(完整版)风力发电机组各系统介绍
风力发电机组的介绍1
• 211 风轮
• 风力机区别于其他机械的最主要特征就是风轮。风轮 一般由2～3 个叶片和轮毂所组成, 其功能是将风能 转换为机械能。
• 叶片的构造如图125 所示。小型风力机的常用优质木 材加工制成, 表面涂上保护漆, 其根部与轮毂相接处 使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。有的采用玻璃纤 维或其它复合材料蒙皮则效果更好。
风力发电机的分类
①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行； ②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向垂直。
风力发电机的分类
三一电气的机组特性
主动偏航 上风向 三叶片 水平轴
变桨距
变速 衡频
双馈
第三部分 风力机的结构组成
风力机的结构组成
从外部结构
风 力 发 电 机 组 风轮
风力发电机组内部结构
结构和功能
变桨电机： 每个叶片都有一个变桨电机，并带有刹车、测速传感器、绝对值传送器及强 制空冷装置。 超级电容：用于电网断电和安全链中断时叶片的变桨控制。 充电器：带有充电控制和电压检测装置。 转换器：三相两路装置，用于向变桨电机输送直流电。 叶片自动变桨控制器 除变桨电机，其余部件都在轴控制柜或公用控制柜内，每个叶片都有可控硅 片。
（二）沿海抗台风新型高效风电机
我国有很长的海岸线，沿海蕴藏着非常丰富的风能资 源，由于台风对风电机的破坏很大，严重阻碍了沿海风能 的开发。海上风电技术一直都是国外研发的重点，但在抗 台风技术上始终没有重大突破。
我国风电产业发展现状
（三） 大规模电网接入
由于风电机的并网稳定性没有保证，所以仍采用分散 入网的方式，风电场规模都较小，当风速和风向变化很大 时，风电机不稳定，不能满足并网条件，此时风电机可以 随时脱网；风电机稳定后，又可以随时入网，不会对电网 造成太大的冲击。
风力发电机组控制系统
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：切入风速到额定风速区域。
控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。
•第三：超过额定风速区域。
通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。
叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。
风力发电机的组成部件及其功用
风力发电机的组成部件及其功用风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。
风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。
下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。
图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。
图3-3-4 小型风力发电机示意图1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器图3-3-5 中大型风力发电机示意图1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。
1 风轮风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。
其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。
风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。
叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。
风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。
图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。
图3-3-6 风轮1.叶片2.叶柄3.轮毂4.风轮轴图3-3-7 叶片结构（a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面；(e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。
木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。
用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。
叶片的材质在不断的改进中。
1 机头座与回转体风力发电机塔架上端的部件——风轮、传动装置、对风装置、调速装置、发电机等组成了机头，机头与塔架的联结部件是机头座与回转体（参阅后面的图3-3-24）。
（1）机头座它用来支撑塔架上方的所有装置及附属部件，它牢固如否将直接关系到风力机的安危与寿命。
风力发电机组 控制系统及SCADA系统
自动运行控制要求
► 1、开机并网控制
当风速十分钟平均值在系统工作区域内，机 械刹车松开，叶片开始变桨，风力作用于风 轮旋转平面上，风机慢慢起动，当转速即将 升到发电机同步转速时，软启动装置使发电 机连入电网呈异步电动机状态，促使转速快 速升高，待软启动结束旁路接触器动作，机 组并入电网运行。
自动运行控制要求
► 伺服驱动单元 ► 紧急变桨蓄电池及监视单元 ► 紧急变桨模块 ► 超速保护继电器 ► 小型断路器,各种继电器及端子板 ► 各种按钮,指示灯及维护开关
轮毂控制柜功能
► 变桨及紧急收桨控制 ► 紧急收桨系统在线检测 ► 超速保护
► 轮毂速度检测
► 变桨轴承和变桨齿轮润滑控制
► 轮毂温度监视
滑环装置
风机运行状态划分
► 运行状态
1）机械刹车松开 2）允许机组并网发电 3）偏航系统投入自动 4）变桨系统选择最佳工作状态 5）发电机出口开关闭合，若风速够大可以 发电，则大、小发电机的相应开关闭合
