风力发电机组控制系统介绍ppt课件
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为使叶轮能够最大限度地获得风能，需要使叶轮时刻处于迎风方向。 偏航驱动系统的作用就是不断调整机舱方向，使得风电机组在发电时， 其叶轮始终处于迎风方向；
当风速高于额定风速时，为了保证风力发电机工作在额定功率状态， 需要调整叶片的角度以使叶轮得到的风能与发电机的额定功率相匹配。 变桨系统的作用就是在风速高于额定风速时，通过调节叶片角度使发 电机始终工作在额定状态。
⑹ 空模块
2020/10/9
13
⑦通道 交换机
⑧24VDC ⑨5VDC
主控柜本地监控系统(触摸屏)
风力发电机本地参数设置及状态显示
风速、转速等信息概览 启动条件及步骤 参数列表 最近100次事件报告 轮毂参数设置及状态显示 机舱参数设置及状态显示 发电机状态显示 变频器及水冷系统状态显示及参数设置 电网状态显示 发电量统计(年\月\日)(有功电量/无功电量) 可利用率统计 风机运行时间统计 故障及报警事件
本地操作面板的触摸屏也不是风机控制和安全系 统的一个非常重要的部件，这也就意味着触摸屏 关闭也不会影响风机的控制和安全系统，但一般 情况下触摸屏需要正常工作。
2020/10/9
11
塔基控制柜
塔基控制柜组成
1. PLC主站 2. RTU（远程接口单元） 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏（本地监控及操作） 6. 各种按钮、指示灯、小型断
➢ XE82风力发电机组的组成
XE82风力发电机组由叶轮、主轴承、同步发电机、变桨系统、偏航 系统、主控制系统、变频器、变压器及其他辅助部件组成。
➢ 工作原理
叶轮将风能转化为机械能，首先通过主轴承将机械能传递给发电机， 发电机把机械能转化为电能，再通过风力机专用变频器将发电机发出 的频率和幅值变化的交流电转化为频率和幅值均恒定的交流电，然后 通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网；
当风速高于额定风速时，为了保证风力发电机工作在额定功率状态， 需要调整叶片的角度以使叶轮得到的风能与发电机的额定功率相匹配。 变桨系统的作用就是在风速高于额定风速时，通过调节叶片角度使发 电机始终工作在额定状态。
⑹ 空模块
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⑦通道 交换机
⑧24VDC ⑨5VDC
主控柜本地监控系统(触摸屏)
风力发电机本地参数设置及状态显示
风速、转速等信息概览 启动条件及步骤 参数列表 最近100次事件报告 轮毂参数设置及状态显示 机舱参数设置及状态显示 发电机状态显示 变频器及水冷系统状态显示及参数设置 电网状态显示 发电量统计(年\月\日)(有功电量/无功电量) 可利用率统计 风机运行时间统计 故障及报警事件
本地操作面板的触摸屏也不是风机控制和安全系 统的一个非常重要的部件，这也就意味着触摸屏 关闭也不会影响风机的控制和安全系统，但一般 情况下触摸屏需要正常工作。
2020/10/9
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塔基控制柜
塔基控制柜组成
1. PLC主站 2. RTU（远程接口单元） 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏（本地监控及操作） 6. 各种按钮、指示灯、小型断
➢ XE82风力发电机组的组成
XE82风力发电机组由叶轮、主轴承、同步发电机、变桨系统、偏航 系统、主控制系统、变频器、变压器及其他辅助部件组成。
➢ 工作原理
叶轮将风能转化为机械能，首先通过主轴承将机械能传递给发电机， 发电机把机械能转化为电能，再通过风力机专用变频器将发电机发出 的频率和幅值变化的交流电转化为频率和幅值均恒定的交流电，然后 通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网；
风力发电机组控制系统及SCADA系统ppt课件
激活任何机构 3）计算机仍在运行和测量所有输入信号 4）发电机出口开关和所有接触器断开 5）叶片紧急收回至90°后变桨系统停止工作 6）偏航系统停止工作 ► 风力发电机组进入紧急停机状态后，除非手动进
行复位，否则无法启动。
.
5
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。
差别连接
► 可连接2线制PT100
.
39
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
.
