变桨变速与定桨定速区别
几种类型的风力发电机组特点总结
风力发电机组按运行方式可以分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）风力发电机组和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF）风力发电机组两大类。
当风力发电机组与电网并联时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，这便是恒频的含义。
下面分别介绍恒速恒频和变速恒频风力发电机组。
1 恒速恒频风力发电机组恒速恒频风力发电系统的基本结构如下图所示：图1 恒速鼠笼异步风力发电系统可以看出，这里采用的是异步电动机，也正是基于此，恒速恒频风力发电系统也称作异步风力发电系统。
异步发电机尽管带一定滑差运行，但在实际运行中滑差s是很小的，不仅输出频率变化较小，而且叶片转速变化范围也很小，看上去似乎是在“恒速”，故称之为恒速恒频。
就风力机的调节方式而言，恒速恒频风力发电系统又分为定桨距失速调节型和变桨距调节型两种。
1.1 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毅之间是固定连接，即当风速变化时，桨叶的迎风角不能随之变化。
失速调节是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高十额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
定桨距失速调节型风力发电机组的优点是失速调节简单，运行可靠性高，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
其缺点是机组的整体效率较低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏。
目前这种机组在欧美国家已经停产，但是在中国还有一定需求。
1.2 变桨距型风力发电机组变桨距是指风机的控制系统可以根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变其桨距角的大小以调整输出电功率，以便更有效地利用风能。
其工作特性为：在额定风速以下时，桨距角保持零度附近，可认为等同十定桨距风力发电机，发电机的输出功率随风速的变化而变化；当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨距角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。
风力机调速方式
风力机调速方式风力发电机常用的工作模式有定浆变速、变浆定速、变速变浆等。
速控制转速对于小型风力发电机多用定浆变速模式，即浆叶是固定在转轴上的，风小转速低、风大转速高，当风高时还可以通过失速来扼制转速的飙升、保护发电机，也可认为是定浆变速加失速模式，这种模式在中力机也有应用。
下面来分析一下这种失速控制转速的模式。
下面是一幅翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线图，在曲线中可看出，翼型在攻角α大于15开始失速，升力骤然下降，阻力大幅上升，开始失速的攻角α的值称为失速角。
下图是一台风力机浆叶的截面（翼型）受力分析图，该翼型弦线与风轮旋转平面的固定夹角β称为浆，对于固定浆叶浆距角是不变的。
相对翼型的风速是外来风速v与翼型线速度u合成的相对风速w，相速w与翼型弦线间的夹角α是翼型的攻角。
图中左面是翼型运行在允许的转速之内（低于最高转速）时状态，翼型的攻角α应小于失速角（17度型升力Fl与阻力Fd的合力为F1，F1在风轮旋转平面上的投影F就是推动翼型运动的力。
风速v低时攻，则F小就转速低；风速v高时攻角大，则F大就转速高。
当风速上升风轮转速超过允许的转速时，翼型的攻角大于17度后就进入失速状态，图中右面就表示了状态。
尽管风速v加大许多，但升力Fl却下降了、阻力Fd大大增加了，结果是F反而减小了，从而抑转速的上升。
失速是翼型运行在非正常状态，是不稳定的状态；而且失速角也不是一成不变的，它受到空气湿度、等变化的影响，例如空气湿度增大或浆叶上附有灰尘时失速角就会减小、升力系数就会下降；再说翼型后再返回失速前的攻角时并不是沿原曲线返回，所以失速是不可能稳定的控制转速，失速控制的范围也限的。
但这种模式运行的风力机结构简单，造价低是其优点。
浆距调节转速变浆距调节转速是当前大中型风力机广泛使用的调速技术，可使风力机在超过额定转速时的风速时稳额定转速。
下图就是变浆距翼型受力分析图，图中左面是翼型运行在接近最高转速时状态，与前一图左示状态一样，此时有最大的推力F。