风机运行状态划分
► 停机状态
1）机械刹车松开 2）偏航系统停止工作 3）叶片收回至90°变桨系统停止工作 4）发电机出口开关闭合，其余开关均断开
机舱控制柜
► 机舱控制柜组成
1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块（本地PC维护接口） DIO AIO模块 2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等
机舱控制柜主要功能
► 手动/自动偏航控制包括液压刹车 ► 气象站数据检测（风速、风向、温度） ► 润滑系统控制
温度记录模块PTAI216
温度记录模块PTAI216有4路模拟输 入和12路PT100传感器输入 ► 单端或差分模拟输入信号 ► 可输入2线Pt100传感器 ► 分辨率14位（AI） / 12位（ Pt100 ） ► 取样时间2.5毫秒（AI） / 600毫秒 （ Pt100 ） ► 输入与系统电隔离 ► 断线监测投入 ► 监测外部电源电压
【风力发电机组主要系统】变流器介绍(中级)
直接控制发电机转矩，动态响应好， 发电机端电流THD小。
发电机转矩不直接控制，直流侧斩波环 节可采用多重化，动态响应慢，定子电 流谐波大。
全功率变流器电气组成：1、电网侧变流器回路
2、电机侧变流器回路 3、直流侧卸荷单元
回路、定子开关等构成
启动时直流侧电压已稳定建立，电网侧主回路开关闭合， 此时闭合电机侧定子开关，电机侧PWM变换器开始调制
平波电抗器
NPR 2
MPR 2
Du/dt 接触器 2
熔断器
G2
S2
断路器
MPR 1 S1
Chopper
Du/dt
接触器 1
定子
发电机
定子电压 PWM
直流卸荷回路：由直流侧卸荷IGBT开关及释能电阻构成。
电网电压 测量
变流器 网侧电流测量
变流器
转子电流测量
滤波器
Crowbar
双馈型变流器控制原理
由交流异步发电机的原理可得下面关系式：
f1
fr
fs
np 60
fs
其中f1为定子电流频率，n为转速，p为电机极对 数，fs为转子励磁电流频率，由该公式可知，当发 电机 转速变化时，若控制转子供电频率fs相应变化 ，可使f1保持不变，与电网电压保持一致，这就是 交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理。
并网点电压（pu）
电网故障引起电压跌落
1、不脱网要求：风电场并网点电压跌
1.0 0.9
要求风电机组不 脱网连续运行
至20%标称电压时，风电场内的风电机 组能够保证不脱网运行625ms；风电场 并网点电压在发生跌落后2s内能够恢
1.5WM机组主控系统介绍
数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。数 字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放 大的作用。输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交 流负载的双向晶闸管或固态继电器。（如图所示）
模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成是A/D 转换器。（如图所示）
模拟量输出模块用于将CPU送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或电压信号，对执 行机构进行调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器。（如图所示）
3.4、倍福PLC模块
KL9010是K_BUS终端端子(模块)
KL9010总线末端端子可用于总线 耦合器和总线端子之间的数据交换。 每一个站都可在右侧使用KL9010 作为总线末端端子。总线末端端子 不具有任何其它功能或连接能力。
PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上 提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
3.3、PLC输入和输出模块的基本原理
数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开 关等。数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。输入电 路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输 入电流一般为数毫安。（如图所示）
பைடு நூலகம்
维护模式激活 No
OR
Yes No
停机正常
Yes
维护
OR
Yes 维护模式激活 No
维护模式下电 No
机转速故障
Yes
OR
5.2 启动和并网控制
风力发电机的起动和并网过程如下：由风向传感器测出风向主控制 器使偏航驱动机构动作，从而使风力发电机组对准风向。同时检测风速 （只要有风发电机转子就有转动，随着风速的增加发电机的感应电压也 逐步增加，即电机端电压逐步升高），当风速超过切入风速时，机组开 始启动，当机组达到一定条件时，通过全功率变流器控制的功率模块和 变流器网侧电抗器、电容器的LC滤波作用使系统输出电压等于电网电压、 频率也达到并网条件，同时检测电网电压与变流器网侧电压之间的相位 差，当其为零或相等（过零点）时实现并网发电（这些条件在金风 1.5MW机组里全部通过变流装置的控制来实现，变流装置通过锁相控制 和SPWM调制等使机组输出达到并网条件）。
(完整版)风力发电系统有哪些设备组成
二、风力发电系统有哪些设备组成2.1 基本原理和部件组成如下：大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。
距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。
图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。
这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。
