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1、North China Electric North China Electric Power UniversityPower University电机学复习电机学复习 华北电力大学控制科学与工程学院华北电力大学控制科学与工程学院吕吕 跃跃 刚刚North China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器空载运行一、变压器空载运行电机学基础电机学基础有功功率：一次侧吸收功率有功功率：一次侧吸收功率“电动机惯例电动机惯例”二次侧发出功率二次侧发出功率“发电机惯例发电机惯例”无功功率：一次侧吸收滞后性

2、感性）无功无功功率：一次侧吸收滞后性（感性）无功 二次侧发出二次侧发出滞后性（感性）无功滞后性（感性）无功电压、电流、磁通符合右手定则电压、电流、磁通符合右手定则空载（励磁）电流空载（励磁）电流 的磁动势的磁动势 是空载磁动势是空载磁动势 产生的，且产生的，且设设 ：i2e2u2i1e1u1i0ZL令令 ，相量形式，相量形式：即电动势滞后磁链900铁芯存在磁滞与涡流，产生铁损，同时使磁通滞后励磁电流铁芯存在磁滞与涡流，产生铁损，同时使磁通滞后励磁电流 角度。角度。励磁电流无功分量产生磁通；有功分量是铁损与铜损。励磁电流无功分量产生磁通；有功分量是铁损与铜损。等效电路：jX1R1RmjXmR1

3、铜损、X1漏抗、Rm铁损、Xm励磁电抗由于铜铁损很小，励磁电抗远大于漏抗，因此：U1E1其中：r1=线圈长度/（磁导率线圈面积）相量图：mE1I0I0R1jI0X1U1North China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器负载运行一、变压器负载运行 电机学基础电机学基础负载：回路总的磁动势回路总的磁动势：合成磁动势产生励磁磁动势。此时，虽然I0变为I1，但R1太小，U1E1，F0变化不大。磁动势平衡方程其中：，一、二次电压与电流的关系一、二次电压与电流的关系：等效电路：等效电路：I1U1R1

4、jX1jXmRmjX2R2RLU2E1=E2I2I0+-折合前后有功/无功功率、功率因数不变：North China Electric North China Electric Power UniversityPower University交流电枢绕组的磁动势交流电枢绕组的磁动势电机学基础电机学基础+A展开AX转子定子AX0A1、磁动势的表示方法：2、傅里叶变换后，基波磁动势3、交变电流产生脉振磁动势：设AX中通入基波磁动势 既是空间函数，又是时间函数4、脉振磁动势可分解为两个旋转磁动势即可分解为气隙内正反转的两个磁动势。5、用空间矢量表示的空间正弦分布（基波）磁动势注：磁动势NI主要消耗在

5、气隙上空间电角度三次谐波磁动势jjjjiiiiFK1FK1FK1FK1FK1FK1FK1FK1F”K1F”K1F”K1F”K1t=0ot=60ot=90ot=120oNorth China Electric North China Electric Power UniversityPower University三相磁动势三相磁动势第一章第一章 电机学基础电机学基础+AAXBCYZ三相电流：三相基波磁动势：三个反向旋转磁动势相加为零，剩下的三个正向磁动势叠加。与单相脉振磁动势比，三相为旋转磁动势。振幅不变，顺ABC正相序方向，旋转角速度F1的瞬时位置可由 决定，且某相电流达到最大值时，F1位于

6、该相轴线上。高次谐波：3次及3的倍频相互抵消，5次谐波以 朝反向旋转，幅值为基波的五分之一 7次谐波以 朝正向旋转，幅值为基波的七分之一验证t=240o时：ABCNorth China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器负载运行一、变压器负载运行第一章第一章 电机学基础电机学基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器负载运行一、变压器负载运行第一章第一章 电机学基础电机学基础N

7、orth China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器负载运行一、变压器负载运行第一章第一章 电机学基础电机学基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器负载运行一、变压器负载运行第一章第一章 电机学基础电机学基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University一、变压器负载运行

8、一、变压器负载运行第一章第一章 电机学基础电机学基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第一章第一章 绪绪 论论二、风力发电机组的主要类型与控制要求二、风力发电机组的主要类型与控制要求定桨距失速型机组定桨距失速型机组监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、发电