变速变桨风力发电机组的优化控制
变速变桨风力发电机组的优化控制随着清洁能源的兴起，风力发电的应用越来越普遍。
然而，风力发电的效率受到风速的影响，不稳定因素较多，因此如何优化控制风力发电机组依然是一个亟待解决的问题。
变速变桨控制技术是目前风力发电机组最常用的控制技术之一，本文将探讨变速变桨风力发电机组的优化控制。
一、变速变桨技术概述1.1 变速控制传统的定速风力发电机组通过控制电网电压和频率来确保输出功率稳定，但其效率较低，因此相对而言较少使用。
变速控制是指通过控制旋转叶片的转速来调整输出功率。
旋转叶片的转速会受到风速的影响，因此需要根据实时的风速来调整转速。
一般来说，当风速越大的时候，需要调整输出功率，因此需要提高转速；当风速越小的时候，需要降低转速以保证输出功率不变。
1.2 变桨控制变桨控制是指通过调整旋转叶片的角度来控制发电机组的输出功率。
旋转叶片的角度会影响叶片所受到的空气阻力和风速之间的关系，因此可以通过调整叶片的角度来调整输出功率。
一般来说，当风速越大的时候，需要调整叶片的角度以降低空气阻力从而保证输出功率不变；当风速越小的时候，需要调整叶片的角度以增加叶片所受到的空气阻力来提高输出功率。
二、变速变桨优化控制2.1 变速变桨联合控制变速变桨联合控制是指将变速控制和变桨控制结合起来，以实现更精确的输出功率控制。
当风速较高时，变桨控制通过调整叶片的角度来减小空气阻力，从而降低发电机组的输出功率；当风速较低时，变桨控制通过调整叶片角度来增加空气阻力，从而提高发电机组的输出功率。
而当风速在一定的范围内变化时，变速控制则通过调整发电机组的转速来进行功率控制。
2.2 基于模型预测控制的优化控制基于模型预测控制的优化控制是一种基于数学模型的高级控制方法，能够实现精确的功率控制并减少疲劳损伤。
该方法将实时的风速数据作为控制输入，通过预测未来一段时间内的风速变化情况，来调整发电机组的输出功率。
该方法需要实时采集数据，并根据历史数据建立数学模型，从而能够根据风速的变化趋势来实现优化控制。
风电专业词汇(中英)
载荷状况（load case）:设计状态与引起构件载荷的外部条件的组合。
风矢量（wind velocity）:空间任一点的风矢量是气体微团通过该点位置的时间导数。
旋转采样风矢量（rotationally sampled wind velocity）：旋转风轮上某固定点经受的风矢量。
极端风速（extreme wind speed）:t秒内平均最高风速，它可能是特定周期（重现周期）T年一遇。
注：参考重现周期T=50年和T=1年，平均时间t=3秒和t=10秒。
极端风速俗称为“安全风速”。
安全风速（survival wind speed）:结构所能承受的最大风速的俗称。
参考风速（reference wind speed）:用于确定风力机级别的基本极端风速参数。
注：极端风速应小于或等于参考风速。
瑞利分布（RayLeigh Distribution）:风速的概率分布函数，分布函数取决于尺度参数。
尺度参数控制平均风速的分布。
威布尔分布(Weibull distribution):风速的概率分布函数，分布函数取决于形状参数和尺度参数。
形状参数控制分布宽度。
风切变(wind shear):风速在垂直于风向平面内的变化。
风廓线(wind profile)；风切变律(wind shear law):风速随地面高度变化的数学表达式。
阵风(gust):超过平均风速的突然和短暂的风速变化。
湍流强度(turbulence intensity):标准风速的偏差与平均风速的比率。
用同一组测量数据和规定的周期进行计算。
功率系数(power coefficient):净电功率输出与风轮扫掠面上从自由流得到的功率之比。
桨距角(pitch angle):通常为100℅叶片半径处叶片弦线与风轮旋转平面间的夹角。
标准风速(standardized wind speed):利用对数风轮廓线转换到标准状态（10m 高，粗糙长度0.05m）的风速。
第三部分风力发电基础试题
第三部分风力发电基础试题第三部分风力发电基础试题1、风机的发展趋势：从（定桨距向变桨距）发展,从（定转速向变转速）发展,从（单机容量大型化趋势）发展2、目前风电市场上和风电场中安装的风力发电机组，绝大多数是（水平轴）、（上风向）、（三叶片）、（管式塔）这种形式。
3、风能的基本特性：(风速）(空气密度与叶轮扫风面积)(风能密度)(叶轮气流)(风能的计算)(风力分级)4、风速——是（单位时间内空气在水平方向上所移动的距离）风能密度——通过（单位截面积的风所含的能量）称为风能密度，常以（W＼㎡）来表示。
5、评价风能资源开发利用潜力的主要指标是(有效风能密度)和(年有效风速时数)。
