第四章 风力发电机组的并网技术 《风力发电机组监测与控制》课件
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风力发电机并网 原理ppt课件
双馈异步发电机的缺点是有滑环结构，需要 经常维护。
2. 主要三种并网方式
交流励磁变速恒频发电机采用双馈型异步发电机,与传 统的直流励磁同步发电机以及通常的异步发电机相比, 其并网过程有所不同。采用交流励磁后,可根据电网电 压和发电机转速来调节励磁电流, 进而调节发电机输出 电压来满足并网条件,因而可在变速条件下实现并网 。 变速恒频风力发电机组的并网方式主要有空载并网,带 独立负载并网,孤岛并网。其中,空载并网和带独立负载 并网2种方式中,转子励磁变换器直接与电网相连,双馈 电机定子与电网经过开关相连,而孤岛并网方式则是定 子与转子励磁变换器直接连接,再经过开关连接到电网, 电网经过预充电变压器与直流母线连接。
•
• 从定子侧看，这与一般同步发电机具有 直流励磁的转子以同步转速旋转时，在
发电机气隙中形成的同步旋转磁场是等
效的。因而，只要做到转子的机械转速 nr2和三相交流电流在转子表面产生的旋 转磁场的转速nr1互补，即nr1±nr2≌ns，
就可以在不同的转子转速情况下，在定 子绕组中总能感应出频率恒定的50Hz交 流电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转ห้องสมุดไป่ตู้成电能向电网馈电。
2. 主要三种并网方式
交流励磁变速恒频发电机采用双馈型异步发电机,与传 统的直流励磁同步发电机以及通常的异步发电机相比, 其并网过程有所不同。采用交流励磁后,可根据电网电 压和发电机转速来调节励磁电流, 进而调节发电机输出 电压来满足并网条件,因而可在变速条件下实现并网 。 变速恒频风力发电机组的并网方式主要有空载并网,带 独立负载并网,孤岛并网。其中,空载并网和带独立负载 并网2种方式中,转子励磁变换器直接与电网相连,双馈 电机定子与电网经过开关相连,而孤岛并网方式则是定 子与转子励磁变换器直接连接,再经过开关连接到电网, 电网经过预充电变压器与直流母线连接。
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• 从定子侧看，这与一般同步发电机具有 直流励磁的转子以同步转速旋转时，在
发电机气隙中形成的同步旋转磁场是等
效的。因而，只要做到转子的机械转速 nr2和三相交流电流在转子表面产生的旋 转磁场的转速nr1互补，即nr1±nr2≌ns，
就可以在不同的转子转速情况下，在定 子绕组中总能感应出频率恒定的50Hz交 流电。
三、GE风机并网方式简介
• 1. 预充电：预充电接触器MA吸和，变频 器直流母排充电至970DC左右，机侧变 频器工作，母排直流电压经机侧变频器 逆变对发电机转子加电压。
• 2.风机达到并网转速，同时网侧变频器及 5Q2检测电压等条件达到并网条件，网侧 接触器合，预充电接触器分。
• 3. 5Q1和5Q2检测5Q3两侧电压、频率等 并网条件，如条件达到5Q3合，风机并网
风力发电机并网
一、双馈异步发电机并网方式简介 二、华锐风机并网方式简介 三、GE风机并网方式简介
一、双馈异步发电机并网方式简介
1.双馈异步发电机 发电机的定子直接连接到电网上，转子 和变流器相连。当风力驱动发电机旋转 时，在变流器的控制下，发电机把机械 能转ห้องสมุดไป่ตู้成电能向电网馈电。
风力发电ppt较详细PPT课件
市场推广
通过宣传和教育，提高公 众对风力发电的认识和接 受度，促进市场需求增长。
竞争环境
建立公平的市场竞争机制， 打破行业垄断，吸引更多 企业参与风力发电项目的 投资和建设。
技术瓶颈与解决方案
风能利用率
提高风能利用率，降低风能成本， 是当前面临的主要技术瓶颈之一。 通过研发更高效的风力发电机组 和优化风电场布局，可以提高风
能利用率。
储能技术
发展储能技术，解决风能发电的 间歇性问题。例如，利用电池、 抽水蓄能、压缩空气储能等技术， 实现风电场的有功无功调节和调
峰填谷。
输电技术
加强智能电网建设和特高压输电 技术的研究，提高风电并网和远
距离输送的能力，降低损耗。
环境保护与可持续发展
减少对环境的影响
合理规划风电场的位置和规模，避免对生态环境造成破坏。同时，加强风电设备 的噪声和视觉污染治理，降低对周边居民的影响。
海上风电发展
海上风电资源丰富，未来 将有更多的海上风电项目 建成并投入运营。
风力发电与其他可再生能源的结合
太阳能与风能结合
太阳能和风能在时间和地域上具有互补性，结合使用可提高可再 生能源的利用效率。
风能与水能结合
风能和水能在动力转换上具有协同效应，结合使用可实现能源的更 高效利用。
多种可再生能源的综合利用
风力发电的优势与局限性
优势
风能是一种可再生能源，利用风能发电有助于减少化石燃料的消耗和温室气体 排放；风能分布广泛，可利用风能资源丰富；风力发电技术成熟，经济效益逐 渐提高。
局限性
