机将旋 转的机械能转化为电能，最终输出电 能。
技术
风力发电机组主要包括风轮、发电机 、增速机、塔筒等部分，其中风轮是 捕获风能的主要部件，发电机将机械 能转化为电能。
风力发电的优势与局限性
优势
可再生、清洁、资源丰富、运行费用低、节能减排等。
应急抢修
在设备发生故障时，迅速 组织人员进行抢修，尽快 恢复系统正常运行。
04
风力发电系统的环境影 响与经济效益
风力发电对环境的影响
减少温室气体排放
风力发电是一种可再生能源，使用风能替代化石燃料，可以显著 减少温室气体排放，缓解全球气候变化。
节约水资源
相比传统的水力发电，风力发电不需要消耗水资源，对于水资源匮 乏的地区，风能是一个更好的选择。
局限性
风能的不稳定性、地域性限制、建设成本高、影响鸟类和生态环境等。
02
风力发电系统的组成
风力发电机组
风力发电机
将风能转化为机械能的主要设 备，包括风轮、发电机和塔筒
等部分。
风轮
捕获风能并将其传递给发电机 ，通常由两个或更多的叶片组 成。
发电机
将风轮传递的机械能转化为电 能，主要部件包括定子和转子 。
。
大型风电场可以为电网提供稳 定的电力输出，是可再生能源
发电的重要组成部分。
分布式风电系统的应用实例
01
小规模、分散式发电
02
分布式风电系统通常由几台到几十台风力发电机组组成，分布在工业 园区、住宅区、商业区等区域。
03
这些风电系统旨在满足特定区域内的电力需求，减少对传统能源的依 赖，并提高能源利用效率。
风力发电系统
图书目录
序 序二 译者的话 作者简介 缩略词 符号 单位 1绪论 第1部分理论背景和技术规范 2风力发电发展史与现状 2.1引言
谢谢观看
作者简介
Thomas Ackermann（托马斯·阿克曼），德国柏林科技大学机械工程硕士及工商管理硕士，新西兰达尼丁 （Dunedin）大学物理学硕士，瑞典斯德哥尔摩皇家工学院博士。除风力发电外，他的主要研究方向还包括分布 式发电和市场规则对解除管制的电力市场中分布式发电发展的影响等，他曾经在德国、瑞典、中国、美国、新西 兰、澳大利亚和印度从事风电领域工作。目前是瑞典斯德哥尔摩皇家工学院（KTH）的研究员，并通过欧盟的 TEMPUS计划在克罗地亚萨格勒布大学参与风力发电教育工作。
风力发电系统
水利水电出版社出版的图书
01 内容简介
03 导语
目录
02 作者简介 04 图书目录
《风力发电系统》是2010年水利水电出版社出版的图书，作者是（德）阿克曼。
内容简介
本书共有4部分。第1部分介绍风力发电的历史和现状、电机和电力电子技术的发展、世界各国的电能质量规 范及并技术要求等；第2部分介绍丹麦、德国、瑞典、美国和印度等国在风电接入电力系统方面的经验、教训以及 相关的风能预测、经济分析和独立系统等方面的成果；第3题和解决方案；第4部分研究并系统中的风力机建模及风电对系统稳定性的影响。 本书可供进行风能开发利用的科技人员参考使用。书名:风力发电系统
导语
本书阐明了电力系统中的风机建模、相关的电力电子技术以及电能质量控制等重要问题；并详细介绍了欧洲 和印度并风电建设的状况及其经验和教训；同时也探讨了风电并系统中的电压控制、主动电管理以及氢储存等一 系列重要课题。该译著可供国内需要了解国外风力发电现状及有关经验的科技人员参阅，为正在进行风机建模以 及对电力系统影响研究的人员提供宝贵的参考资料。同时，该书也为有志于风力发电的研究人员指出了研究的方 向。目前，国内还很缺乏这种有关并风力发电分析的著作，该书的问世将有助于推进我国风电工业的发展并为该 领域的人才培养产生积极的作用。
风力发电系统
（二）制动Байду номын сангаас制
低速变桨至90° 正常制动 转速降至脱网转速时脱网
• 制动控制
快速制动
快速变桨至 90° 转速降至脱网转速时脱网 高速变桨至90°
紧急制动
是否断开安全链 是否启用机械刹车制动 紧急制动是否超时 断开安全链 启动避风制动
（三）安全保护控制
• • • • • • • • • 1. 雷电安全保护 2. 过压过流保护 3. 震动保护 4. 开机关机保护 5. 电网掉电保护 6. 紧急停机安全链保护 7. 微机控制器抗干扰保护 8. 接地保护 9. 监控功能
风机控制流程
四、系统运行时控制
• 偏航系统控制：
1. 自动对风 2. 自动解缆 3. 风轮保护 • 变桨距系统控制： 1. 启动状态 2. 欠功率状态 3. 额定功率状态
（一）系统运行时控制 • 机侧变流器的控制： 1. 控制风力机转速，实现最大风能捕获； 2. 控制变频器实时变换励磁电流频率，保证 定 子 侧输 出工频电流； • 网侧变流器的控制： 1. 超同步运行时，将转子输出电流逆变为与电 网频率、幅值相同的交流电，保证 电压恒定，提 高发电效率。 2. 实现对电网发送有功功率和无功功率的控制。
双馈发电机风力发电系统
兰国军 电力系统及其自动化 20111100351
双馈发电机风力发电系统
一、系统的基本组成
双馈发电机风力发电系统
• 拓扑结构
双馈发电机风力发电系统
• 二、工作原理
1. 风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能;
2. 双馈系统中的感应发电机定子侧与电网直接连接，转子通过变频器与 电网连接，提供励磁电流。
双馈发电机风力发电系统
• 三、控制系统 主控系统、变桨控制系统、发电机变频控制系统、偏航控制系统 • 控制模式： 主控系统是控制系统的核心，通过各种传感器，和连接的其他分散 控制系统，风机的所有监视和控制功能通过主控系统实现。 1、监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。 2、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。 • 控制基本目标： 1、 保证风力发电机组安全可靠运行、频率恒定; 2、保证风机最佳运行状态，获取最大能量; 3、功率优化控制、实现最佳叶尖速比跟踪； 4、控制风机启停，软并网，减小冲击电流。
风力发电系统
转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。
在600千瓦级别的风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20 米；而在5兆瓦级别的风电机上，叶片长度可以达到近60米。
叶片的设计很类似飞机的机翼，制造材料却大不相同，多采用纤维而不是轻型合金。
大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。
采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。
木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。
钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，目前只用在小型风电机上。
实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。
但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。
为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。
叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。
轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。
低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与变速齿轮箱连接在一起。
在一般的风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。
轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱：齿轮箱连接低速轴和高速轴的变速装置，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。
高速轴及其机械闸：高速轴以超过1500转/分钟运转，并驱动发电机。
它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。
发电机：风电机发电机将机械能转化为电能。
风电机上的发电机与普通电网上的发电设备相比，有所不同：风电机发电机需要在波动的机械能条件下运转。
通常使用的风电机发电机是感应电机或异步发电机，最新的风电机已经开始使用永磁同步发电机。
目前世界上单机最大电力输出超过6000千瓦（德国enercon的E-112/114）。
偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。
偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。