6、评估资源的主要参数主要有：(风电机组轮毂高度处的50年一遇最大10min平均风速)(在切入风速和切出风速之间的风速分布的概率密度)(轮毂高度处的环境湍流标准差及其标准偏差)(入流角度)(风切变系数)(空气密度)7、风电场围观选址的影响：(粗糙度和风切变系数)(湍流强度)(障碍物影响)(尾流影响)8、湍流强度能够减小风力发电机组的风能利用率，同时增加风电机组的磨损，因此，可以通过增加风力发电机组的塔架高度来减小由（地面粗糙度引起的湍流强度的）影响。
9、风轮的减速比——它指的是（风轮叶片叶尖线速）与（来流风速）的比值。
风轮轴功率——它取决（与风的能量和风轮的风能利用系数），即风轮的气动效率。
失速控制——主要是（通过确定叶片翼型的扭角分布，是风轮功率达到额定点后，减少升力提高阻力）来实现的。
贝茨功率系数——从风中含有的气流能量最额定大可以获取（59.3）%，从风中获取的（功率）与风中（包含的功率）之间的比例关系值。
变桨距控制——主要是通过（改变翼型仰角变化，是翼型升力变化）来进行调节的，变桨距控制多用于大型风力发电机组。
10、失速控制型风轮的优缺点：（1）优点：①叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低②没有功率调节系统的维护③在时速后功率的波动相对小（2）缺点：①气动刹车系统可靠性设计和制造要求高②叶片、机舱的塔架上的动态载荷高③由于常需要刹车过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷④起动性差⑤机组承受的风载荷大⑥在低空气密度地区难于达到额定功率。
风力发电机的几种功率调节方式
风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
作为风力资源较为丰富的国家之一，我国加快了风电技术领域的自主开发与研究，兆瓦级变速恒频的风力发电机组国产化已列入国家“863”科技攻关顶目。
本文针对当前并网型风力发电机组的几种功率凋节控制技术进行了介绍。
l 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。
在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
失速调节型的优点是失速调节简单可靠，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
2 变桨距调节型风力发电机组变桨距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。
其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大风力发电机的几种功率调节方式作者：佚名发布时间：2009-5-5调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
风力发电机主要种类及应用技术浅析
国内金风科技生产的1.2 MW、1.5 MW机型、湘 电股份研制的2MW机型都是采用了直驱式结构，已 经实现了批量生产和安装。由于齿轮箱是目前在兆 瓦级风机中损坏率较高和损耗较大的部件，而永磁 同步发电机的转子采用稀土永磁材料制作，不需电 励磁，没有转子绕组和集电环组件，因此，大大提 高了机组可靠性和效率，具有结构简单、噪声低、 寿命长、机组体积小、低风速时效率高、运行维护 成本低等诸多优点。 EM
变桨距控制主要有两个作用：一是在高于额定风 速的情况下通过增大桨距角改变气流对叶片的攻角， 将输出功率稳定在额定功率下，保证功率曲线的平 滑，防止风机过负荷。二是在风机失电脱网等紧急状 态下进行空气动力制动，配合高速轴制动器对风机叶 轮快速刹车。风机变桨执行机构的动力形式可分为两 种，即电-液伺服变桨和电动伺服变桨。
定桨距与变桨距两种风电机组在某地的功率曲线和发电量比较
定桨距与变桨距两种风电机组在某地的功率曲线和发电量比较作者：吴志刚来源：《中国新技术新产品》2010年第16期摘要:在某地对定桨距及变浆距两种风电机组的功率曲线和发电量进行比较。
变桨距风电机组的风能利用系数高,发电性能好,优越性比较明显。
本文通过在某风电厂搜集了几十台风电机组的有关数据,重点对定桨距与变桨距两种风电机组的功率曲线和发电量进行了分析比较。
关键词:定浆距;变浆距;风电机组;功率曲线;发电量1前言风力发电机的机型很多,目前在中国市场上的风力发电机主要有两种,一种是定桨距风力发电机;一种是变桨距风力发电机。
定桨距风电机组的叶片与轮毂连接是固定的,叶片的迎风角度不能改变。
变桨距风电机组在叶片根部安装了变桨轴承,叶片可以沿自身的轴心线旋转,其迎风角可在一定范围内变化。
与定桨距风电机组相比,变桨距风电机组可在风速低于额定风速时,通过调节发电机转子转速,尽可能大地捕获风能;在风速高于额定风速时通过可自身转动的叶片充分捕获风能。