11
自动运行控制要求
►6、大风脱网控制
当风速10分钟平均值大于25m/s时，风力发 电机组可能出现超速和过载，为了机组的安 全，这时风机必须进行大风脱网停机。风机 先投入收回叶片，等功率下降后脱网，20秒 后或者低速轴转速小于一定值时，抱机械闸 ，风机完全停止。当风速回到工作风速区后 ，风机开始恢复自动对风，待转速上升后， 风机又重新开始自动并网运行。
发电，则大、小发电机的相应开关闭合
.
3
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
.
4
风机运行状态划分
► 紧急停机状态 1）机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2）计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去
路器、继电器、加热元件、 风机、端子板等等
行复位，否则无法启动。
.
5
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。
差别连接
► 可连接2线制PT100
.
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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
.
11
自动运行控制要求
►6、大风脱网控制
当风速10分钟平均值大于25m/s时，风力发 电机组可能出现超速和过载，为了机组的安 全，这时风机必须进行大风脱网停机。风机 先投入收回叶片，等功率下降后脱网，20秒 后或者低速轴转速小于一定值时，抱机械闸 ，风机完全停止。当风速回到工作风速区后 ，风机开始恢复自动对风，待转速上升后， 风机又重新开始自动并网运行。
发电，则大、小发电机的相应开关闭合
.
3
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
.
4
风机运行状态划分
► 紧急停机状态 1）机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2）计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去
路器、继电器、加热元件、 风机、端子板等等
风力发电机及其系统ppt课件
R1
I1 U1
R2 / s
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
1
s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ p1a5
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
电磁 －Tm
10
制动
s
电磁转矩：
T
2πf1[(R1
m1 pU12
Байду номын сангаас
R2 s
10
电机 正反 转控 制图
11
笼型异步发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
I2'
jXm E1= E'2
1
s
s
R2
一相等值电路
定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗
转子可变电阻反映发电机的负载状况
12
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
20
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流斩波控制电路：
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电21流
RCC异步风力发电机系统的特点
优点：
（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变 桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可 明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;
整发电机的机械特性。
19
风力发电机组控制系统介绍课件
制； 偏航控制实现风机最大面积迎风； 风速和风向监测； 风机保护系统； 紧急保护系统以及周期性紧急系统检查；
各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控 制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制；
辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷 却风扇等）；
小型断路器,各种继电器及端子板 偏航控制实现风机最大面积迎风；
λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） 偏航控制实现风机最大面积迎风；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤 风向标工作原理：风向标内部装有一个6位的格雷码盘，利用光学原理，风向标的角度可以实现0-359°的监测。
变桨控制及其他辅助控制功能
500Kbits/s。 风机本地监控和操作
7KOhm的电位计和2个带有凸轮的限位开关。 XE82风机所采集的是直接发生的脉冲信号，其脉冲频率为10Hz。 XE82风机所采集的是直接发生的脉冲信号，其脉冲频率为10Hz。 此二进制码被D/A转换器变成模拟电压，最后被转换成4-20mA信号输出。 各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
