第六章 风力发电机组的运行调节

•风况：连续10分钟风速在机组运行范围内（3.0m/s~25m/s)。
•机组：发电机温度、增速器油温在设定值范围以内；液压系统各部位压 力在设定值以内；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动器摩擦片正常； 扭缆开关复位；控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC±15V电源正常；非正 常停机故障显示均已排除；维护开关在运行位置。
机组的基本控制要求
四、机组的基本控制要求 控制系统的基本功能
✓根据风速信号自动进行启动、并网或从电网切出。 ✓根据风向信号自动对风。 ✓根据功率因数及输出电功率大小自动进行电容切换补偿。 ✓脱网时保证机组安全停机。 ✓运行中对电网、风况和机组状态进行监测、分析与记录， 异常情况判断及处理。
机组的基本控制要求
在低风速区，不同的桨叶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。
定桨距风力发电机组的功率控制
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
5、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响
➢由于机组的叶片节距角和转速都是固定不变的，使机组功率曲线上只有一点有最大 功率系数。
• 1、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，随后失速增
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。
定桨距风力发电机组的功率控制
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
P2
风速
如6极200kW和4极750kW
定桨距风力发电机组的功率控制
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
• 4、功率输出 功率的输出主要决定于风速，叶片的失速特性功率曲线是在标准空气密 度ρ=1.225kg/m3测出的，一般温度变化±10oC，空气密度变化±4%。因 此气温升高，密度下降，输出功率减少。750kW机组可能会出现30~50kW 的偏差。
变桨距风力发电机组的功率控制
一、概述
运行状态： •启动状态——转速反馈控制，速度给定+升速率限制有利于并网。 •欠功率状态——不控制（变速机组可通过追求最佳叶尖速比提高风机效 率）。 •额定功率状态——功率控制，为了解决变桨对风速响应慢问题，可通过调 节电机转差率调速，用风轮蓄能特性吸收风波动造成的功率波动，维持功率 恒定。
5、风力发电机组的并网
当转速接近同步转速时，三相主电路上的晶闸管被触发开始导通，导通角
随与同步转速的接近而增大，发电机转速的加速度减少；当发电机达到同
步转速时晶闸管完全导通，转速超过同步转速进入发电状态；1秒后旁路接
触器闭合，电流被旁路，如一切正常晶闸管停止触发。
机组的基本运行过程
5、风力发电机组的并网
五、定桨距风力发电机组的制动与保护系统
定桨距风力发电机组的制动系统
• 正常停机制动过程：电磁阀失电释放叶尖扰流器，发电机降至同 步转速时主接触器动作与电网解列，转速低于设定值时第一部刹 车投入，如转速继续上升第二部刹车立即投入，停机后叶尖扰流 器收回。
• 安全停机制动过程：叶尖扰流器释放同时投入第一部刹车，发电 机降至同步转速时主接触器跳闸同时第二部刹车立即投入，叶尖 扰流器不收回。
➢额定转速低的机组，低风速下有较高的功率系数；额定转速高的机组，高风速下有 较高的功率系数。即为双速电机依据。
➢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，故设计的最大 功率系数并不出现在额定功率上。
➢定桨距风力发电机应尽量提高低风 速的功率系数和考虑高风速的失速性 能。
功率输出/kW
1000
6）频率：机组的发电频率应限制在50Hz±1Hz。 7）压力：机组的许多执行机构由液压执行机构完成，通常低于100Mpa。
定桨距风力发电机组
五、定桨距风力发电机组的制动与保护系统
定桨距风力发电机组的制动系统 叶尖气动刹车：液压系统提供的压力由经旋转接头进入桨叶 根部的压力缸，压缩扰流器机构中的弹簧，使叶尖扰流器与 桨叶主体平滑连为一体。当风力机停机时，液压系统释放压 力油，叶尖扰流器在离心力作用下，按设计轨迹转过90o。 机械盘式刹车：作为辅助刹车装置被安装在高速轴上，液压 驱动。因风力机转矩很大，作为主刹车将会使刹车盘直径很 大，改变了机组结构。大型风机一般有两部机械刹车。 制动系统按失效保护原则设计，一旦失电或液压系统失效即 处于制动状态。
变桨距风力发电机组的功率控制
一、概述 • 功率控制特点：