9、量等机组运行数据。发电量等机组运行数据。全桨叶变距型机组全桨叶变距型机组监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线；监视机组的运监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线；监视机组的运行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、发电量等机组运行数据。发电量等机组运行数据。基于变速恒频技术的变速型机组基于变速恒频技术的变速型机组监控系统任务除去上述功能外主要包括：监控系统任务除去上述功能外主要包括：基于微处理器及先进基于微处理器及先进IGBTIGBT电力电子技术的发电机转子变频励磁；脉

10、宽调制技电力电子技术的发电机转子变频励磁；脉宽调制技术产生正弦电压控制发电机输出电压与频率质量；低于额定风速的最大风能术产生正弦电压控制发电机输出电压与频率质量；低于额定风速的最大风能（功率）控制与高于额定风速的恒定额定功率控制。（功率）控制与高于额定风速的恒定额定功率控制。North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第一章第一章 绪绪 论论三、风力发电机组的控制技术三、风力发电机组的控制技术定桨距失速型机组定桨距失速型机组解决了风力发电机组的并网问题和运行安全性与可靠性问题，采用了软并网解

11、决了风力发电机组的并网问题和运行安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术。技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术。固定的节距角及电网频率决定的转速，简化了控制与伺服驱动系统固定的节距角及电网频率决定的转速，简化了控制与伺服驱动系统。全桨叶变距型机组全桨叶变距型机组启动时可进行转速控制，并网后可进行功率控制。启动时可进行转速控制，并网后可进行功率控制。电液伺服机构与闭环变距控制提高了机组效率。电液伺服机构与闭环变距控制提高了机组效率。基于变速恒频技术的变速型机组基于变速恒频技术的变速型机组采用变速风力发电机。采用变速风力发电机。根据风速信号控制，低于额定风速

12、跟踪最佳功率曲线，高于额定风速柔性保根据风速信号控制，低于额定风速跟踪最佳功率曲线，高于额定风速柔性保证额定功率输出。改善了高次谐波对电网影响，提高了功率因数，高效高质证额定功率输出。改善了高次谐波对电网影响，提高了功率因数，高效高质地向电网供电。地向电网供电。习题：各不同类型机组的控制技术有何功能特点。North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第一章第一章 绪绪 论论图中看出，系统的特性除了与机组特性有关外，还受控制器影响。图中看出，系统的特性除了与机组特性有关外，还受控制器影响。运行中

13、控制器可改变功率输出，风能看成是扰动运行中控制器可改变功率输出，风能看成是扰动。四、风力发电机组的控制特性四、风力发电机组的控制特性风轮动态特性传动链动态特性发电机动态特性风能风轮转矩转速发电机转矩转速电功率功率变送器伺服执行器控制器功率信号变距指令变距位置North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第一章第一章 绪绪 论论五、风力发电机组的控制系统结构五、风力发电机组的控制系统结构用户界面输入用户指令，变更参数显示系统运行状态、数据及 故障状况发电机控制软并网变频器励磁调节主控制器运行监控

14、机组起/停电网、风况监测无功补偿根据无功功率信号分组切入或切出补偿电容变距系统转速控制功率控制液压系统刹车机构压力保持变距机构压力保持制动系统机械刹车机构气动刹车机构调向系统偏航自动解除电缆缠绕习题：通过对控制系统结构的了解，回答控制系统主要包括那些功能？North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础气流动能为气流动能为 m 空气质量，空气质量，v 气流速度气流速度密度为密度为的的气流过面积气流过面积 S 的气体体积为的气体体积为 V，M=V=Sv则

15、单位时间内气流所具有的动能为则单位时间内气流所具有的动能为理想风轮与贝兹（理想风轮与贝兹（Betz）理论：）理论：前后空气体积相等：前后空气体积相等：S1v1=Sv=S2v2根据牛顿第二定律，单位时间内风轮上的受力根据牛顿第二定律，单位时间内风轮上的受力 F=mv1-mv2=Sv(v1-v2)风轮吸收的功率风轮吸收的功率P=Fv=Sv2(v1-v2)风轮吸收的功率又等于风轮前后动能（单位时间）的变化：风轮吸收的功率又等于风轮前后动能（单位时间）的变化：令两式相等，得令两式相等，得 经过风轮风速变化产生的功率为经过风轮风速变化产生的功率为其最大功率可令其最大功率可令 得得 ，代入后得到的最大理想