滑环装置
滑环装置的作用 1.轮毂供电传输 2.CAN总线传输 3.超速传感器安装 4.轮毂转速传感器
安装
油脂泵装置
润滑装置主要由油脂泵、分配器、管路、油嘴等组成。轮 毂内的润滑系统自动润滑变桨轴承和变桨齿轮。
变桨轴承（红色）及变桨齿轮油脂（棕色）。
①限位开关
②电动润油泵
锁紧销
轮毂（转子）的制动和锁紧：转子的制动和锁紧装置主 要由稀油液压站，管路、盘式制动执行机构、液压锁紧销等 组成。风机运行过程中，当平均风速高于设定值或瞬时风速 超过设定值时，轮毂处于制动或锁紧状态。在风机叶轮里进 行检查维护工作时，必须保证制动销插上，使轮毂处于锁紧 状态。
各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控 制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制；
辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷 却风扇等）；
小型断路器,各种继电器及端子板 偏航控制实现风机最大面积迎风；
λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） 偏航控制实现风机最大面积迎风；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤 风向标工作原理：风向标内部装有一个6位的格雷码盘，利用光学原理，风向标的角度可以实现0-359°的监测。
变桨控制及其他辅助控制功能
500Kbits/s。 风机本地监控和操作
7KOhm的电位计和2个带有凸轮的限位开关。 XE82风机所采集的是直接发生的脉冲信号，其脉冲频率为10Hz。 XE82风机所采集的是直接发生的脉冲信号，其脉冲频率为10Hz。 此二进制码被D/A转换器变成模拟电压，最后被转换成4-20mA信号输出。 各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度、控制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
滑环装置
滑环装置的作用 1.轮毂供电传输 2.CAN总线传输 3.超速传感器安装 4.轮毂转速传感器
安装
油脂泵装置
润滑装置主要由油脂泵、分配器、管路、油嘴等组成。轮 毂内的润滑系统自动润滑变桨轴承和变桨齿轮。
变桨轴承（红色）及变桨齿轮油脂（棕色）。
①限位开关
②电动润油泵
锁紧销
轮毂（转子）的制动和锁紧：转子的制动和锁紧装置主 要由稀油液压站，管路、盘式制动执行机构、液压锁紧销等 组成。风机运行过程中，当平均风速高于设定值或瞬时风速 超过设定值时，轮毂处于制动或锁紧状态。在风机叶轮里进 行检查维护工作时，必须保证制动销插上，使轮毂处于锁紧 状态。
风力发电机组各系统介绍ppt课件
37
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。
38
39
• 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。
40
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。 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。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
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。
35
• 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
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
43
• 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。
44
19
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
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。
38
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• 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。
40
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。 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。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
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。
35
• 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
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
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• 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。
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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