风能是一种间歇性能源，受天气和季节影响较大；风力发电机组占地面积较大， 对土地资源有一定需求；风力发电在建设、维护和拆除过程中可能对环境产生 一定影响。
第四章 风力发电机组的并网技术
二、风电场无功功率的控制 (一)无功电源
(二)无功容量
(三)试验
(一)无功电源 风电场应具备协调控制机组和无功补偿装置的能力，能够自动 快速调整无功总功率。风电场的无功电源包括风力发电机组和 风电场的无功补偿装置。首先充分利用风力发电机组及分散式 无功补偿装置的无功容量及其调节能力，仅靠风力发电机组的 无功容量不能满足系统电压调节的需要，须在风电场集中加装 无功补偿装置。
三、软并网装置中晶闸管的触发方式
图4-4
软切入结构简图
四、软并网的控制规律及其对电网的影响 软并网控制应当考虑到以下方面：
(1)叶片特性，以分析叶轮吸收机械功率和气动阻力。
(2)传动轴系的惯量、联轴器的刚度和传动链阻尼，以判断切入 过程中叶轮的加速度。 (3)发电机在晶闸管移相控制作用下的动态响应。 (4)接入点电压由于发电机接入动态响应而造成的波动。 (5)其他的因素，如电网结构等。 软并网控制的主要任务有以下两项： (1)判断软切入起动时刻。 (2)确定双向晶闸管的移相控制规律。
三、软并网装置中晶闸管的触发方式 (1)三相电路中，任何时刻至少需要一相的正向晶闸管与另外一
相的反向晶闸管同时导通，否则不能构成电流回路。
(2)为保证在电路起始工作时使两个晶闸管同时导通，以及在感 性负载与触发延迟角较大时仍能满足条件(1)的要求，需要采用 大于60°的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路。 (3)晶闸管的触发信号除了必须与相应的交流电源有一致的相序 外，各触发信号之间还必须保持一定的相位关系。
风力发电机组监测与控制
第四章 风力发电机组的并网技术
第四章 风力发电机组的并网技术 第一节 定桨恒速风力发电机组的软并网技术
第二节 双馈异步风力发电机组的并网技术
并网型风力发电机及控制系统 ppt课件
一般故障状态下，故障状态将对风机的安全产生 威胁，系统将采取慢速停机的方式将风机自然停 止 严重故障时的紧急保护，保证机组安全 严重故障发生时系统将采取快速停机的方式将风 机系统紧急抱死
ppt课件
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5、控制系统技术特点及可靠性措施
双CPU的功能：严重故障时连锁动作的硬件保证 工作效率高：双CPU控制，两主站具有相对独立 的决策和执行能力，之间通过数据交换进行系统 监控。
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直驱式风力发电机组
ppt课件
9
并网方式与特点 电力电子控制准同步并网，并网瞬间不会 产生冲击电流，不会引起电网电压的下降， 也不会对发电机定子绕组及其他机械部件 造成损害。 同步并网不需要复杂的并网装置，并网操 作简单，并网过程迅速；缺点是合闸后有 冲击电流，电网电压会出现短时间的下降 结构简单，可靠性提高，发电机转速低， 有利于提供寿命和减少维护 缺点：体积大、有退磁、成本高、运输和 吊装问题较大
可靠性高：通信故障是严重故障，在发生通信故 障后，按照设定各自进行相关停机复位动作，保 护系统硬件设备。 一定程度上互为备用，防止误动作和过早动作
ppt课件
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光纤通讯：高强电磁环境下的抗干扰 距离远（一般50米以上），电磁干扰大，各 种大功率开关动作以及变流器等。
自然界干扰：雷电冲击、各种静电放电、 磁暴等 。 失电保护和自动复位 通过硬件连锁，保证在突然失电情况下， 关键部件有效动作，保障安全 安装不间断电源，紧急动作和连续动作配 合进行，保证相关部件到达安全位置。
降低了并网冲击电流 峰值，减少电网电压 大中型异步风力发电机的并 下降幅度，系统集成 网 较高
几乎冲击准同步并网， 捕捉式准同 风力发电机组的准同步并网 对机组的调速精度要 步快速并网 操作 求不高 软并网
第四、五章 风力发电机原理与控制 风力发电原理课件
15
3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距 风速测量
发电机 转速检测
并网开关
电网 变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率 其它控制
16
3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测 和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
10
