风机变桨控制系统简介

风力发电机组变桨系统介绍

一．风力发电机组概述

双馈风机

1.风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关

键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。

叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。

组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。

风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比﹑与风轮直径的平方成正比﹑与风速的立方成正比.风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限

2.发电机与齿轮箱

双馈异步发电机

变频同步发电机

同步发电机---风力发电机中很少采用(造价高﹑并网困难)

(同步发电机在并网时必须要有同期检测装置来比较发电机侧和系统侧的

频率﹑电压﹑相位,对风力发电机进行调整,使发电机发出电能的频率与系

统一致;操作自动电压调压器将发电机电压调整到与系统电压相一致;同时,

微调风力机的转速,从周期检测盘上监视,使发电机的电压与与系统的电压

相位相吻合,就在频率﹑电压﹑相位同时一致的瞬间,合上断路器,将风力发

电机并入电网.)

永磁发电机---是一种将普通同步发电机的转子改变成永磁结构的发电机.组.

异步发电机---是异步电机处于发电状态,从其激励方式有电网电源励磁(他励)发电和并联电容自励(自励)发电两种情况.

电网电源励磁(他励)发电是将异步电机接到电网上, 电机内的定子绕组产

生以同步转速转动的旋转磁场,再用原动机拖动,使转子转速大于同步转速,

电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反,而机械力矩的方向则与转

速方向相同,这时就将原动机的机械能转化为电能. 异步电机发出的有功

功率向电网输送,同时又消耗电网的有功功率作励磁,并供应定子与转子漏

磁所消耗的无功功率,因此异步发电机并网发电时,一般要求加无功补偿装

置,通常用并联电容补偿的方式.

异步发电机的起动﹑并网很方便,且便于自动控制﹑价格低﹑运行可靠﹑

维修便利﹑运行效率也较高,因此在风力发电机并网机组基本上都是采用

异步发电机,而同步发电机则常用于独立运行.

3.偏航控制系统

风力机的偏航系统也称对风装置.其作用在于当风速矢量的方向变化时,能够快速平稳地对准风向,以便风轮获得最大的风能.

大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮并使其对准风向. 偏航系统一般包括感应风向的风向标, 偏航电机, 偏航行星齿轮减速器,回转体大齿轮等.

解缆

大多数风机的发电机输出功率的同轴电缆在风力机偏航时一同旋转,为了防止偏航超出而引起的电缆旋转,应该设置解缆装置,并增加扭缆传感器以监视电缆的扭转状态.

4. 变桨控制系统

5. 变流器

6. 塔架

风机四种不同的控制方式:

1.定速定桨距控制(Fixed speed stall regulated)

发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制2.定速变桨距控制(Fixed speed pitch regulated)

发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时桨距控制用于调节功率

3.变速定桨距控制(Variable speed stall regulated)

变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 4.变速变桨距控制(Variable speed pitch regulated)

变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 桨距控制用于调节功率.

二．基本知识

三. 风力发电机组的信号

(一) 机组状态参数检测

1．转速

风力发电机组转速的测量点有两个：即发电机转速和风轮转速。转速测量信号用于控制风力发电机组并网和脱网，还可用于起动超速保护系统，当风轮转速超过设定值n1或发电机转速超过设定值n2时，超速保护动作，风力发电机组停机。

风轮转速和发电机转速可以相互校验。如果不符，则提示风力发电机组故障。

2．温度

有8个点的温度被测量，用于反映风力发电机组系统的工作状况。这8个点包括：①齿轮箱油温；②高速轴承温度；③大发电机温度；④小发电机温度；⑤前主轴承温度；⑥后主轴承温度；⑦控制盘温度(主要是晶闸管的温度)；⑧控制器环境温度。

由于温度过高引起风力发电机组退出运行，在温度降至允许值时，仍可自动起动风力发电机组运行。

3．机舱振动

为了检测机组的异常振动，在机舱上应安装振动传感器。传感器由一个与微动开关相连的钢球及其支撑组成。异常振动时，钢球从支撑它的圆环上落下，拉动微动开关，引起安全停机。重新起动时，必须重新安装好钢球。

机舱后部还设有桨叶振动探测器(TAC84系统)。过振动时将引起正常停机。

4．电缆扭转

由于发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔筒，直到地面控制柜。如果机舱经常向一个方向偏航，会引起电缆严重扭转因此偏航系统还应具备扭缆保护的功能。偏航齿轮上安有一个独立的记数传感器，以记录相对初始方位所转过的齿数。当风力机向一个方向持续偏航达到设定值时，表示电缆已被扭转到危险的程度，控制器将发出停机指令并显示故障。风力发电机组停机并执行顺或逆时针解缆操作。为了提高可靠性，在电缆引入塔筒处(即塔筒顶部)，还安装了行程开关，行程开关触点与电缆相连，当电缆扭转到一定程度时可直接拉动行程开关，引起安全停机。

为了便于了解偏航系统的当前状态，控制器可根据偏航记数传感器的报告，以记录相对初始方位所转过的齿数显示机舱当前方位与初始方位的偏转角度及正在偏航的方向。

5．机械刹车状况

在机械刹车系统中装有刹车片磨损指示器，如果刹车片磨损到一定程度，控制器将显示故障信号，这时必须更换刹车片后才能起动风力发电机组。

在连续两次动作之间，有一个预置的时间间隔，使刹车装置有足够的冷却时间，以免重复使用使刹车盘过热。根据不同型号的风力发电机组，也可用温度传感器来取代设置延时程序。这时刹车盘的温度必须低于预置的温度才能起动风力发电机组。

6．油位

风力发电机的油位包括润滑油位、液压系统油位。