风力发电原理(控制)教学课件
机舱
包含发电机和齿轮箱， 用于将风轮的机械能转
换为电能。
塔筒
支撑整个风力发电机组 ，提供所需的高度以捕
获更多风能。
控制系统
监控风力发电机组的运 行状态，确保其安全、
高效地运行。
风力发电机的工作原理
01
02
03
04
风能捕获
当风吹过风轮叶片时，叶片的 翼型剖面产生升力，使叶片旋
转。
机械能转换
风轮通过主轴和齿轮箱将旋转 的机械能传递给发电机。
生命周期成本
包括初始投资、运营和维护成 本在内的总成本。
03
CATALOGUE
控制系统的基本原理与技术
控制系统的基本概念与组成
控制系统定义
控制系统是一种通过输入、处理和输出等环节，实现某一特定目 标的闭环系统。
控制系统组成
控制系统通常由传感器、控制器、执行器和被控对象等部分组成。
控制系统的基本功能
风力发电机组的维护与检修
日常维护
定期检查风电机组及相关设备的运行状态，及时 发现并处理潜在故障。
定期检修
根据设备运行状况和维修周期，进行全面的检查 、测试和维修，确保设备正常运行。
备件管理
建立完善的备件管理体系，确保备件供应及时、 充足，降低设备维修成本。
风力发电与其他可再生能源的互补利用
风光互补
利用风能和太阳能的互补性，合理配置风光发电机组，提高能源 利用效率和可靠性。
多能互补
结合风能、太阳能、水能等多种可再生能源，构建多能互补发电 系统，实现能源的多元化和稳定性。
区域能源互联
加强区域内的能源互联互通，优化能源资源配置，提高可再生能 源的消纳能力和能源利用效率。
06
风电培训-控制系统ppt讲座
• PLC正常运行时，扫描周期的长短不仅与CPU的运算速度有关，也与 I/O的点数和性质有关，同时与用户程序的长短和编程水平有关。因此 ，编程人员应不断学习和掌握有关PLC 的硬件结构及软件编程技巧， 提高编程水平，以缩小PLC的扫描周期，提高测试与控制的精度及可 靠性。
3.3 机舱控制柜
WP4051
（3）以上信号由WPL351采集后，由WPL110经光纤电缆送 至塔底柜，经WP4000处理后，由光纤通信返回机舱柜， 再由WPL351输出，来控制各分控制器及其执行机构的动 作。（变桨、变速、偏航、制动等）
（4）根据传感器提供的反馈信号，对机组进行安全保护或 紧急关机。
3.4 塔底控制柜
去机舱柜 通信模块
• 用户存储器 包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区） 两部分。用户程序存储器用来存放用户对具体工作要求编制的PLC编 程语言程序；用户功能存储器用来存放（记忆）用户程序中使用的 ON/OFF状态、数值、数据等，它构成了PLC的各种内部器件，也称 为“软元件”。用户存储器存储量的大小是表征PLC性能的重要指标之 一。
电量 变送器
传感器 网络
WP4051
WPL11 0
WPL4000
WPL150
WPL351
与变流器 通信
图3.3
控制执行机构
塔底控制柜的主要任务如下：
（1）主控制器的CPU模块位于塔底控制柜，主要完成数据 采集以及I/O信号处理、逻辑运算、通过光纤通信接收和 处理机舱柜信号，产生和输出控制信号，与变流器通信， 实现功率调节和变速恒频控制，与监控系统通信，传递监 控信息。
图3.1
（1）中央处理器（CPU）
CPU是PLC的核心，按系统程序所赋予的功能指挥PLC工 作。其主要功能如下：
3.3 机舱控制柜
WP4051
（3）以上信号由WPL351采集后，由WPL110经光纤电缆送 至塔底柜，经WP4000处理后，由光纤通信返回机舱柜， 再由WPL351输出，来控制各分控制器及其执行机构的动 作。（变桨、变速、偏航、制动等）
（4）根据传感器提供的反馈信号，对机组进行安全保护或 紧急关机。
3.4 塔底控制柜
去机舱柜 通信模块
• 用户存储器 包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区） 两部分。用户程序存储器用来存放用户对具体工作要求编制的PLC编 程语言程序；用户功能存储器用来存放（记忆）用户程序中使用的 ON/OFF状态、数值、数据等，它构成了PLC的各种内部器件，也称 为“软元件”。用户存储器存储量的大小是表征PLC性能的重要指标之 一。
电量 变送器
传感器 网络
WP4051
WPL11 0
WPL4000
WPL150
WPL351
与变流器 通信
图3.3
控制执行机构
塔底控制柜的主要任务如下：
（1）主控制器的CPU模块位于塔底控制柜，主要完成数据 采集以及I/O信号处理、逻辑运算、通过光纤通信接收和 处理机舱柜信号，产生和输出控制信号，与变流器通信， 实现功率调节和变速恒频控制，与监控系统通信，传递监 控信息。
图3.1
（1）中央处理器（CPU）
CPU是PLC的核心，按系统程序所赋予的功能指挥PLC工 作。其主要功能如下：
风力发电机组主控系统培训课件
二、 主控产品简介
3. 参数指标
目前三一主控系统的产品如表2.2所示
表2.2 三一主控系统型谱
产品名称 1.5MW陆上低温型风机主控系统 1.5MW陆上高原型风机主控系统 2.0MW陆上低温型风机主控系统 2.0MW-60Hz低温型风机主控系统 2.0MW海上型风机主控系统 3.0MW海陆兼容型风机主控系统 ...
21
品质改变世界
三、 主控产品组成部分（电气
电气组成
机舱柜主要有：
(1) 控制单元；(2) 低压器件；(3) 电源单 元； (4) 安全链系统；(5)防雷单元；(6) 通讯单元；(7) 监控单元
塔底柜主要有： (1) 电源单元 ; (2) 传感器单元 ; (3) 控制单元;(4) 监控单元;(5) 通讯单元
产品型号 SYK15L SYK15H SYK20L SYK20LE SYK20S SYK30S ...
13