大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。
从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。
如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。
因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。
2.2 风电机结构机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。
维护人员可以通过风电机塔进入机舱。
机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。
转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。
现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。
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齿轮箱连接在一起。
在现代600千瓦风电机上，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：齿轮箱左边是低速轴，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1500转每分钟运转，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：通常被称为感应电机或异步发电机。
在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。
偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。
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感觉风向。
图中显示了风电机偏航。
通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。
电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。
为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。
风力发电机组控制系统组成结构
风力发电机组控制系统组成结构一、系统概述风力发电场具有机组布置范围广阔，设备运行的自然环境恶劣等特点，WPCS风电控制系统专为大型风力发电机组而设计，产品集成了当代最先进的电力电子、微电子、网络和软件技术，系统的网络结构如下：图1风电控制系统网络结构图WPCS风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。
二、风力发电机组控制单元（WPCU）风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。
由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而WPCS风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等特点，其系统结构如下：图2风力发电机组控制单元系统结构图WPCS风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机架、机舱控制站机架、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
三、远程监控系统（WPCM）所有风电机组通过光纤以太网连接至主控室的上位机操作员站，实现整个风场的远程监控，上位机监控软件具有如下功能：①系统具有友好的控制界面。
②系统显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器上显示出来，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显示出来。
③系统显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况，通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况。
④系统能够及时显示各机组运行过程中发生的故障。
⑤系统能够对风电机组实现集中控制。
值班员在集中控制室内，只需对标明某种功能的相应键进行操作，就能对下位机进行改变设置状态和对其实施控制。
⑥系统管理。
监控软件具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能，以便随时查看风电场运行状况的历史记录情况。
风力发电机及其系统
（3）导体切割磁力线感应出电动势
导体感应电动势的方向可用右手定则判断！
交变频率： f pn1 [Hz] 60
p：磁极的极对数
20
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生电磁制动力
（1）载流导体在磁场中受到电磁力 （2）绕组电流受力形成电磁转矩 （3）电磁转矩阻止转子旋转，是一种
R1
I1 U1
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
R2 / s
1
s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ pa
37
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的机械特性曲线
n
电磁转矩：
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
T
2πf1[(R1
m1 pU12
发电机状态
电动机状态
S n1
nT
S n1
nT
N
N
n n＞n1＞0
n1
0＜n＜n1
0
s＜0
0
0＜s＜1
1s
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