这两种风电机组的结构除上述不同外还有其他一些不同点,在此不一一叙述。
风电机组在某一地区的功率曲线怎样?发电能力如何?是电力企业和机组生产厂家共同关心的重要问题。
为了解这方面的情况,笔者最近赴某沿海地区满足IEC3条件的三类风场进行了调查,在某风电厂搜集了几十台风电机组的有关数据,重点对定桨距与变桨距两种风电机组的功率曲线和发电量进行了分析比较,现将有关情况和数据报告如下。
2定桨距风电机组与变桨距风电机组理论功率曲线比较定桨距风电机组,一般在低风速段的风能利用系数高,当风速接近额定点,其风能利用系数开始下降。
该风电机组的理论功率曲线见图1。
变桨距风电机组由于叶片迎风角可以控制,即使风速超过额定点,其功率仍然保持稳定,并不随着风速的进一步加快而继续升高。
该风电机组的理论功率曲线见图2。
3定桨距风电机组与变桨距风电机组实际功率曲线比较将某风电厂多台1.0MW定桨距及1.5MW双馈异变变桨距风电机组的功率曲线图进行比较,其中较为典型的功率曲线如图3、图4。
第8章-风力发电机组控制系统-答案
第8章风力发电机组控制系统1、风力发电系统主要由风力发电机组和升压站变电站组成。
2、风力发电机组主要分为风轮（叶片和轮毂）、机舱、塔架和基础等部分；按照功能分，由传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机以及控制和安全系统等组成。
3、风力发电机组控制系统的作用是协调风轮、传动、偏航、制动等各主辅设备，确保风电机组的设备安全稳定运行。
4、风力发电机组控制系统通常是指接受风电机组及工作运行环境信息，调节机组使其按照预先设定的要求运行的系统。
5、风电机组控制系统是整机设计的关键技术，决定机组的性能与结构载荷大小与分布。
6、基于转子电流控制器（RCC）进行有限变速的全桨变距有限变速风力发电机组开始进入风力发电市场。
7、变速恒频风电机组的控制系统与定桨距失速风电机组的控制系统的根本区别在于：变速恒频风电机组叶轮转速被允许根据风速情况在相当宽的范围内变化，从而使机组获得最佳的功率输出变现和控制特性。
8、变速恒频风电机组的主要特点：低于额定风速时，它能最大限度跟踪最佳功率曲线使风电机组具有较高的风能转换效益；高于额定风速时，它增加了整机的控制柔性，使功率输出更加稳定。
9、水平轴风力发电机组按照风力发电机组功率调节方式分为：采用齿轮箱增速的普通异步风力发电机组、双馈异步风力发电机组、直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机组和直流励磁发电机）以及混合式（半直驱）风力发电机组。
10、风力发电机组按控制方式主要分为定桨失速控制、变桨失速（全桨距有限变速）控制和变速恒频控制。
11、定桨失速型风电机组均采用三相鼠笼式感应发电机晶闸管移相软切入控制，以限制冲击电流的目的，通常要求并网冲击电流在2倍额定电流以下。
12、定桨距失速风电机组的软并网控制结构，主控制器的判断依据为电流有效值、当前的移相控制角、发电机转速、输出为移相控制角给定和旁路控制信号。
13、软切入控制的主要任务：一是判断软切入气动时刻；二是确定双向晶闸管的移相规律。
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。
变桨距
一种变桨距控制装置，包括电源、电机、位置检测器、桨距控制器及变桨距执行机构，其特征在于电源由整流器、储能装置和逆变器组成，其中储能装置并联于整流器和逆变器之间；逆变器的输入端与正反转控制器相联接；桨距控制器的输入端与位置检测器相联接，输出端分别与逆变器和正反转控制器相联接。
由于储能装置为电池或电容，尤其采用电容储能时，直流逆变，不仅可避免漏油，无污染、免润滑，并且重量比电池轻了50％，寿命可达一百万次。
变桨距也就是调节桨距角。
在风力机中，通过对桨距角的主动控制可以克服定桨距/被动失速调节的许多缺点。
下图1（不同叶片的桨距角对输出功率的影响）表示了输出功率对桨距角变化的敏感性。
桨距角最重要的应用是功率调节，桨距角的控制还有其他优点。
当风轮开始旋转时，采用较大的正桨距角可以产生一个较大的启动力矩。
停机的时候，，经常使用90°的桨距角，因为在风力机刹车制动时，这样做使得风轮的空转速度最小。
在90°正桨距角时，叶片称为“顺浆”。
在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能地捕捉较多的风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速之上时小，因此也没有必要通过变桨距来调节载荷。
然而，恒速风力发电机组的最佳桨距角随着风速的变化而变化，因此对于一些风力发电机组，在额定风速以下时，桨距角随风速仪或功率输出信号的变化而缓慢地改变几度。