16、功率为，代入后得到的最大理想功率为与气流扫掠面积风的能量相比，可得风力机的理论最大效率：与气流扫掠面积风的能量相比，可得风力机的理论最大效率：一、一、1、风力机能量转换过程、风力机能量转换过程Sv1SvSv2North China Electric North China Electric Power UniversityPower University1、风能利用系数、风能利用系数 ：风力机的实际功率风力机的实际功率其中其中CP为风能利用系数，它小于为风能利用系数，它小于0.5972、叶尖速比、叶尖速比为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比为了表示风轮在不同

17、风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比一、一、2、风力机的主要特性系数、风力机的主要特性系数第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University1、桨叶的翼型、桨叶的翼型二、二、1、桨叶的几何参数与空气动力特性、桨叶的几何参数与空气动力特性功角升力角零升力角风向弦长AB攻角攻角：来流方向与弦线的夹角：来流方向与弦线的夹角零升力角零升力角：弦线与零升力线夹角：弦线与零升力线夹角升力角升力角：来流方向与零升力线夹角：来流方向与零升力线夹角2、桨叶

18、上的气动力、桨叶上的气动力总的气动力总的气动力，S S 桨叶面积，桨叶面积，Cr Cr 总气动系数总气动系数C压力中心升力升力，与气流方向垂直，与气流方向垂直，Cl Cl 升力系数升力系数阻力阻力，与气流方向平行，与气流方向平行，Cd Cd 阻力系数阻力系数相对前缘点由相对前缘点由F F产生的产生的力矩力矩，CdCd、Cl Cl 是由设计的叶片决定的固有参数，也是气动力计算的原始依据。是由设计的叶片决定的固有参数，也是气动力计算的原始依据。第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础North China Electric North China Electric Power Universit

19、yPower University二、二、2、升力和阻力的变化曲线、升力和阻力的变化曲线-30o -20o -10o 0o 10o 20o 30o 40o0.80.60.40.2-0.2升力系数与阻力系数是随攻角变化的升力系数与阻力系数是随攻角变化的升力系数随攻角的增加而增加，使得桨叶升力系数随攻角的增加而增加，使得桨叶的升力增加，但当增加到某个角度后升力开的升力增加，但当增加到某个角度后升力开始下降；阻力系数开始上升。出现最大升力始下降；阻力系数开始上升。出现最大升力的点叫失速点。的点叫失速点。截面形状（翼型弯度、翼型厚度、前缘位截面形状（翼型弯度、翼型厚度、前缘位置）、表面粗糙度等都会影响

20、升力系数与阻置）、表面粗糙度等都会影响升力系数与阻力系数。力系数。对有限长桨叶，叶片两端会产生涡流，造对有限长桨叶，叶片两端会产生涡流，造成阻力增加，成阻力增加，第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University三、旋转桨叶的气动力（叶素分析）三、旋转桨叶的气动力（叶素分析）风向v-uw运动旋转方向安装角（节距角）：回转平面与桨叶截面弦长的夹角倾斜角相对速度dFdF气流气流W W产生的气动力产生的气动力dLdL气流升力气流升力dDdD气流阻力气流阻力I轴向

21、推力轴向推力dFa=dLcosI+dDsinIdFa=dLcosI+dDsinII旋转力矩旋转力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)dT=r(dLsinI-dDcosI)驱动功率驱动功率dPw=dPw=dTdT风输入的总气动功率风输入的总气动功率P=vP=vFaFa旋旋转轴得到的功率得到的功率Pu=TPu=T风轮效率效率=Pu/P=Pu/P第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础四、简化风力机理论（四

22、简化风力机理论（1）1、基本关系的确定、基本关系的确定贝兹理论最佳状态下r,r+dr一段截面受的轴向推力第一种方法：此时，功率最大。叶素的推力可写为第二种方法：v-uw倾斜角相对速度dFdFdLdLdDdDdFadFuI-B个叶片投影到轴向的推力dFa为:a令两式相等，得即最佳运转条件下，v=2/3 v1即因此上式可写成：因tan=dD/dL=Cd/Cl很小叶尖速比o确定后即North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础四、简化风力机理论（四、简化风

23、力机理论（2）与设计有关的几个问题：与设计有关的几个问题：1、如安装角确定了，攻角也即确定了（=I-），由翼型气动力曲线即可确定升力系数Cl。叶片数给定后，Clbl表达式可确定r为变量的叶片截面弦长。2、r增加，l减少。所以叶片由根部向尖部逐渐变窄。3、叶尖速比o增加，即风轮的额定转速高，l越小，重量越轻。4、风力发电机组的沿叶片Cl不一定保持常数。气动效率和最佳攻角气动效率和最佳攻角1、气动效率、气动效率：埃菲尔极线（Eiffel Polar）0 4 8 12 161.2-0.40.40.8dr段叶片产生的风轮功率流过dr段叶片的风的功率因轴向推力因轴向推力 旋转推力旋转推力 倾斜角倾斜角