33
恒速恒频笼型异步风力发电机系统
笼型异步风力发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
jXm
I2' E1= E'2
1
s
（3）i 在磁场中受力f，产生电磁转矩T
机组控制系统介绍
电机侧功率单元 主电缆
AC DC DC
适合接入电网的频率：50/60 Hz 电压：620VAC(+/-10%) ； 标准功率因数：1.0， 无功功率的调节范围：-0.95~0.95 ； 运行温度(以外界环境运行为准)：零下 30℃ ~零上 50℃ ； 采用风冷散热、集中控制方式 。
二、机组主控制系统的组成及功能
机组中用到的贝福模块（或功能端子） 1、主控制器CX1020 2、控制器供电电源CX1100-0002 3、Profibus-DP通信主站模块CX1500-M310 4、子站通信模块BK3150（总线耦合器） 5、子站通信模块BC3150（总线端子控制器） 6、4通道数字量输入端子KL1104 7、4通道数字量输出端子KL2134 8、8通道数字量输出端子KL2408 9、4通道模拟量输入端子KL3204 10、电力测量端子KL3403
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
风冷系统 水冷系统
以太网通信网络系统 人机交互监控系统
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统
控制系统各个部分的主要功能
人机交互 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息 网络/远程监控 ▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
二、机组主控制系统的组成及功能
2、控制器供电电源CX1100-0002
CX1100-0002模块是系统可以选择的三种电源模块中的一种。所有其他系统组件的 电源通过内置 PC104 总线供电，无需单独的电源线。然而，CX1100 组件除了提供电源 以外，还可具有其他重要特性：集成的 NOVRAM 可实现 故障情况下过程数据的安全存 储。有两行字符（每行 16 个字符）的 LCD 显示器用于显示系统和用户信息。
离网风力发电机系统构成介绍
离网风力发电机系统构成介绍把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。
风力发电技术是一项多学科的、可持续发展的、绿色环保的综合技术。
风力发电所需要的装置称作风力发电机组。
风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分将风能转换为机械能；发电机部分将机械能转换为电能。
根据风力发电机这两大部分采用的不同结构类型，以及它们分别采用技术的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
风力发电机组主要由风轮、传动与变速机构、发电机、塔架、迎风及限速机构组成。
离网风力发电系统是利用风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。
离网风力发电供电系统一般包括风力发电机、智能控制器、逆变器、交流/直流负载、蓄电池组等部分，该系统是集风力发电技术及智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。
1、发电部分（1）风轮风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。
一般风力发电机的风轮由两个或三个叶片构成，桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其他复合材料（如碳纤维）来制造。
在风的吹动下，风轮转动起来，使空气动力能转变成机械能（转速+扭矩）。
风轮的轮毂固定在发电机轴上，风轮的转动驱动了发电机轴旋转，带动三相发电机发出三相交流电。
（2）调向机构调向机构是用来调整风力机的风轮叶片与空气流动方向相对位置的机构，其功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。
因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，即迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构（国外通称偏航系统）。
小型水平轴风力机常用的调向机构有尾舵和尾车。
风力发电机结构介绍
绍结机构介风力发电风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电该机组通过风力推动叶轮旋转，塔架和基础等组成。
机、控制与安全系统、机舱、有效的将风能转再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，化成电能。
风力发电机组结构示意图如下。
1、叶片2、变浆轴承3、主轴4、机舱吊5、齿轮箱6、高速轴制动器7、发电机8、轴流风机9、机座10、滑环11、偏航轴承12、偏航驱动13、轮毂系统各主要组成部分功能简述如下（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。
叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。
由叶片、轮毂、变桨系统组成。
每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。
叶片配备雷电保护系统。
风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。
（2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。
（3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。
发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。