品质改变世界
二、 主控产品简介
4. 功能介绍
风
风轮
传动链
当前桨距角
变桨系统
当前桨距角
给定的桨距角
核心功能 辅助功能
主控制器
发电机
变流器
测
量
的
转
速 转
矩
环境和设备 状态检测
远程通讯/ 人机交互
日志、报警 和故障处理
• 外部通讯是指主控与远端数据 服务器，多个风机控制器之间 的数据传输，通常使用 EtherNET TCP/IP（局域网络） 实现。
图3.2 主控系统产品实物
22
品质改变世界
三、 主控产品组成部分（电气
配电线路图
图3.3 主控系统配电线路示意图 23
品质改变世界
风力发电机及其系统PPT课件
（2）定子铁心槽内的导体与转子上的 主磁极之间发生相对运动
（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
0
if (Ff )
空载特性 E0＝f ( if )
23
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的外特性
U
外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝
const，cos＝const的条件下，端电
cos() 0.8 压U和负载电流I 的关系曲线。
UN
cos 1 外特性反映负载性质不同时，端电
cos 0.8
4
双馈异步风力发电机组
5
风力发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴 线旋转的角度。显然，桨距角的 变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV3Cp
• 风能转换率
Cpf(TS,R )
风电机组对发电机系统的基本要求：
（1）将旋转风力机的机械能高效率地转换为电能 转速、转矩、效率、电压、电流、体积、重量
（2）输出的电能质量应满足电力系统的并网要求 频率、有功、无功、波形畸变率、三相不平衡度、 并网冲击、电压跌落跨越
（3）与风力机系统匹配，最大限度发挥风力机的风能转换率 有无齿轮箱（直驱）、变速（MPPT）、变桨（恒功）
（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
0
if (Ff )
空载特性 E0＝f ( if )
23
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的外特性
U
外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝
const，cos＝const的条件下，端电
cos() 0.8 压U和负载电流I 的关系曲线。
UN
cos 1 外特性反映负载性质不同时，端电
cos 0.8
4
双馈异步风力发电机组
5
风力发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴 线旋转的角度。显然，桨距角的 变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV3Cp
• 风能转换率
Cpf(TS,R )
风电机组对发电机系统的基本要求：
（1）将旋转风力机的机械能高效率地转换为电能 转速、转矩、效率、电压、电流、体积、重量
（2）输出的电能质量应满足电力系统的并网要求 频率、有功、无功、波形畸变率、三相不平衡度、 并网冲击、电压跌落跨越
（3）与风力机系统匹配，最大限度发挥风力机的风能转换率 有无齿轮箱（直驱）、变速（MPPT）、变桨（恒功）
风力发电机组及其控制系统PPT课件
风力机的结构 风力机
传动链
发电机
变速发电技术
27
2.1.2 风力机的结构和组成
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。
28
2.1.2 风力机的结构和组成
小型风力机的叶片部分采用木质材料，中、大型风力机的叶片的趋 势都倾向于采用玻璃纤维或高强度复合材料。
29
2.1.2 风力机的结构和组成
32
(3)电动机驱动的风向跟踪系统 对大型风力发电机组，一般采用电动机驱动的风向跟踪系统。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调节
系统和扭缆保护装置等部分组成。偏航调节系统包括风向标和偏航系统调节软件。风向标对应每一个风向都有一 个相应的脉冲输出信号，通过偏航系统软件确定其偏航方向和偏航角度，然后将偏航信号放大传送给电动机，通 过减速机构转动风力机平台，直到对准风向为止。
叶片数少的风力机通常称为高速风力机，它 在高速运行时有较高的风能利用系数，但起 动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同 样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此 适用于发电。
20
水平轴风力机随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分。
上风向：风轮在塔架的前面迎风旋转，叫做上风向风力机。上风向风力 机必须有某种调向装置来保持风轮迎风。
14
风电产业
➢ 全球风电发展趋势 ✓ 机组容量大型化、产业规模化
➢ 新时期风电发展要求 ✓ 整体性要求更高、零部件相关技术有待提高 ✓ 与电网联系紧密，能效、稳定性要求提高 ✓ 控制系统重要性越发体现
➢ 我国风电发展存在问题 ✓ 风电建设与技术支持体系的不平衡 ✓ 控制系统研发、生产最为薄弱
15
2.风电机组的构成
2.06%
风力发电控制系统综述(PPT)
限后，发出报警信温度越低至某设定值后，起动电加热器，温度升高至某设
定值后时，停止加热器运行;同时电加热器也用于控制发电机的