24、及及所以，效率所以，效率即当较小时，效率较高MNorth China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础五、涡流理论（诱导速度的确定）五、涡流理论（诱导速度的确定）风轮旋转时，在风轮下游存在尾迹涡流。该气流以一个与叶片旋转方向相反的方向绕自己的轴旋转，速度为，则风轮下游气流旋转速度相对叶片为+=h,h叫周向速度因子周向速度因子。在风轮平面内，气流速度为下游的1/2（贝兹理论），所以相对叶片气流旋转速度为：半径r处的圆周速度为。说明风轮转速低于气流的转速。令k为轴向

25、速度因子轴向速度因子，则风轮处的轴向风速为风轮半径r处的倾角：（风轮降低了迎风气流、增加了旋转气流）此时作用于风轮的相对风速与轴向风速、风轮转速的关系为：North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础五、涡流理论（轴向推力和转矩计算）五、涡流理论（轴向推力和转矩计算）r，r+dr的受力：方法一：如前分析已知轴向推力为其中气动力矩为方法二：由动量关系可得结果：将两种方法对比，并用v1表示w1得：式子给出了风轮几何尺寸、气动参数与速度因子之间的关系。2-5

26、82-59North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础五、涡流理论（当地功率因数）五、涡流理论（当地功率因数）流经环型面积（r、r+dr）的气流中获得的最大功率为：对应的当地功率因数：对于Cd=0的无阻力、无限多叶片理想风机理想风机，令前5-58、5-59相等可推得：因此Cp可写成：当时，可得与k的关系式即对每个值，可确定k，进而可求得Cp的最大值。小结：对给出的，可得North China Electric North China Electric

27、 Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础五、涡流理论（考虑阻力时的当地功率系数）五、涡流理论（考虑阻力时的当地功率系数）当地功率因数可进一步表示为：将dFa、dFu、v代入并代以下关系式描述：得到：当tan=0时，式子第一项表示理想风机的功率因数。图中表示无限叶片数，以为函数，不同Cd/Cl下所能达到的最大功率系数值。对给定的叶尖速比，tan较低时，功率系数较高。埃菲尔极线中tan最小值点的功率系数最大。图中表明，高叶尖速比时低粗糙度叶片的特性好。红线为3叶片的功率系数曲线（参考），0.60.50.40.30.20.10 2

28、4 6 8 10 12 14 51020304060100Cl/Cd10North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第二章第二章 风力机控制基础风力机控制基础五、涡流理论（叶片数的影响及实际风力机五、涡流理论（叶片数的影响及实际风力机Cp曲线）曲线）有限叶片数由于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所下降。实际风力机曲线如下图所示：Betz极限理想的Cp曲线实际的Cp曲线失速损失型阻损失0North China Electric North China Electric Pow

29、er UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组一、定桨距风力发电机组的特点一、定桨距风力发电机组的特点1、风轮结构、风轮结构主要特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨叶的迎风角度不随风速变化而变化。需解决的问题：高于额定风速时桨叶需自动将功率限制在额定功率附近（失速特性）。脱网（突甩负荷）时桨叶自身具备制动能力。添加了叶尖扰流器，降低机械刹车结构强度，2、桨叶的失速调节原理、桨叶的失速调节原理因桨叶的安装角不变，风速增加升力增加升力变缓升力下降阻力增加叶片失速叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。失速部

30、分功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。3、叶尖扰流器、叶尖扰流器叶尖部分可旋转的空气阻尼板，正常运行时，在液压控制下与叶片成为整体，风力机脱网时液压控制指令将扰流器释放并旋转80o90o，产生阻力停机，即产生空气动力刹车。空气动力刹车是按失效思想设计，即起到液压系统故障时的机组停机保护。4、双速发电机小发电机功率曲线大发电机功率曲线切换点风速功率如6极200kW和4极750kWP1P2North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风