在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组吸收功率及叶轮产生载荷，使其不超过设计的限定值。
然而，为了达到良好的调节效果，变桨距控制应该对变化的情况作出迅速的响应。
这种主动的控制器需要仔细地设计，因为它会与风力发电机组的动态特性产生相互影响。
当达到额定功率时，随着桨距角的增加攻角会减小。
攻角的减小将使升力和力矩减小。
气流仍然附着在叶片上。
图1和图2同样针对相同的风力机，只表示了低于额定功率时的零桨距角的功率曲线。
高于额定功率时，桨距角所对应的功率曲线与额定功率曲线相交，在交点处给出了所必需的桨距角，用以维持风速下的额定功率。
风电场风机考试题库及答案
风电场风机考试题库及答案一、选择题1. 风电场风机的主要组成部分包括以下哪些？A. 塔筒B. 叶片C. 发电机D. 所有选项答案：D2. 风电场风机的工作原理是什么？A. 风力驱动叶片旋转，通过齿轮箱驱动发电机发电B. 风力直接驱动发电机发电C. 风力通过液压系统驱动发电机发电D. 风力通过电子系统驱动发电机发电答案：A3. 以下哪个不是风电场风机的控制方式？A. 变桨距控制B. 定桨距控制C. 变速控制D. 机械控制答案：D4. 风电场风机的额定功率是指什么？A. 风机在最大风速下能够达到的最大功率B. 风机在额定风速下能够持续稳定运行的最大功率C. 风机在最小风速下能够运行的功率D. 风机在任何风速下都能够达到的功率答案：B5. 风电场风机的启动风速通常是多少？A. 3-4米/秒B. 5-6米/秒C. 7-8米/秒D. 9-10米/秒答案：A二、填空题6. 风电场风机的_______是其核心部件，负责将风能转化为机械能。
答案：叶片7. 风电场风机的_______能够保证在不同风速下，风机能够稳定运行。
答案：控制系统8. 风电场风机的_______是衡量风机性能的重要指标之一，它决定了风机的发电效率。
答案：功率曲线9. 风电场风机的_______是风机在特定风速下能够达到的最大转速。
答案：额定转速10. 风电场风机的_______是风机在遇到极端风速时，能够自动停止运行以保护风机不受损害。
答案：安全系统三、简答题11. 简述风电场风机的维护要点。
答案：风电场风机的维护要点包括定期检查叶片的完整性，确保齿轮箱和发电机的润滑，检查控制系统的响应性，以及对塔筒和基础进行稳定性检查。
12. 描述风电场风机在遇到不同风速情况下的运行状态。
答案：在低风速下，风机可能不会启动；在中等风速下，风机开始旋转并发电；在接近或超过额定风速时，风机会通过变桨距或变速控制来维持稳定运行；在极端风速下，风机会启动安全系统停止运行。
变桨系统原理及维护
1.5MW风力发电机组变桨系统原理及维护国电联合动力技术有限公司培训中心（内部资料严禁外泄）UP77/82 风电机组变桨控制及维护目录1、变桨系统控制原理2、变桨系统简介3、变桨系统故障及处理4、LUST与SSB变桨系统的异同5、变桨系统维护定桨失速风机与变桨变速风机之比较定桨失速型风电机组发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。
优点：机械结构简单，易于制造；控制原理简单，运行可靠性高。
缺点：额定风速高，风轮转换效率低；电能质量差，对电网影响大；叶片复杂，重量大，不适合制造大风机变桨变速型风电机组风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。
优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上；电能质量提高，电网兼容性好；高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全；叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。
变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。
变桨系统组成部分简介变桨控制系统简介✓主控制柜✓轴柜✓蓄电池柜✓驱动电机✓减速齿轮箱✓变桨轴承✓限位开关✓编码器▪变桨主控柜▪变桨轴柜▪蓄电池柜▪电机编码器GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。