2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异 步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与 绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可 以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁 电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。 转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双 馈”由此得名。
3.机组控制系统
主要控制系统
1）变桨距控制系统 2）发电机控制系统 3）偏航控制系统 4）安全保护系统
风轮
风
增速器
变桨距 风速测量
发电机 转速检测
并网开关
电网 变压器
并网
熔断器
控制系统
发电功率 其它控制
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3.机组控制系统
控制系统功能要求：
1）根据风速信号自动进入启动状态或从电网自动切除； 2）根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 3）根据风向信号自动对风； 4）根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调整； 5）当发电机脱网时，能确保机组安全停机； 6）运行过程对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测 和记录，处理； 7）对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能； 8）具有良好的抗干扰和防雷保护措施。
(塔底急停)
(机舱急停)
Profibus ok
110S1 (振动)
110S2 (扭缆)
110K3 （叶轮超度）
110K4 (发电机超速)
110K5 （变桨安全链）
110K6 （看门狗动作）
110K7
110K8
110K9
(变桨安全链)
110KA (偏航系统安全链)
110KB (变流系统安全连)
安全链系统
直驱型变速恒频风力发电机组的结构示意图
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2.双馈发电机
双馈异步发电机又称交流励磁发电机，具有定、转子两套绕组。定子结构与异 步电机定子结构相同，具有分布的交流绕组。转子结构带有集电环和电刷。与 绕线式异步电机和同步电机不同的是，转子三相绕组加入的是交流励磁，既可 以输入电能，也可以输出电能。转子一般由接到电网上的变流器提供交流励磁 电流，其励磁电压的幅值、频率、相位、相序均可以根据运行需要进行调节。 转子也可向电网馈送电能，即电机从两端（定子和转子）进行能量馈送，“双 馈”由此得名。
风力发电机组的控制系统ppt课件
速度信号； 温度信号； 位置信号 电气特性； 液流特性； 运动和力特性； 环境条件
25
3.3 风力发电机组控制系统的基本构成
主控制系统
主控系统及控制策略实现机组的发电控制，是风机控 制的核心。负责所有任务的处理： 主控电源分配/转换、风机的起/停；协调偏航控制、变桨控 制、变流器控制；所有的辅助功能控制、保护、监视等。
1 2
3 4
56 7
10
11
89
12
叶
轮 主 主 偏 塔齿 机联 发 主 机
片
毂 轴 轴 航 筒轮 舱轴 电 控 舱
承 电 箱 底器 机 柜 罩来自机盘6
3.2 风力发电机组的基本组成
1.轮毂 轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接 件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统， 再传到风力机驱动的对象。
22
3.3 风力发电机组控制系统的基本组成
整个系统由主控制系统、机舱偏航控制系统、叶轮变桨控 制系统组成，各子系统通过通讯母线系统互联在一起。
采用分布式I/O方式：主控+远程I/O站 PLC控制器组成实时多任务操作系统。所有控制逻辑 、控制策略、控制算法全部由PLC完成，执行单元按照 PLC输出的控制量进行动作。
一般为驱动电机或液压驱动单元，安置在机舱中，通过减速 机驱动输出轴上的小齿轮，小齿轮与固定在塔筒上的大齿圈 啮合，驱动机舱偏航，啮合齿轮可以在塔筒外，也可以在塔 筒内。
3、偏航制动 偏航制动的功能是使偏航停止， 同时可以设置偏航运动的阻尼 力矩，以使机舱平稳转动。
40
第二节偏偏航航系系统统
41
四、偏航系统的控制 1.偏航控制的硬件
机组叐雷击机舱内部件易叐到雷电感应高电压而损坏机舱塔筒间电源线及信号线叐雷电感应高电压损坏设备84电源防雷?第一级使用雷击电涌保?第二级使用电涌保护器?第三级使用终端设备保l1l2l3l1l2l3pel1l2l3pe10m5mf21f22f1第2级保护第3级保护第1级保护f3均压等电位连接母线tns电网三级防雷保护措施85电源防雷?収电机输出端690v到塔底并网柜安装电源浪涌保护器spd?塔底配电柜690v到发压器电源线路安装电源浪涌保护器?机舱到轮毂400v230v配电线路安装电源浪涌保护器?塔底控制柜230v到机舱柜配电线路安装电源浪涌保护器?塔底控制柜到机舱控制柜24v机舱控制柜到发桨柜24v安装24v电源浪涌保护器86信号线路防雷?lpz0lpz1区的测控信号线路