31、力发电机组一、定桨距风力发电机组的特点一、定桨距风力发电机组的特点5、功率输出、功率输出功率的输出主要决定于风速，叶片的失速特性功率曲线是在标准空气密度=1.225kg/m3测出的，一般温度变化10oC，空气密度变化4%。因此气温升高，密度下降，输出功率减少。750kW机组可能会出现3050kW的偏差，因此冬季与夏季应对安装角各作一次调整。6、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响由于机组的桨叶节距角和转速都是固定不变的，使机组功率曲线上只有一点有最大功率系数。额定转速低的机组，低风速下有较高的功率系数；额定转速高的机组。即为双速电机依据。设计的最大功率

32、系数并不出现在额定功率上，因风力发电机并不经常工作在额定风速点。定桨距风力发电机应尽量提高低风速的功率系数和考虑高风速的失速性能。节距角的改变对功率的影响如下图，它主要改变了桨叶对气流的失速点，这是随空气密度调整节距角的依据。0 2 4 6 8 10 12 14 16 1810008006004002000.10.20.30.40.5功率输出/kW风速/（m/s)功率/kW+2o-2o0o节距角0 10 20 3050100150200250风速/（m/s)North China Electric North China Electric Power UniversityPower Unive

33、rsity第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组二、定桨距风力发电机组的基本运行过程二、定桨距风力发电机组的基本运行过程1、待机状态、待机状态风速v3m/s但没达到切入转速或机组从小功率切出，没有并网的自由转动状态。控制系统做好切入电网的准备；机械刹车已松开；叶尖阻尼板已收回；风轮处于迎风状态；液压系统压力保持在设定值；风况、电网和机组的所有状态参数检测正常，一旦风速增大，转速升高，即可并网。2、风力发电机组的自启动及启动条件、风力发电机组的自启动及启动条件机组在自然风作用下升速、并网的过程。需具备的条件为：电网：连续10分钟没有出现过电压、低电压；0.1秒内电压跌落小于设定值；电

34、网频率在设定范围内；没有出现三相不平衡等现象。风况：连续10分钟风速在机组运行范围内（3.0m/s25m/s)机组：发电机温度、增速器油温在设定值范围以内；液压系统各部位压力在设定值以内；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动器摩擦片正常；扭缆开关复位；控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC15V电源正常；非正常停机故障显示均已排除；维护开关在运行位置。3、风轮对风、风轮对风偏航角度通过风向测定仪测定。10分钟调整一次，调整中释放偏航刹车。North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章

35、第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组二、定桨距风力发电机组的基本运行过程二、定桨距风力发电机组的基本运行过程4、制动解除、制动解除启动条件满足后，控制叶尖扰流器的电磁阀打开，压力油进入桨叶液压缸，扰流器被收回与桨叶主体合为一体。控制器收到扰流器回收信号后，压力油进入机械盘式制动器液压缸，松开盘式制动器。5、风力发电机组的并网、风力发电机组的并网当转速接近同步转速时，三相主电路上的晶闸管被触发开始导通，导通角随与同步转速的接近而增大，发电机转速的加速度减少；当发电机达到同步转速时晶闸管完全导通，转速超过同步转速进入发电状态；1秒后旁路接触器闭合，电流被旁路，如一切正常晶闸管停止触发。低风

36、速时先启动小发电机，如6级绕组，同步转速为1000r/min；当功率达到某预制值P1一定时间后，短开小发电机接触器及旁路接触器，发电机脱网并升速，到达4级绕组的1500r/min同步转速附近后，执行大发电机并网发电。当发电机功率10分钟低于预制值P2时，执行向小发电机切换。由于脱网后转速会上升，应迅速投入小发电机接触器。也可在切换过程中借入扰流器减速。电动机启动目前使用较少North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组三、风力发电机组的基本控制

37、要求三、风力发电机组的基本控制要求1、控制系统的基本功能、控制系统的基本功能根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。根据功率信号及风速大小自动进行转速控制。根据风向信号自动对风。根据功率因数及输出电功率大小自动进行电容切换补偿。脱网时保证机组安全停机。运行中对电网、风况和机组状态进行监测、分析与记录，对异常情况进行判断及处理。2、主要监测参数、主要监测参数电力参数电力参数：电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等。判断并网条件、计算电功率和发电量、无功补偿、电压和电流故障保护。发电机功率与风速有着固定的函数关系，两者不符可作为机组故障判断的依据。风力参数风力参数：风速；