▪限位开关变桨系统工作流程：●机组主控通过滑环传输的控制指令；●将变桨命令分配至三个轴柜；●轴柜通过各自独立整流装置同步变换直流来驱动电机；●通过减速齿轮箱传递扭矩至变桨齿轮带动每个叶片旋转至精准的角度；●将该叶片角度值反馈至机组主控系统变桨系统控制原理风机不同运行状态下的变桨控制1、静止——起动状态2、起动——加速状态3、加速——风机并网状态3.1、低于额定功率下发电运行3.2 达到额定功率后维持满发状态运行4、运行——停机状态1、静止——起动状态下的变桨调节➢桨距角调节至50°迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢目标：叶轮转速升至3 r/s(低速轴）2、起动——加速状态下的变桨调节➢桨距角在（50 °，0°）范围内调节迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢目标：叶轮转速升至10 r/s(低速轴）3、加速——并网发电状态下的变桨调节3.1 低于额定功率下的变桨调节➢桨距角在维持0°迎风；➢开桨速度不能超过2 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢变频系统通过转矩控制达到最大风能利用系数，➢目标：叶轮转速升至17.5 r/s(低速轴）3.2 达到额定功率后维持满发状态运行➢桨距角在（90 °，0°）范围内调节；➢开桨速度不能超过5 °/s;➢顺桨速度不能超过5°/s;➢变桨加速度不能超过20 °/s²；➢通过变桨控制使机组保持额定输出功率不变，➢目标：叶轮转速保持17.5 r/s(低速轴）4、运行——停机状态4.1 正常停机➢叶片正常顺桨至89°；➢变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；➢顺桨速度控制为5°/s;➢叶轮空转，机械刹车不动作；4.2 快速停机➢叶片快速顺桨至89°；➢变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；➢顺桨速度控制为7°/s;➢叶轮空转，机械刹车不动作；4.3 紧急停机➢叶片紧急顺桨至91°或96 °限位开关；➢紧急顺桨命令通过蓄电池柜执行；➢顺桨速度不受控制;➢叶轮转速低于5 r/s后，液压机械刹车抱闸，将叶轮转速降至为零；独立变桨：三个叶片通过各自的轴柜和蓄电池柜实现开桨和顺桨的同步调节；如果某一个驱动器发生故障，另两个驱动器依然可以安全地使风机顺桨并安全停机。
变桨系统
风力发电机组变桨系统介绍一．风机变桨系统概述风力发电机组控制系统硬件分别安装在三个不同部分：1. 机舱控制，安装在机舱内2. 地面控制，安装在塔架底部3. 变桨控制，安装在轮毂内部人机界面触摸屏显示风机的运行状况和参数，或者启动或停止风机.风力发电机组四种控制方式:1. 定速定浆距控制(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. 定速变浆距控制(Fixed speed pitch regulated)发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时浆距控制用于调节功率3. 变速定浆距控制(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. 变速变浆距控制(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,浆距控制用于调节功率.二. 变桨系统的工作原理定浆距风机通过叶片的失速,即改变叶片横断面周围流动的气流,导致效率的损失,从而控制风机的最大输出功率;变浆距风机是通过叶片沿其纵向轴转动,改变气流对叶片的攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电机功率输出保持稳定.变桨伺服控制系统作为风力发电控制系统的外环,在风力发电机组的控制中起着十分重要的作用.它控制风力发电机组的叶片节距角可以随风速的大小进行自动调节.在低风速起动时,桨叶节距可以转到合适的角度,使风轮具有最大的起动力矩;当风速过高时,通过调整桨叶节距,改变气流对叶片的攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩,使发电机功率输出保持稳定.三. 变桨系统和定桨系统的比较定桨距失速调节型风力发电机组定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化,桨叶翼型本身所具有的失速特性.当风速高于额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
风力发电机组变桨系统分析