明阳）发电机4（．1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。
转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。
（5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。
同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。
（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。
轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。
轮箱转速比：）发电机：（41550kw 发电机额定功率：发电机额定电压：690v发电机额定电流：1120A发电机额定频率：50Hz发电机转速：1750rpm发电机冷却方式：空-空冷却发电机绝缘等级：H级主刹车系统：变浆制动。
风力发电机组液压系统的组成
风力发电机组液压系统的组成导语：风力发电机使用两个驱动系统，即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。
风电液压系统风机是有许多转动部件的。
机舱在水平面旋转，随时跟风。
风轮沿水平轴旋转，以便产生动力。
在变桨矩风机，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。
在停机时，叶片尖部要甩出，以便形成阻尼。
液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。
1、驱动系统风力发电机使用两个驱动系统，即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。
制动系统用液压控制，而叶片和偏转器的控制则用液压或电气驱动方式。
采用那一种传动的争论在风力发电机的设计中也不例外。
至于采用液压还是电气来控制叶片角度的输出功率、速度或频响，一般取决于制造厂家的经验而定。
2、变桨控制系统叶片角度（变桨）控制系统设计时主要应考虑当风力发电机遇到像台风等强风力时，机组能立即停止运行，以使电源中断，而此时的叶片需要控制在和风向相平行的位置上，确保叶片不再转动，电源中断后，机组的能量贮存系统开始工作，如液压蓄能器或蓄电池。
用液压控制时，用液压直线驱动器(液压缸)，用电气控制时，采用电气回转式驱动器。
装在主轴内的液压直线驱动器，及停止时应用的蓄能器也装在轴内。
国外液压直线驱动器是将液压、电子、电气的优点融合在一起的液压直线驱动装置（Electro-hydraulicsystem），简称Hybrid系统，这种系统节能是值得提倡。
这种由液压缸、液压泵、AC马达、蓄能器、电磁阀、传感器和动力源组成的集成式电气液压伺服驱动系统具有动态性能好，输出功率大，电气安装性和维护性好等优点。
它可以降低液压系统的缺点，如漏油和油污染的影响，使可靠性得到显著提高，而当电力中断时，又能充分显示出液压传动的优点，即和液压缸串联的液压缸，从蓄能器获得供油，使叶片迎风面和风向平行，使叶轮停止转动。
风力发电原理
风⼒发电原理风能发电的主要形式有三种：⼀是独⽴运⾏；⼆是风⼒发电与其他发电⽅式(如柴油机发电)相结合；三是风⼒并⽹发电。
由于并⽹发电的单机容量⼤、发展潜⼒⼤，故本⽂所指的风电，未经特别说明，均指并⽹发电。
1、⼩型独⽴风⼒发电系统⼩型独⽴风⼒发电系统⼀般不并⽹发电，只能独⽴使⽤，单台装机容量约为100⽡-5千⽡，通常不超过10千⽡。
它的构成为：风⼒发电机＋充电器＋数字逆变器。
风⼒发电机由机头、转体、尾翼、叶⽚组成。
叶⽚⽤来接受风⼒并通过机头转为电能；尾翼使叶⽚始终对着来风的⽅向从⽽获得最⼤的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整⽅向的功能；机头的转⼦是永磁体，定⼦绕组切割磁⼒线产⽣电能。
因风量不稳定，故⼩型风⼒发电机输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风⼒发电机产⽣的电能变成化学能。
然后⽤有保护电路的逆变电源，把电瓶⾥的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使⽤。
2、并⽹风⼒发电系统德国、丹麦、西班⽛等国家的企业开发建⽴了评估风⼒资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风⼒机设计理论，采⽤新型风⼒机叶⽚材料及叶⽚翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风⼒发电机组成的机群的⾃动控制技术，从⽽⼤⼤提⾼了风⼒发电的效率及可靠性。
在此基础上，风⼒发电机单机装机容量可以达到600千⽡以上。
不少国家建⽴了众多的中型及⼤型风⼒发电场，并实现了与⼤电⽹的对接。
现代风⼒发电机多为⽔平轴式。
⼀部典型的现代⽔平轴式风⼒发电机包括叶⽚、轮毂(与叶⽚合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。
其⼯作原理是：当风流过叶⽚时，由于空⽓动⼒的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。
⽬前也有⼚商推出⽆齿轮箱式机组，可降低震动、噪⾳，提⾼发电效率，但成本相对较⾼。
风力发电机组及变桨系统基础知识培训
备注 F插
F插 DC200V
三、变桨系统常见部件-双馈
以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）： 轴控柜：
连接信号
轴控柜
部件
AC400V电源 A/B/C/N/PE
蓄电池供电
AC400V轴控柜供电 DC220V供电
1Q1—1T1—1A1 1Q2—1A1/2F5(电池刹车释放)
AC230V轴控 柜供电1/2/3
f2
np 60
n 30
2200 - 1500 30
23.33HZ
这个值就是我们超速模块上设定发电机超速频率设定值。
二、机组发电原理介绍-直驱
金风直驱永磁发电机组采 用水平轴、三叶片、上风 向、变速变桨调节、直接 驱动、外转子永磁同步发 电机。其中永磁体为钕铁 硼永磁（第三代稀土永磁）