温度端差在合理的范围内。
风电控制系统辅助设备逻辑
• 增速齿轮箱系统
•
齿轮箱系统用于将风轮转速增速至双馈发电机的正常
转速运行范围内，需监视和控制齿轮油泵、齿轮油冷却器、
•
第三部分风电控制系统辅助 设备逻辑
风电控制系统辅助设备逻辑
• 发电机系统
•
监控发电机运行参数，通过3台冷却风扇和4台电加热器，控
制发电机线圈温度、轴承温度、滑环室温度在适当的范围内，相
关逻辑如下：
•
当发电机温度升高至某设定值后，起动冷却风扇，当温度降
低到某设定值时，停止风扇运行;当发电机温度过高或过低并超
加热器、润滑油泵等等。
•
当齿轮油压力低于设定值时，起动齿轮油泵;当压力高
于设定值时，停止齿轮油泵。当压力越限后，发出警报，
并执行停机程序。
•
齿轮油冷却器/加热器控制齿轮油温度：当温度低于设
定值时，起动加热器，当温度高于设定值时停止加热器;当
温度高于某设定值时，起动齿轮油冷却器，当温度降低到
设定值时停止齿轮油冷却器。
• 润滑油泵控制，当润滑油压低于设定值时，起动润滑油 泵，当油压高于某设定值时，停止润滑油泵。
风电控制系统辅助设备逻辑
• 偏航系统控制
•
根据当前的机舱角度和测量的低频平均风向信
号值，以及机组当前的运行状态、负荷信号，调节
CW(顺时针)和CCW(逆时针)电机，实现自动对风、电
缆解缆控制。
•
自动对风：当机组处于运行状态或待机状态时，
风电控制系统基本功能
《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。
风力发电机PPT课件
整流器 转子励磁绕组 定子三相绕组
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
2024/1/12
第34页/共119页
2024/1/12
第35页/共119页
2024/1/12
双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
2024/1/12
第10页/共119页
4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
2024/1/12
第9页/共119页
2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
励磁调节器
蓄电池组
2024/1/12
图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
第30页/共119页
（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
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第34页/共119页
2024/1/12
第35页/共119页
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双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
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第10页/共119页
4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
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第9页/共119页
2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。
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路器、继电器、加热元件及 端子板等
09.04.2020
12
PLC主站系统
⑴ CPU模块（带有以太网接口和 CAN MASTER 接口）
.机组控制 .变频器控制（CAN BUS和硬接线）
②通讯模块 （主）
④DIO248
⑥PLC 备用模块
③照明
⑤AIO288
.与RTU进行数据交换
①CPU模块
⑵ FM模块（FASTBUS总线通讯模块）
➢ XE82风力发电机组的组成
XE82风力发电机组由叶轮、主轴承、同步发电机、变桨系统、偏航 系统、主控制系统、变频器、变压器及其他辅助部件组成。
➢ 工作原理
叶轮将风能转化为机械能，首先通过主轴承将机械能传递给发电机， 发电机把机械能转化为电能，再通过风力机专用变频器将发电机发出 的频率和幅值变化的交流电转化为频率和幅值均恒定的交流电，然后 通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网；
却风扇等）；
操作界面接口：与本地操作界面通讯；
09.04.2020
6
风力发电机组控制系统的组成
➢ 塔基控制柜
风机各控制功能、中央处理CPU及通讯 风机本地监控和操作
➢ 机舱控制柜
机舱CAN主站 主控制系统的远程I/O站 偏航控制及其他辅助控制功能
➢ 轮毂控制柜
轮毂CAN从站 变桨控制及其他辅助控制功能
09.04.2020
7
风机控制系统框图
09.04.2020
8
控制柜介绍
塔基控制柜（风力发电机主控柜）安装在风力发 电机的塔筒底部，用以实现风力发电机组的启动 和停机、偏航控制、辅助控制、保护和监控，并 且实现风机变浆控制、偏航控制和变频器控制的 协调；
机舱控制柜安装在风力发电机的机舱内，主要处 理机舱里的I/O信号，用以实现偏航控制、机舱的 辅助控制、塔筒加速度监控和发电机保护监控；
为使叶轮能够最大限度地获得风能，需要使叶轮时刻处于迎风方向。 偏航驱动系统的作用就是不断调整机舱方向，使得风电机组在发电时， 其叶轮始终处于迎风方向；