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3.3 风力发电机组控制系统的基本构成
主控制系统
主控系统及控制策略实现机组的发电控制，是风机控 制的核心。负责所有任务的处理： 主控电源分配/转换、风机的起/停；协调偏航控制、变桨控 制、变流器控制；所有的辅助功能控制、保护、监视等。
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叶
轮 主 主 偏 塔齿 机联 发 主 机
片
毂 轴 轴 航 筒轮 舱轴 电 控 舱
承 电 箱 底器 机 柜 罩来自机盘6
3.2 风力发电机组的基本组成
1.轮毂 轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接 件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统， 再传到风力机驱动的对象。
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3.3 风力发电机组控制系统的基本组成
整个系统由主控制系统、机舱偏航控制系统、叶轮变桨控 制系统组成，各子系统通过通讯母线系统互联在一起。
采用分布式I/O方式：主控+远程I/O站 PLC控制器组成实时多任务操作系统。所有控制逻辑 、控制策略、控制算法全部由PLC完成，执行单元按照 PLC输出的控制量进行动作。
一般为驱动电机或液压驱动单元，安置在机舱中，通过减速 机驱动输出轴上的小齿轮，小齿轮与固定在塔筒上的大齿圈 啮合，驱动机舱偏航，啮合齿轮可以在塔筒外，也可以在塔 筒内。
3、偏航制动 偏航制动的功能是使偏航停止， 同时可以设置偏航运动的阻尼 力矩，以使机舱平稳转动。
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第二节偏偏航航系系统统
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四、偏航系统的控制 1.偏航控制的硬件
机组叐雷击机舱内部件易叐到雷电感应高电压而损坏机舱塔筒间电源线及信号线叐雷电感应高电压损坏设备84电源防雷?第一级使用雷击电涌保?第二级使用电涌保护器?第三级使用终端设备保l1l2l3l1l2l3pel1l2l3pe10m5mf21f22f1第2级保护第3级保护第1级保护f3均压等电位连接母线tns电网三级防雷保护措施85电源防雷?収电机输出端690v到塔底并网柜安装电源浪涌保护器spd?塔底配电柜690v到发压器电源线路安装电源浪涌保护器?机舱到轮毂400v230v配电线路安装电源浪涌保护器?塔底控制柜230v到机舱柜配电线路安装电源浪涌保护器?塔底控制柜到机舱控制柜24v机舱控制柜到发桨柜24v安装24v电源浪涌保护器86信号线路防雷?lpz0lpz1区的测控信号线路
新能源发电与控制技术第四章PPT课件
风速随高度变化的经验公式很多，通常采用 的是所谓指数公式，其表达式为
v v0
h h0
k
（4-2）
式中， 为距地面高度为 处的风速（m/s)；
为高度为 处风速m/s，一般取 为10m；k为修正指 数，它取决于大气稳定度和地面粗糙程度，其值 为0.125~0.5。不同地面的粗糙程度见表4-1。
表4-1 不同地面情况的地面粗糙程度
（3）渐变风 渐变风分量可以反映风速的渐变特性。
0, t T1R
vwr
vwr
vramp ,T1R max ,T2R
t
t
T2 T2 R
R
TR
0, t T2R TR
（4-7）
vramp vwr max[1 (t / T2R ) /(T1R T2R )]
式中，vwr为渐变风速，m/s；TR为保持时间， s；T1R为起始时间，s；T2R为终止时间，s； vwrmax为渐变风最大值，m/s。
3. 风能
风是空气的水平运动，空气运动产生的动能 称为风能。
（1）风能密度 空气在1s内以速度 流过单位 面积产生的动能称为风能密度，风能密度表达式 为
E 0.5vw3 （4-3）
式中，E 为风能密度（W/m2）； 为 Nhomakorabea气质量密度（kg/m3）；vw 为风速（m/s)。
由于风速时刻在变化通常用某一段时间内的 平均风能密度来说明该地的风能资源潜力。
（4）随机噪声风
随机噪声风速分量反映的是风速变化的随机 特性。
vwn 2 SV (i ) cos(i i ) （4-8）
式中， ， 。 i
(i
1 )
2
SV
(i
)
2KN F
第4章 风力发电机组状态监测与故障诊断《电气设备状态监测与故障诊断技术》中国电力出版社2016年出版)课件
