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600kW失速型风电机组控制系统实际装置 电容补偿柜 顶部柜 计算机柜 功率柜 恒速运行与变速运行 变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极同步发电机。 变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳值，从而最大限度的利用风能，提高风力机的运行效率。 目前国外安装的风电机组中，超过95%的风电机组采用了变速运行方式。 趋势：变速运行取代恒速运行。 变速风电机组的总体结构（多级齿轮箱和双馈电机） 变速风电机组总体结构示意图 双馈电机+多级增速箱的变速风电机组的特点 双馈电机定子直接与电网相连，转子侧通过功率变换器（一般为双PWM交直交型变换器）连接到电网。该功率变换器的容量仅为电机容量的1/3，并且能量可以双向流动，这是这种机型的优点。 该种机型是利用发电机转子励磁频率、定子输出频率和转子机械频率的关系，通过改变转子的励磁频率而使机组完成变速恒频运行，进而实现最大风能捕获。 对电网而言，该系统利用矢量控制实现了输出的有功和无功的解偶控制，可以为电网输出无功，保证了输出电能质量。 变速风电机组的总体结构（直驱型） 直驱型风电机组总体结构示意图（西班牙Mtorres） 直驱型风电机组的特点 风轮直接与低速（多极）励磁同步发电机（也有利用永磁同步发电机的）相连，省去了故障多发部件-齿轮箱。电机全功率通过电力电子装置连接到电网。利用电力电子技术可以控制系统输出的有功和无功功率，同样也可以使机组捕获最大风能； 齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪音，更是造成机械故障的主要原因，而且为减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方式虽然提高了电机的设计成本，但却有效的提高了系统的效率以及运行可靠性； 德国Enercon公司在开发直驱发电机方面居于领先地位，该公司已批量生产4.5MW的直驱发电机组，并正在试验6MW的原型机； 其缺点是：直驱发电机体积大而笨重 ，电机设计成本较高。 混合型风电机组的特点 这是单级增速装置加多极同步发电机技术，简称为混合式。 混合式采用单级变速装置以提高发电机转速，但速度低于标准发电机所需要的转速；同时配以类似于直驱发电机的多极电机。 该设计介于纯增速装置驱动和直驱之间，旨在融合两者的优点而避免其缺点。 风电机组的基本运行过程 开机自检：对于第一次上电需要该过程。机组自动检测电网、风况、环境温度、机组本身状态（如：各种温度、压力油位、控制电源、安全链、维护开关位置等在正常状态）； 待机：自检通过后，开始执行“制动解除”即松闸和“机舱对风”（当风速达到对风风速〉2.5m/s)。如风速低于启动风速3m/s，则机组处于待机状态； 启动与并网：风轮在风的升力作用下开始旋转，当转速达到并网转速时，执行并网过程； 启动方式：自动启动；顶部机舱启动；塔底操作面板启动；远程启动（在中央监控室）。 风电机组的基本运行过程 液压系统的压力控制和温度控制 ； 变速与变桨距调节：跟踪最佳运行曲线，最大捕获风能； 有功功率和无功功率的解藕控制：提高输出电能品质。 故障检测与复位：人工手动复位和自动复位； 偏航与解缆：当风向改变时执行自动偏航；人工偏航包括：顶部机舱手动偏航；塔底操作面板手动偏航；远程偏航。当电缆缠绕时执行解缆操作。 脱网：当机组运行自身和外部条件不满足时，机组执行脱网程序。 控制系统的基本组成原理 控制系统主要由主电路（强电回路）、低压配电回路、控制电路、双PWM变流器、外部传感器及其接口回路组成。 根据各部分电气要求和要实现的功能，一般设计成功率柜、变频器柜和计算机柜。考虑到对双馈电机的控制方便，将上述3个柜体布置在机舱上。 出于塔底操作方便和与电网的连接考虑，塔底设置一个柜体，用于切合电网和面板显示与操作。 控制系统的基本组成 功率柜为风力发电机组的主配电系统，包括发电机与电网连接主回路、低压配电控制回路、电源变换、防雷保护回路等； 变频器柜：主要是IGBT等电力电子器件组成的整流、逆变电路；电容及预充电电路； 计算机柜包括中心控制器及其接口电路、电量采集及其安全保护电路等。 整体结构如下图所示： 温度变送器1 温度变送器2 叶轮过速 转速驱动 闸磨损 端子排 功率柜 计算机柜 TB1柜 塔底 K3 K2 K11 可 控 硅 TR13 电量采集 刀熔开关及控制接触器 PLC模块 中间继电器板 软并网板 控制系统的基本功能 风力发电机控制系统的主要功能分为9个方面： 1、机组正常运行控制（并网控制、最大风能捕获控制 、有功/无功解藕控制、变速控制、变桨距控制、偏航对风控制、自动解缆控制、刹车控制、温度控制、液压控制等） 2、机组运行状态监测与显示 3、机组运行统计 4、机组故障监测与处理 5、机组的安全保护 6、远程通信 7、维护功能 8、机组运行参数设置 9、人