当风速高于额定风速时，为了保证风力发电机工作在额定功率状态， 需要调整叶片的角度以使叶轮得到的风能与发电机的额定功率相匹配。 变桨系统的作用就是在风速高于额定风速时，通过调节叶片角度使发 电机始终工作在额定状态。
09.04.2020
14
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
09.04.2020
10
变频器与主控系统的通讯也是采用通讯速率为
500 Kbits/s的CANopen通讯协议，使用的连接 线是屏蔽铜电缆。
变频器控制系统不是风机控制系统的一部分，它 是一个自动控制系统，变频器开关的闭合/断开命 令以及转矩和速度给定是从风机主控系统发送到
变频器的，变频器可以发送一个故障请求使风机 停机。
制； 偏航控制实现风机最大面积迎风； 风速和风向监测； 风机保护系统； 紧急保护系统以及周期性紧急系统检查；
09.04.2020
5
各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度Байду номын сангаас控 制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制； 辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷
本地操作面板的触摸屏也不是风机控制和安全系 统的一个非常重要的部件，这也就意味着触摸屏 关闭也不会影响风机的控制和安全系统，但一般 情况下触摸屏需要正常工作。
09.04.2020
11
塔基控制柜
塔基控制柜组成
1. PLC主站 2. RTU（远程接口单元） 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏（本地监控及操作） 6. 各种按钮、指示灯、小型断
09.04.2020
⑦通道 交换机
⑧24VDC ⑨5VDC
13
主控柜本地监控系统(触摸屏)
风力发电机本地参数设置及状态显示
风速、转速等信息概览 启动条件及步骤 参数列表 最近100次事件报告 轮毂参数设置及状态显示 机舱参数设置及状态显示 发电机状态显示 变频器及水冷系统状态显示及参数设置 电网状态显示 发电量统计(年\月\日)(有功电量/无功电量) 可利用率统计 风机运行时间统计 故障及报警事件
XE82-2000风力发电机 组控制系统介绍
09.04.2020
1
主要内容
一、XE82风力发电机组的组成和工作原理 二、风力发电机组的输出功率 三、XE82风机控制系统的功能及组成 四、XE82风机安全系统介绍 五、Bachmann M1 PLC系统特点
09.04.2020
2
一 XE82风力发电机组的组成和 工作原理
09.04.2020
9
轮毂控制柜安装在风力发电机的轮毂内，主要处 理轮毂里的I/O信号，用以实现风机的变浆控制、 轮毂辅助控制和紧急变浆；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤 完成，它具有抗电磁干扰，且传输时间以微秒计 的特性，与背板传输的时间相当。
机舱控制柜和轮毂控制柜的连接是通过滑环完成， 采用的通讯协议是CANopen，通讯速率为 500Kbits/s。
09.04.2020
3
二 风力发电机组的输出功率
P r1 2C p()R2V3
Pr 风轮吸收的功率，W ρ 空气密度，kg/m3 R 风轮的半径，m V 风速，m/s Cp 风力机的功率系数 β 桨距角 λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） ω 风轮旋转角速度，rad/s Vtip 风轮叶尖速度，m/s
由于空气密度、叶轮半径及风速均为不可控值，唯一可以控制的参 量就是风力机功率系数（风能利用系数）Cp ，其理论极限值为 0.593。若在任何风速下，风机都运行在最大Cp值下，则可增加其 输出功率。
09.04.2020
4
三 XE82风机控制系统的功能及组成
风力发电机组控制系统的功能
自动或手动启动和停止风力发电机组； 叶片变浆控制实现风机的功率限制和轮毂转速限
.与机舱PLC从站进行数据交换
⑷ DI/O模块
.处理各种外部开关量输入/输出，如：
风机起动/停车、复位、变压器各
个开关的状态、变频器及冷却装置
等外部开关信号
⑸ AI/O模块
⒀紧急 继电器
.处理各种外部模拟量信号，如：变
频器冷却装置的入口和出口水压、
变压器温度等
⑿继电器 开关
⑾温度 监控器
⑩保险开关
⑹ 空模块
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PLC主站系统
⑴ CPU模块（带有以太网接口和 CAN MASTER 接口）
.机组控制 .变频器控制（CAN BUS和硬接线）
②通讯模块 （主）
④DIO248
⑥PLC 备用模块
③照明
⑤AIO288
.与RTU进行数据交换
①CPU模块
⑵ FM模块（FASTBUS总线通讯模块）
➢ XE82风力发电机组的组成
XE82风力发电机组由叶轮、主轴承、同步发电机、变桨系统、偏航 系统、主控制系统、变频器、变压器及其他辅助部件组成。
➢ 工作原理
叶轮将风能转化为机械能，首先通过主轴承将机械能传递给发电机， 发电机把机械能转化为电能，再通过风力机专用变频器将发电机发出 的频率和幅值变化的交流电转化为频率和幅值均恒定的交流电，然后 通过升压变压器转化成风电场需要的电压，最后通过变电站送入电网；
却风扇等）；
操作界面接口：与本地操作界面通讯；
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风力发电机组控制系统的组成
➢ 塔基控制柜
风机各控制功能、中央处理CPU及通讯 风机本地监控和操作
➢ 机舱控制柜
机舱CAN主站 主控制系统的远程I/O站 偏航控制及其他辅助控制功能
➢ 轮毂控制柜