（6）偏航装置 偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。被动偏航系统是指依
靠风力通过相关机构完成机组风轮对风作用的偏航方式；主动偏航指采用电 动机系统来完成对风作用的偏航方式，对于并网的大型风力发电机组来说， 通常采用主动偏航形式。
（7）发电机 风力发电系统有恒速、恒频发电系统和变速、恒频发电系统。恒速、恒频发 电系统主要采用同步发电机和笼型感应发电机；变速、恒频发电系统可以采 用发电机主要有:同步发电机、笼型感应发电机、绕线转子异步发电机、双 馈式发电机等。
（4）发电控制装置故障 风力发电机在发电过程中需要实时控制。由于工作环境的原因，电控装置也容易
发生故障，如变频器发生故障
4.5风力发电机组故障机理
风力发电机组的重要部位故障发生率统计为：电控系统故障13%、齿轮箱故障 12%、偏航系统故障8%、发电机故障5%、驱动系统故障5%、并网部分故障5%。下 面主要对风力发电机组的齿轮箱和变频器部分，发生的故障机理进行分析:
c.疲劳失效：叶片在旋转过程中，受到变化的离心力的作用，还有就是可能由 于安装等造成的不平衡，受到交变的载荷作用，这种交变载荷的频率和风机转速 相等。
（2）齿轮箱常见故障 风机的齿轮箱传动比比较大，一般为80一100，所以一般采用行星齿轮加上两 级平行齿轮传动。传递的功率达到MW级，在这样的重载情况下，齿轮箱的可靠性 受到很大的考验，故障的发生也不可避免。 a.齿面点蚀 齿面点蚀是闭式齿轮传动的主要失效方式。由于在变化的接触应力、齿面摩擦 力和润滑剂的综合作用下，齿轮表层下一定深度产生裂纹，裂纹逐渐发展导致齿 轮表面小片脱落，形成凹坑。
风力发电机的油位包括润滑油位、液压系统油位。在实际运行中， 监测风力发电机组的状态量是比较多的，但是对于风力发电，对风机转速 监测尤为重要。在风力发电机组中常采用光电数字测速的方法完成风机转 速监测任务。
风力发电机组的控制方式PPT课件
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
2020/10/13
汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
7
2020/10/13
5
自身机械电气强度的限制,以及电网对供电品质的 要求,希望发电机输出功率稳定在额定功率左右, 这就是功率控制控制。功率控制的方式一般可以分 为定桨距控制和变桨距控制。
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风 电领域,风力发电风力发电控制技术也得到了较快
2020/10/13பைடு நூலகம்
6
谢谢您的指导
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风 电领域,风力发电风力发电控制技术也得到了较快
2020/10/13
2
发展,控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变 桨距和变速控制方向发展。变桨距调节具有其突出 的优点,桨叶受力较小,桨叶做的较为轻巧,桨距角 可以随风速的大小而进行自动调节,因而能够吸收 尽可能多的风能转化为电能,同时在高风速段保持 功率平稳输出。
风力发电风力发电是利用风力带动风车叶片 旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发 电机电机发电。风力发电机电机系统主要是由风力 机和发电机两部分组成。在风速低于额定风速时, 调节发电机转子转速,尽可能最大地捕获风能,这 就是转速控制控制;而当风速高于额定风速时,由
2020/10/13
1
于风电自身机械电气强度的限制,以及电网对供电 品质的要求,希望发电机输出功率稳定在额定功率 左右,这就是功率控制控制。功率控制的方式一般 可以分为定桨距控制和变桨距控制。
0c53f7e 发电机出租
2020/10/13
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汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
7
2020/10/13
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自身机械电气强度的限制,以及电网对供电品质的 要求,希望发电机输出功率稳定在额定功率左右, 这就是功率控制控制。功率控制的方式一般可以分 为定桨距控制和变桨距控制。
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风 电领域,风力发电风力发电控制技术也得到了较快
2020/10/13பைடு நூலகம்
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谢谢您的指导