目录摘要： (2)一、变桨系统论述 (2)（一）变桨距机构 (2)（二）电动变桨距系统 (3)1. 机械部分 (4)2. 气动制动 (5)二、变桨系统 (5)（一）变桨系统的作用 (5)1. 功率调节作用 (5)2. 气动刹车作用 (5)（二）变桨系统在轮毂内的拓扑结构与接线图 (7)三、变桨传感部分 (9)（一）旋转编码器 (9)（二）接近开关 (10)四、变桨距角的调节 (11)（一）变桨距部分 (11)（二）伺服驱动部分 (12)总结 (14)参考文献： (14)致谢 (15)风力发电机组変桨系统分析摘要：风能是一种清洁而安全的能源,在自然界中可以不断生成并有规律得到补充,所以风能资源的特点十分明显,其开发利用的潜力巨大。
本文对大型的兆瓦级风力发电机变桨系统做简单的介绍。
变速恒频技术于20世纪90年代开始兴起，其中较为成功的有丹麦VESTAS的V39/V42-600KW机组和美国的Zand的Z-40-600KW机组。
变速恒频风力发电机组风轮转速随着风速的变化而变化，可以更有效地利用风能，并且通过变速恒频技术可得到恒定频率的电能。
变速恒频机组的显著优点已得到风力机生产厂和研究机构的普遍承认，将成为未来的主流机型。
但变速恒频风力机组仅通过电机自身调节要达到减小风速波动冲击的目的是很困难的，因为自然界中风速瞬息万变，特别是在额定风速以上工况，风力机有可能受到很大的静态或动态冲击。
但是变桨风机不会产生此类情况，变桨距是指大型风力发电机安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善。
近年来，电动变桨距系统越来越多的应用到风力发电机组当中，直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。
因此，在整个风速范围内可能具有几乎最佳的桨距角和较低的切入风速，在高风速下，改变桨距角以减少功角，从而减小了在叶片上的气动力。
风电发展简介
并网型：Smith Putnam于1941年 试制功率为1250kW机组，风轮直 径53.3m（1941～1946）。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程 遭遇挫折
与传统化石能源的相比，风电价格一直没有优 势，因此风力发电一度遭遇挫折(1945～ 1973)。
1、风力发电机组的入门知识
风机最大能捕 获多少风能呢？
贝茨，德国 1885～1968
贝茨极限：风机所能捕获风能与经过风机的总风能的比值，它说明风机 从自然风中所能索取的能量是有限的，最优情况只能利用59.3%。
1、风力发电机组的入门知识
1.2 风机的发展历程 不断探索
德国： 20世纪三、四十年代，德国主要忙于风能理论的研究。
1、风力发电机组的入门知识
1.3 风机的类型
1） 按输电方式： 并网型☆
联网风力发电系统：单 机容量在200~3000kW之 间，即可以单独并网， 也可以由多台甚至成百 上千台组成风力发电场
1、风力发电机组的入门知识
1.3 风机的类型
2） 按风轮运行原理： 水平轴☆
➢ 上风向☆
叶片塔架 （塔影对载荷和噪声影响较小，塔架净空要考虑）
异步发电机
（转子转速低于旋转磁场转速） 结构简单、价格较低、需无功功率
励磁同步发电机 永磁同步发电机
感应发电机 可变滑差感应发电机
双馈异步发电机
1、风力发电机组的入门知识
1.3 风机的类型 感应发电机
利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种 交流发电机。这种发电机要求转子表面到定子的距离间隙非常小。
0.绪论
2018年，全国（除港澳台地区外）风电新增装机容量2114.3万千瓦，同比 增长7.5%；累计装机容量约2.1亿千瓦，同比增长11.2%，保持稳定增长态势。
变桨变速与定桨定速区别
定桨定速风机1、桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
桨叶经过特殊的设计，可以依靠气动特性保持叶轮相对转速不变。
2、基本结构：塔架、轮毂、桨叶、主轴、变速箱、发电机、偏航系统、液压系统、和电气控制组成。
3、调节方式：当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的。
桨叶的这一特性被称为自动失速性能。
为了提高效率，采用双绕组发电机，控制系统根据不同的风速切换大小。
（玻璃钢复合材料研制成功了失速性能良好的风力机桨叶，解决了定桨距风力发电机组在大风时的功率控制问题）当运行中的风力发电机组在突然失去电网（突甩负载）的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。
（将叶尖扰流器成功地应用在风力发电机组上，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题，在紧急情况下，叶尖扰流器释放并旋转90°，形成阻尼板，对风机进行空气动力刹车，低速或高速轴上的盘式制动器与扰流器配合保证机组可靠制动。