• 1、改善机组的受力，优化功率输出（粗调，与发电 机转差率调节配合）。
• 2、比定桨距风力机额定风速低、效率高；且不存在 高于额定风速的功率下降问题。
• 3、功率反馈控制使额定功率不受海拔、湿度、温度 等空气密度变化影响
• 4、启动时控制气动转矩易于并网；停机气动转矩回 零避免突甩负荷
转速给定 功率给定
转速 控制器
功率 控制器
转速
变桨 执行器
变距 机构
桨距角 发电功率
风速
风轮 系统
传动 系统
发电机
变桨距风力发电机组的功率控制
二、变桨距执行系统
变桨给定 校正环节
D/A 转换器
A/D 转换器
活塞位移 液压系统
变桨距 机构
桨距角
位移 传感器
a、变桨距执行系统是一个随动系统，即桨距角位置跟随变桨指令变化。 b、校正环节是一个非线性控制器，具有死区补偿和变桨限制功能。死区
从小发电机向大发电机的切换
❖小发电机向大发电机切换的控制，一般以平均功率或瞬时 功率参数为预置切换点。
功率
P1 切换点 P2
❖首先断开小发电机接触器， 大发电机功率曲线 再断开旁路接触器。此时，
发电机脱网，风力将带动发 电机转速迅速上升，在到达 小发电机功率曲线 同步转速1500r/min附近时， 再次执行大发电机的软并网
❖液压系统压力保持在设定值；
❖风况、电网和机组的所有状态参数检测正常，一旦风速增大，转 速升高，即可并网。
定桨距风力发电机组的功率控制
三、定桨距风力发电机组的基本运行过程
2、风力发电机组的自启动及启动条件
机组在自然风作用下升速、并网的过程。需具备的条件为：
•电网：连续10分钟没有出现过电压、低电压；0.1秒内电压跌落小于设 定值；电网频率在设定范围内；没有出现三相不平衡等现象。
机组的基本控制要求
故障处理： 故障发生时意味着从较高状态转换到较低状态。 （1）故障检测：扫描传感器及信号，判断可降低状态的信号。 （2）故障记录：故障存储与报警。 （3）故障反应：选择降为三种停机状态中的一种。
（4）重新启动：一般故障可能自动复位或操作人员远程手动 复位，重新启动。
致命故障必须由人员到现场检查处理，就地复位。
• 紧急停机制动过程：所有继电器断电、接触器失电；叶尖扰流器 和两部机械刹车同时起作用；发电机同时与电网解列。
变桨距风力发电机组的功率控制
一、概述
• 主要特点： • 桨叶与轮毂采用可承受径向和轴向载荷的轴承连接，桨叶
的节距角可由变桨机构调整。
• 功率调节原理：
1）低于额定功率，叶尖节距角置于0度，等同与定桨距 风力发电机组； 2）高于额定功率——调整桨叶的节距角——改变攻角— —保持功率恒定； 3）并网型机组容量大，操作困难——启动发电机转子电 流——转速响应风速变化。
液压系统保持工作压力 液压系统保持工作压力 液压系统保持工作压力
叶尖阻尼板回收（或变 叶尖阻尼板回收（或变 叶尖阻尼板弹出（或变
桨处于最佳角度）
节距角在90o）
距系统失去压力）
机组的基本控制要求
工作状态之间转变
急停： 主要控制有打开紧急电路、置所有信号无效、机械刹车作用、逻辑
电路复位。
急停→停机：停机条件满足，关闭急停电路、建立液压工
四、风力发电机组的基本控制要求 风力发电机组的基本控制策略
•风力发电机组的工作状态：
运行状态 机械刹车松开
机组并网发电 机组自动调向
暂停状态 机械刹车松开
停机状态 机械刹车松开
风力发电机组空转
机组调向保持工作状态 调向系统停止工作
紧急停机状态
机械刹车与气动刹车 同时动作
计算机处于监测状态， 输出信号被旁路
大小发电机的软并网程序 ❖发电机转速已达到预置的切入点，该点的设定应低于发电 机同步转速。
❖连接在发电机与电网之间的开关元件晶闸管被触发导通。
❖当发电机达到同步转速时，晶闸管导通角完全打开，转速 超过同步转速进入发电状态。
❖进入发电状态后，晶闸管导通角继续完全导通 。
机组的基本运行过程
5、风力发电机组的并网
风力发电机组的运行调节
定桨距风力发电机组的功率控制
一、定桨距风力发电机组的特点
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：1）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）。
2）脱网（突甩负荷）时桨叶自身具备制动能力。
二、定桨距风力发电机组的功率控制方法
机组的基本控制要求
控制系统的安全运行—必备条件
1）风力发电机组开关出线侧相序必须与并网电网相序一致，电压标称值相等， 三相电压平衡。
2）风力发电机组安全链系统硬件运行正常。 3）偏航系统处于正常状态，风速仪和风向标处于正常运行的状态。 4）制动和控制系统液压装置的油压、油温和油位在规定范围内。 5）齿轮箱油位和油温在正常范围。 6）各项保护装置均在正常位置，且保护值均与批准设定值相符。 7）各控制电源处于接通位置。 8）监控系统显示正常运行状态。 9）在寒冷和潮湿地区，停止运行一个月以上的风力发电机组再投入运行前应 检查绝缘，合格后才允许起动。
运行
作压力。