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风 电领域,风力发电风力发电控制技术也得到了较快
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2
发展,控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变 桨距和变速控制方向发展。变桨距调节具有其突出 的优点,桨叶受力较小,桨叶做的较为轻巧,桨距角 可以随风速的大小而进行自动调节,因而能够吸收 尽可能多的风能转化为电能,同时在高风速段保持 功率平稳输出。
风力发电风力发电是利用风力带动风车叶片 旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发 电机电机发电。风力发电机电机系统主要是由风力 机和发电机两部分组成。在风速低于额定风速时, 调节发电机转子转速,尽可能最大地捕获风能,这 就是转速控制控制;而当风速高于额定风速时,由
2020/10/13
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于风电自身机械电气强度的限制,以及电网对供电 品质的要求,希望发电机输出功率稳定在额定功率 左右,这就是功率控制控制。功率控制的方式一般 可以分为定桨距控制和变桨距控制。
0c53f7e 发电机出租
2020/10/13
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
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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2.1.2 风力机的结构和组成
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(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。
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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。
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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
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2.风电机组的构成
2.06%
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第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术
图4-18 永磁同步直驱式风力发电机组的结构
第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术
图4-19 永磁同步风力发电机组并网起动过程
第三节 永磁同步风力发电机组的并网技术
图4-20 电压空间矢量的八种工作状态
第四节 风力发电机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对电网稳定性的影响
一、低电压穿越能力 二、风电场无功功率的控制 三、风电场有功功率的控制
第一节 定桨恒速风力发电机组的软并网技术
一、软并网控制系统的结构 二、软并网控制系统的主电路分析 三、软并网装置中晶闸管的触发方式 四、软并网的控制规律及其对电网的影响 五、并网软切入对电网的影响
一、软并网控制系统的结构
图4-1 软并网控制系统的结构
二、软并网控制系统的主电路分析
图4-2 软切入的控制特性
一、双馈异步风力发电机组的并网过程
图4-14 双馈异步风力发电机组并网起动过程
一、双馈异步风力发电机组的并网过程
图4-15 WD77/1.5MW双馈机组并网实测波形
一、双馈异步风力发电机组的并网过程
图4-16 机组转速-转矩特性
二、双馈异步风力发电机组的并网控制
图4-17 双馈机组空载并网控制框图
风力发电机组监测与控制
第四章 风力发电机组的并网技术
并网运行的风力发电场除了节能和环保方面的优势外，还有以 下优点： (1)建设工期短。 (2)实际占地面积小，对土地质量要求低。 (3)运行管理自动化程度高，可做到无人值守。 但是，它也有局限性，主要表现为： (1)风能的能量密度小，从而使风能设备巨大而笨重，造成安装 运输的困难。 (2)风能的不稳定性，使风电场规模达到一定容量时会对电网产 生严重影响。
一、低电压穿越能力