38、每秒采集一次，10分钟计算一次平均值。v3m/s时启动小发电机，v8m/s启动大发电机，v25m/s停机。风向；测量风向与机舱中心线的偏差，一般采用两个风向标进行补偿。控制偏航系统工作，风速低于3m/s偏航系统不会工作。机组参数机组参数：转速；机组有发电机转速和风轮转速两个测点。控制发电机并网和脱网、超速保护。温度；增速器油温、高速轴承温度、发电机温度、前后主轴承温度、晶闸管温度、环境温度。振动；机舱振动、桨叶振动探测。电缆扭转；安装有从初始位置开始的齿轮记数传感器，用于停机解缆操作。位置行程开关停机保护。刹车盘磨损；油位；润滑油和液压系统油位。North China Electric Nor

39、th China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组三、风力发电机组的基本控制要求三、风力发电机组的基本控制要求各种反馈信号的检测：各种反馈信号的检测：控制器在发出指令后的设定时间内应收到的反馈信号包括回收叶尖扰流器、松开机械刹车、松开偏航制动器、发电机脱网转速降落。否则故障停机。增速器油温的控制增速器油温的控制：增速器箱内由PT100热电阻温度传感器测温；加热器保证润滑油温不低于10oC；润滑油泵始终对齿轮和轴承强制喷射润滑；油温高于60oC时冷却系统启动，低于45oC时停止冷却。发电机温升控制

40、发电机温升控制：通过冷却系统控制发电机温度，如温度控制在130140oC，到150155oC停机。功率过高或过低的处理：功率过高或过低的处理：风速较低时发电机如持续出现逆功率（一般3060 s），退出电网，进入待机状态，可提高切入预制点0.5%，重新并网，并恢复原预制值。功率过高，可能为电网频率波动（瞬间下降），机械惯量不能使转速迅速下降，转差过大造成。也可能是气候变化，空气密度增加造成。当持续10min大于额定功率15%或2s大于50%应停机。风力发电机组退出电网：风力发电机组退出电网：风速过大会使叶片严重失速造成过早损坏。风速高于25 m/s持续10min或高于33m/s持续2s正常停机

41、风速高于50m/s持续1s安全停机，侧风90oC。North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组三、风力发电机组的基本控制要求三、风力发电机组的基本控制要求3、风力发电机组的基本控制策略、风力发电机组的基本控制策略风力发电机组的工作状态风力发电机组的工作状态：运行状态暂停状态停机状态紧急停机状态机械刹车松开机械刹车松开机械刹车松开机械刹车与气动刹车同时动作机组并网发电风力发电机组空转计算机处于监测状态，输出信号被旁路机组自动调向机组调向保持工

42、作状态调向系统停止工作液压系统保持工作压力液压系统保持工作压力液压系统保持工作压力叶尖阻尼板回收（或变桨处于最佳角度）叶尖阻尼板回收（或变节距角在90o）叶尖阻尼板弹出（或变距系统失去压力）North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组三、风力发电机组的基本控制要求三、风力发电机组的基本控制要求工作状态之间转变工作状态之间转变急停停机：停机条件满足，关闭急停电路、建立液压工作压力。停机暂停：暂停条件满足，启动偏航系统，（接通变桨距压力）暂停运行

43、运行条件满足，核对上风向、叶尖阻尼板收回（或 变桨距系统投入）、根据转速控制并网。紧 急 停 机：主要控制有打开紧急电路、置所有信号无效、机械 刹车作用、逻辑电路复位。暂停停机：停止自动调向、打开气动刹车（或变距系统失压）运行停机：脱网、打开气动刹车（或变距系统失压）暂 停：功率调节到0后通过晶闸管切出发电机、降低风轮转速 到0。故障处理故障处理：故障发生时意味着从较高状态转换到较低状态，（1）故障检测：扫描传感器及信号，判断可降低状态的信号。（2）故障记录：故障存储与报警。（3）故障反应：选择降为三种停机状态中的一种。（4）重新启动：一般故障可能自动复位或操作人员远程手动复位，重新启动。致

44、命故障必须由人员到现场检查处理，就地复位。运行暂停停机急停North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组四、定桨距风力发电机组的制动与保护系统四、定桨距风力发电机组的制动与保护系统1、定桨距风力发电机组的制动系统、定桨距风力发电机组的制动系统叶尖气动刹车叶尖气动刹车：液压系统提供的压力由经旋转接头进入桨叶根部的压力缸，压缩扰流器机构中的弹簧，使叶尖扰流器与桨叶主体平滑连为一体。当风力机停机时，液压系统释放压力油，叶尖扰流器在离心力作用下，按设计