轮毂CAN从站 变桨控制及其他辅助控制功能
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风机控制系统框图
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控制柜介绍
塔基控制柜（风力发电机主控柜）安装在风力发 电机的塔筒底部，用以实现风力发电机组的启动 和停机、偏航控制、辅助控制、保护和监控，并 且实现风机变浆控制、偏航控制和变频器控制的 协调；
机舱控制柜安装在风力发电机的机舱内，主要处 理机舱里的I/O信号，用以实现偏航控制、机舱的 辅助控制、塔筒加速度监控和发电机保护监控；
为使叶轮能够最大限度地获得风能，需要使叶轮时刻处于迎风方向。 偏航驱动系统的作用就是不断调整机舱方向，使得风电机组在发电时， 其叶轮始终处于迎风方向；
当风速高于额定风速时，为了保证风力发电机工作在额定功率状态， 需要调整叶片的角度以使叶轮得到的风能与发电机的额定功率相匹配。 变桨系统的作用就是在风速高于额定风速时，通过调节叶片角度使发 电机始终工作在额定状态。
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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
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变频器与主控系统的通讯也是采用通讯速率为
500 Kbits/s的CANopen通讯协议，使用的连接 线是屏蔽铜电缆。
变频器控制系统不是风机控制系统的一部分，它 是一个自动控制系统，变频器开关的闭合/断开命 令以及转矩和速度给定是从风机主控系统发送到
变频器的，变频器可以发送一个故障请求使风机 停机。
制； 偏航控制实现风机最大面积迎风； 风速和风向监测； 风机保护系统； 紧急保护系统以及周期性紧急系统检查；
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各种监控功能（发电机定子温度、轴承温度Байду номын сангаас控 制箱温度、变浆电机温度、电池等）；
与变频器控制系统的CANOPEN通讯和控制； 辅助控制功能（油脂泵、维护刹车、锁紧销、冷
本地操作面板的触摸屏也不是风机控制和安全系 统的一个非常重要的部件，这也就意味着触摸屏 关闭也不会影响风机的控制和安全系统，但一般 情况下触摸屏需要正常工作。
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塔基控制柜
塔基控制柜组成
1. PLC主站 2. RTU（远程接口单元） 3. 工业以太网交换机 4. UPS电源 5. 触摸屏（本地监控及操作） 6. 各种按钮、指示灯、小型断
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⑦通道 交换机
⑧24VDC ⑨5VDC
13
主控柜本地监控系统(触摸屏)
风力发电机本地参数设置及状态显示
风速、转速等信息概览 启动条件及步骤 参数列表 最近100次事件报告 轮毂参数设置及状态显示 机舱参数设置及状态显示 发电机状态显示 变频器及水冷系统状态显示及参数设置 电网状态显示 发电量统计(年\月\日)(有功电量/无功电量) 可利用率统计 风机运行时间统计 故障及报警事件
XE82-2000风力发电机 组控制系统介绍
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1
主要内容
一、XE82风力发电机组的组成和工作原理 二、风力发电机组的输出功率 三、XE82风机控制系统的功能及组成 四、XE82风机安全系统介绍 五、Bachmann M1 PLC系统特点
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一 XE82风力发电机组的组成和 工作原理
09.04.2020
9
轮毂控制柜安装在风力发电机的轮毂内，主要处 理轮毂里的I/O信号，用以实现风机的变浆控制、 轮毂辅助控制和紧急变浆；
风机主控系统柜和机舱控制柜的连接是通过光纤 完成，它具有抗电磁干扰，且传输时间以微秒计 的特性，与背板传输的时间相当。
机舱控制柜和轮毂控制柜的连接是通过滑环完成， 采用的通讯协议是CANopen，通讯速率为 500Kbits/s。
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二 风力发电机组的输出功率
P r1 2C p()R2V3
Pr 风轮吸收的功率，W ρ 空气密度，kg/m3 R 风轮的半径，m V 风速，m/s Cp 风力机的功率系数 β 桨距角 λ 叶尖速比（λ=Vtip/Vwind=ωR/V） ω 风轮旋转角速度，rad/s Vtip 风轮叶尖速度，m/s
由于空气密度、叶轮半径及风速均为不可控值，唯一可以控制的参 量就是风力机功率系数（风能利用系数）Cp ，其理论极限值为 0.593。若在任何风速下，风机都运行在最大Cp值下，则可增加其 输出功率。
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4
三 XE82风机控制系统的功能及组成
风力发电机组控制系统的功能
自动或手动启动和停止风力发电机组； 叶片变浆控制实现风机的功率限制和轮毂转速限
.与机舱PLC从站进行数据交换
⑷ DI/O模块
.处理各种外部开关量输入/输出，如：
风机起动/停车、复位、变压器各
个开关的状态、变频器及冷却装置
等外部开关信号
⑸ AI/O模块
⒀紧急 继电器
.处理各种外部模拟量信号，如：变
频器冷却装置的入口和出口水压、
变压器温度等
⑿继电器 开关
⑾温度 监控器
⑩保险开关
⑹ 空模块