）4、优点：结构简单、成本较低、坚固耐用。
缺点：效率低、多为小机型，早已经不是主流的机型。
当风速达到一定值时必须停机。
5、概述：发电机多为笼型异步发电机，风机在并网状态时需从电网吸收大量的无功电流用于励磁，因而功率因数较低，必须配置一定数量的的移向电容器进行补偿。
为了减小风机并网时对电网的冲击，风机采用品闸管软并网，再有并网开关旁路晶闸管，将并网冲击减小到最低，大多数失速式风机因启动困难而设计有电动机启动程序。
变桨变速风机1、桨叶与轮毂之间通过轴承连接，变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。
2、基本结构：塔架、轮毂、桨叶、主轴、变速箱、发电机、变频器、偏航系统、液压系统、和电气控制组成。
3、调节方式：在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同定浆距调节。
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定桨定速风机
1、桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。
桨叶经过特殊的设计，
可以依靠气动特性保持叶轮相对转速不变。
2、基本结构：塔架、轮毂、桨叶、主轴、变速箱、发电机、偏航系统、液压系统、和电气控制组成。
3、调节方式：
当风速高于风轮的设计点风速即额定风速时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定值附近，因为风力机上所有材料的物理性能是有限度的。
桨叶的这一特性被称为自动失速性能。
为了提高效率，采用双绕组发电机，控制系统根据不同的风速切换大小。
（玻璃钢复合材料研制成功了失速性能良好的风力机桨叶，解决了定桨距风力发电机组在大风时的功率控制问题）
当运行中的风力发电机组在突然失去电网（突甩负载）的情况下，桨叶自身必须具备制动能力，使风力发电机组能够在大风情况下安全停机。
（将叶尖扰流器成功地应用在风力发电机组上，解决了在突甩负载情况下的安全停机问题，在紧急情况下，叶尖扰流器释放并旋转90°，形成阻尼板，对风机进行空气动力刹车，低速或高速轴上的盘式制动器与扰流器配合保证机组可靠制动。
）
4、优点：结构简单、成本较低、坚固耐用。
缺点：效率低、多为小机型，早已经不是主流的机型。
当风速达到一定值时必须停机。
5、概述：发电机多为笼型异步发电机，风机在并网状态时需从电网吸收大量的无功电流用于励磁，因而
功率因数较低，必须配置一定数量的的移向电容器进行补偿。
为了减小风机并网时对电网的冲击，风机采用品闸管软并网，再有并网开关旁路晶闸管，将并网冲击减小到最低，大多数失速式风机因启动困难而设计有电动机启动程序。
变桨变速风机
1、桨叶与轮毂之间通过轴承连接，变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响
叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。
2、基本结构：塔架、轮毂、桨叶、主轴、变速箱、发电机、变频器、偏航系统、液压系统、和电气控
制组成。
3、调节方式：
在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同定浆距调节。
在额定风速以上时，变浆距控制结构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近，保证功率曲线的平滑，防止风机过负荷。
在风机失电脱网等紧急情况下进行空气动力制动，配合高速轴制动器对风机叶轮快速刹车。
4、优点：受到的冲击较其它风力机小得多，减少材料的使用率，降低整体重量，在低风速是，可将桨
叶保持良好的攻角，比失速调节性风力机有更好的能量输出，适合平均风速较低的地区安装。
当风速达到一定值时变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式位置，避免停机，增加风力机发电量。
缺点：额定转速要求较高，需采用齿轮箱增速，增加复杂和维护。
阵风反应要求灵敏。
失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。
5、概述：两种变桨形式正常运行时的连续变桨和紧急停止状态下的全顺桨
风机开始启动时桨叶由90°向0°方向的转动以及风速超过额定值时桨叶由0°向90°方向调节都属于连续变桨。
当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机桨叶快速转动至90°，一是让风向与桨叶平行。
使桨叶失去迎风面，二是利用桨叶横向拍打空气进行制动，这个过程叫做全顺桨。