45、轨迹转过90o。机械盘式刹车机械盘式刹车：作为辅助刹车装置被安装在高速轴上，液压驱动。因风力机转矩很大，作为主刹车将会使刹车盘直径很大，改变了机组结构。大型风机一般有两部机械刹车。制动系统按失效保护原则设计，一旦失电或液压系统失效即处于制动状态。正常停机制动过程正常停机制动过程：电磁阀失电释放叶尖扰流器、发电机降至同步转速时主接触器动作与电网解列、转速低于设定值时第一部刹车投入、如转速继续上升第二部刹车立即投入、停机后叶尖扰流器收回。安全停机制动过程：安全停机制动过程：叶尖扰流器释放同时投入第一部刹车、发电机降至同步转速时主接触器跳闸同时第二部刹车立即投入、叶尖扰流器不收回。紧急停机制动过程紧

46、急停机制动过程：所有继电器断电、接触器失电；叶尖扰流器和两部机械刹车同时起作用；发电机同时与电网解列。North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第三章第三章 定桨距风力发电机组定桨距风力发电机组四、定桨距风力发电机组的制动与保护系统四、定桨距风力发电机组的制动与保护系统2、超速保护、超速保护发电机或风轮转速超过额定转速110%时，控制器发出正常停机指令。叶尖扰流器制动液压系统设有独立超速保护装置，风轮超速时，液压缸压力迅速上升，受压力控制的“突开阀”打开，压力油被泄掉，叶尖扰流器迅速打开，

47、使得在控制系统失效时停机。3、电网失电保护、电网失电保护电网一旦失电，控制叶尖扰流器和机械刹车的电磁阀立即打开，实现失压制动紧急停机。电网原因引起的停机，控制系统在电网恢复后10分钟自动恢复运行。4、电气保护、电气保护过电压保护：控制器对通过电缆进入控制柜的冲击电压具有自我保护能力感应瞬态保护：晶闸管、计算机的过电压屏蔽，传感器、通信电缆的隔离。雷击保护：提供便捷的接地通道释放雷电。5、紧急安全链、紧急安全链是计算机系统的最后一级保护措施，原理是将对风力发电机组造成致命伤害的故障节点串联在停机回路中，任何一个故障都可紧急停机。如：紧急停机按钮、控制器看们狗、叶尖扰流器液压继电器、扭揽传感器、振

48、动传感器、控制器DC24V电源失电。紧急停机后安全链只能手动复位North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第四章第四章 定桨距风力发电机组并网技术定桨距风力发电机组并网技术一、引言一、引言 在风力发电机组正常运行前，需要将发电机接入电力系统并列运行，在风力发电机组正常运行前，需要将发电机接入电力系统并列运行，进入正常的发电运行模式，发电机并入电网是风力发电系统正常运行的进入正常的发电运行模式，发电机并入电网是风力发电系统正常运行的“起点起点”。如果并网时冲击电流过大，不但会引起电网电压的大

49、幅下降，造成如果并网时冲击电流过大，不但会引起电网电压的大幅下降，造成发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开和低压保护动作威胁其它发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开和低压保护动作威胁其它发电机组的正常运行，而且还会对发电机的部件造成损害，因此发电机发电机组的正常运行，而且还会对发电机的部件造成损害，因此发电机并网控制的好坏直接关系到电力系统的稳定性和风力发电系统的安全运并网控制的好坏直接关系到电力系统的稳定性和风力发电系统的安全运行。行。North China Electric North China Electric Power UniversityPower University第

50、四章第四章 定桨距风力发电机组并网技术定桨距风力发电机组并网技术二、发电机并网条件二、发电机并网条件为了在并网的短时间内不产生大的电流冲击，必须满足以下四个条件：为了在并网的短时间内不产生大的电流冲击，必须满足以下四个条件：（1）.发电机的发电机的频率频率等于电网频率；等于电网频率；（2）.发电机的电压幅值等于电网电压发电机的电压幅值等于电网电压幅值幅值，且波形一致；，且波形一致；（3）.发电机的电压相序与电网电压的发电机的电压相序与电网电压的相序相序相同；相同；（4）.发电机的电压相位与电网电压的发电机的电压相位与电网电压的相位相位一致；一致；举例：设并网前频率、相序、电压幅值与电网都相等但