风力发电技术-第三章：双馈式变速变桨风电机组运行控制(T)详解

华北电力大学电气与电子工程学院
刘其辉
第三章：双馈式变桨变速风电机组控制

传动链系统布局
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制
3. 发电机系统

DFIG
发电机本体 冷却系统 保护系统

励磁变流器
四象限运行能力、输入、输出特性优良 设计容量为机组容量30％ IGBT器件，PWM调制技术

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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制

机组主结构示意图
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制
1. 风轮系统



桨叶 轮毂 变距（桨矩）机构
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2. 传动链系统
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英国EU-ENERGY WIND公司SEG1250型风机变频器控制系统
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制
二. 运行区域及控制目标


主要运行区域 各运行区域的控制目标
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风力发电技术
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第三章 双馈型变速变桨风力发电系统 运行控制
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第三章：双馈型变速变桨风力发电系统 运行控制
纵览




机组主结构及控制系统 运行区域及控制目标 励磁变换器结构及原理 DFIG控制（机侧变换器控制） 网侧变换器控制 变桨机构及其控制 偏航机构及其控制 其他机构及控制、保护
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制

偏航的作用
对风，获取最大发电量 减少斜风给机组带来的不平衡载荷
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制 5.刹车系统

机械抱闸刹车 *
液压驱动和电气驱动
通过制定卡钳和连轴器上制动盘配对实现，一般在气 动刹车后转速降低后采Байду номын сангаас 安装位置：高速轴，低速轴


气动刹车
变桨控制
变桨控制系统控制桨距角为90度 偏航控制

电磁刹车
华北电力大学电气与电子工程学院 通过控制发电机电磁阻转矩实现 刘其辉
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6.辅助系统




塔架 机舱罩 机舱底盘 变压器 防雷系统及电气保护装置


低速轴 齿轮箱
多级变速，变比较大（接近100） 采用行星齿轮和正（斜）齿轮实现多级变速
润滑油冷却或加温机构

高速轴 联轴器
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通用标准型膜片联轴器
连接齿轮箱和发电机
补偿轴向、径向和角度偏
差 易于装拆维护 实现电绝缘 力矩限定

并网机构
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4.偏航/解缆系统


偏航机构 风向标 偏航饲服电机（或液压马达） 减速装置 偏航液压制动器 偏航行星齿轮 对风/解缆操作
根据风向标控制对风 计算机控制的自动解缆 纽缆开关控制的安全链动作报警及人工解缆
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冷却系统

发热部件



液压系统 齿轮箱 发电机 变频器

冷却方式：空气冷却，液体冷却，混合冷却

其他部分
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制 （二）控制系统
1. 概述


与一般工业控制过程不同，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， 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。 比较普遍采用的是分布式控制系统。信号处理通常有两个 独立的计算机或高速数字信号处理芯片。主控制器在地面 控制室的开关柜内,从机设在机舱内。主控制器监控风轮 所有的运行状态。主控制器和从控制器间通过光纤达到可 靠快速地交换信息。

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3. 主从分布式控制系统

主控制器（PLC, PID控制算法）

变桨控制 偏航控制 制动控制 参数监视与远程通讯 系统级控制协调
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制

主控制器实现案例
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制
2. 结构与功能

结构

硬件系统和软件系统 主控制器和从控制器 运行控制
变桨距控制、偏航控制、刹车控制、变流器（发电机）控制 本地控制与远程控制


功能


信号采集与监视
采集量：电压、电流、频率、功率、转速、油温、压力 本地监视与远程监视
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制

从控制器（DSP，矢量动态控制算法）

机侧变流器控制 网侧变流器控制
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制

从控制器实现案例
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制
一. 机组主结构及控制系统


机组主结构：主要的机电设备 控制系统：微机控制软、硬件
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制 （一）机组主结构
风轮系统 传动链系统 发电机系统 偏航/解缆系统 刹车系统 辅助系统
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制
1.运行区域的划分 一般按照风速和机组运行特性分为 五大运行区域： 并网区 MPPT区 转速限制区（过渡区） 功率限制区 切出停机区
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第三章：双馈式变桨变速风电机组控制 不同运行区域的功率特性