变频恒频控制是在电机的定子电路中实现的（见上图），由于风速的不断变化，风 力机和发电机也随之变速旋转，产生频率变化的电功率。发电机发出的频率 变化的
XS1_A(1) XS1_A(2/3) XS1_A(4)
123X7(1) 123X7(2/3) 123X7(4)
XS6(B1) XS6(B2/B3)
XS6(B4)
三、变桨系统常见部件-直驱
以天成同创变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）： 变桨控制柜：
连接信号
变桨控制柜
部件
AC400V电源
过电压保护
F插
三、变桨系统常见部件-双馈
以LUST变桨系统为例（主要进行电气回路梳理）： 中控柜：
连接信号
主控柜
部件
AC230VUPS 电源L/N
AC230V轴控柜供电1/2/3 AC230V2G1供电
2F1/2F2/2F3 2F4—2G1—2F6—L+B
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步骤：得到指令后，释放叶尖快速刹车， 两个圆 盘刹车全部作用，电机立即切出电网。
该程序用于紧急状况或过转速飞车
调整
刹车系统的控制机构－液压系统
四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
一、传动系统
• 作用： 1、把风能转化成旋转机械能 2、传递扭矩，并增速达到发电机的同步转速 3、将旋转机械能转化成电能
• 传动系统组成
桨叶、轮毂、主轴、轴承、轴 承座、胀套、齿轮箱、联轴器、 发电机
桨
• 功率控制： • 材料: • 叶片长度: • 风轮直径： • 叶片数量: • 锥角: • 轴倾角:
作用 1、与控制系统相互配合，使机组风轮始终处于迎风状态，
充分利用风能，提高机组的发电效率。 2、提供必要的锁紧力矩，以保障风机的安全运行。
偏航驱动
偏航制动器
回转支承内圈 回转支承外圈
• 偏航动作 1、机组与风向夹角达到某一值以上一定时间段。 2、防止电缆缠绕，偏航角度达到某一值以上时解缆。 3、在大风时停机并需要偏航一定角度以减轻机组的风载。
风力发电机组各系统介绍
浙江运达风力发电工程有限公司
风力发电机组原理
风轮把风作用在桨叶上的力转化为自身 的转速和扭矩，通过主轴——增速箱— —联轴器——高速轴把扭矩和转速传递 到发电机，实现风能－机械能－电能的 转换。
风力发电机组的组成
• 1. 传动系统 • 2. 偏航系统 • 3. 刹车系统 • 4. 支承系统 • 5. 冷却润滑系统 • 6. 电控系统
冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。
连接管路：连接各个部件。
附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
8(VD3)
9(VD2)
10
7(VD1) 6 5
4(E2)
11(Me2)
12(E1)
14
13(Me3)
3
2
1
• １、电机驱动油泵，将润滑油从齿轮箱底部泵入过滤 器。
• ２、过滤器内采用的是双精度滤芯，分成两层，有两 种过滤精度等级，两层之间由阀隔开，当在低温下启 动设备时，油液温度低，粘度较大，通过粗滤芯。随 着设备的启动，油液温度逐渐升高，油液完全通过高 精度滤芯；过滤器上带有压差发讯器，当滤芯达到使 用寿命时，会发出报警信号；
• 外齿面或内齿面啮合
三、刹车系统
• 刹车系统的作用 1、使风力发电机组在发生故障或紧急情况 下，
能快速、平稳的制动停机。 2、在运行情况下使机组保持稳定，不被侧风或
绕流影响。
刹车机构组成
• 叶片刹车（小叶片或变桨） • 风轮刹车（低速、高速制动装置） • 偏航刹车（盘式制动器）
• 叶尖刹车
胀套
胀套外圈 胀套内圈
齿轮箱低速输入轴
齿轮箱
齿轮箱参数：
• 输入功率: 880kW
• 额定功率: 750kW
• 效率:
＞97%
• 传动链：一级行星二级平行轴
• 输入转速: 22.5rpm
• 输出转速: 1520rpm
• 工作温度: -20℃～＋50℃（常）
-30℃～＋50℃（低）
• 传动比: 67.4
偏航电机
参数： • 型式： 具有多层盘式制动和顶端通风的三相电动机 • 额定功率: 1.5kW • 额定转速: 940rpm • 电压： 690V • 频率： 50Hz • 保护等级： IP54 • 绝缘等级： F • 制动： 电磁开启，弹簧制动；不锈钢或镀铬制动盘 • 制动力矩
回转支承
• 型式：四点球接触滚珠轴承 （单排或双排）
• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油
• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
• 基础 钢筋混凝土
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。
• 风轮刹车（一对）
• 偏航刹车
刹车程序
慢速刹车
步骤：得到指令后，释放叶尖慢速刹车，电机在 转速低于同步转速时切出 ，当电机转速低于设 定值时，一个圆盘刹车制动，当电机转速为 0rpm，第二个圆盘刹车制动，此时两个圆盘刹 车全部作用
• 该刹车程序用于正常停机或一般故障停机
快速刹车
步骤：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立 即切出电网。风轮刹车得到指令，一个圆盘刹 车制动。当电机转速为0rpm，第二个圆盘刹车 制动。两个圆盘刹车全部作用。
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L叶连接： 高强度螺栓
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
• 重量和质心: ≤4.5t
• 冷却方式: 空冷
•联轴器
发电机
发电机参数：
• 类型: 异步、双馈电机
• 额定功率: 750kW
• 额定转速: 1520rpm
• 额定转差: 1.33%
• 绝缘等级: H
• 防护等级: IP 54
• 额定电压: 690 V
• 频率：
50Hz
• 冷却方式： 风冷
二、偏航系统