具体要求如下： 如因三相短路或故障引起对称电压跌落在限制线1上方区域内， 不应使机组运行失去稳定或脱网。 当电压跌落程度位于限制线2上方的阴影区域内时有如下要求： (1)发电机组不应脱网，但如果因为电网或者发电机组的原因不 能维持连接电网，那么在E.ON公司的允许下，可以改变限制线 2，但与此同时要降低重合闸时间并保证在故障期间有最小的 无功功率输出。 (2)如果在该阴影区域，单个的发电机组产生不稳定或者发电机 保护动作，在得到E.ON公司同意的情况下，短暂的脱网行为是 可以被允许的。
三、软并网装置中晶闸管的触发方式
图4-4 软切入结构简图
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
软并网控制应当考虑到以下方面： (1)叶片特性，以分析叶轮吸收机械功率和气动阻力。 (2)传动轴系的惯量、联轴器的刚度和传动链阻尼，以判断切入 过程中叶轮的加速度。 (3)发电机在晶闸管移相控制作用下的动态响应。 (4)接入点电压由于发电机接入动态响应而造成的波动。 (5)其他的因素，如电网结构等。 软并网控制的主要任务有以下两项： (1)判断软切入起动时刻。 (2)确定双向晶闸管的移相控制规律。
一、低电压穿越能力
图4-21 德国E.ON公司对风力发电机组的低电压穿越要求(2006)
一、低电压穿越能力
我国现行的《国家电网公司企业标准GDW 392—2009风电场接 入电网技术规定》要求比较简单，主要在于我国风电技术水平 和先进国家还存在明显差距，具体内容如下： (1)基本要求，如图4-22所示。 (2)故障类型。
二、软并网控制系统的主电路分析
图4-3 异步电机阻抗角与转差率之间的关系
三、软并网装置中晶闸管的触发方式
(1)三相电路中，任何时刻至少需要一相的正向晶闸管与另外一 相的反向晶闸管同时导通，否则不能构成电流回路。 (2)为保证在电路起始工作时使两个晶闸管同时导通，以及在感 性负载与触发延迟角较大时仍能满足条件(1)的要求，需要采用 大于60°的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路。 (3)晶闸管的触发信号除了必须与相应的交流电源有一致的相序 外，各触发信号之间还必须保持一定的相位关系。
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
软并网控制的主要评价指标有以下四项： (1)并网电流不超过额定电流的2倍。 (2)并网电流过渡平滑，不对传动轴系产生过大冲击。 (3)并网时间短。 (4)发电机转速不产生明显升高，并网完成后迅速进入稳定运行。
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-5 移相角控制框图
一、低电压穿越能力
图4-22 国家电网对于低压穿越的要求(GDW392—2009)
(1)基本要求，如图4-22所示。
1)风电场并网点电压跌至20%额定电压时，风电场内的风电机 组能够保证不脱网连续运行625ms； 2)风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的9 0%时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-6 移相角变化过程
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-7 软并网过程中的并网电流
四、软并网的控制规律及其对电网的影响
图4-8 软切入过程中的发电机电磁转矩
五、并网软切入对电网的影响
图4-9 等效简化传输模型
五、并网软切入对电网的影响
图4-10 传输线的电压降落向量图
(2)故障类型。
1)当电力系统发生三相短路故障引起并网点电压跌落时，风电 场并网点线电压在图4-22中电压轮廓线及以上的区域内时，风 电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低 于或部分低于图中电压轮廓线时，允许风电机组切出。 2)当电力系统发生两相短路故障引起并网点电压跌落时，风电 场并网点线电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，风电机 组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意线电压低于或 部分低于图中电压轮廓线时，允许风电机组切出。
(2)故障类型。
3)当电力系统发生单相接地短路故障引起并网点电压跌落时， 风电场并网点相电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，风 电机组必须保证不脱网连续运行；风电场并网点任意相电压低 于或部分低于图中电压轮廓线时，允许风电机组切出。
五、并网软切入对电网的影响
图4-11 机组接入点的线电压有效值
五、并网软切入对电网的影响
图4-12 软切入过程中发电机有功功率和无功功率
第二节 双馈异步风力发电机组的并网技术
一、双馈异步风力发电机组的并网过程 二、双馈异步风力发电机组的并网控制
一、双馈异步风力发电机组的并网过程
图4-13 双馈异步风力发电机组的结构