风力发电机组的控制与保护幻灯片.pptVIP

风力发电机组的控制与保护 班级：风能1001班 黄国玉 刘磊洋 小组成员： 赖自伟 王世全 杨茜芝 （一）风力发电机组的控制系统 1 概述 2 定桨距风力发电机的控制 3 变桨距风力发电机的控制 4 变速风力发电机的控制 5 控制系统的执行机构 6 偏航系统 1、概述 1.1风力发电机组的控制系统的可靠性直接影响整个风力发电机组的正常发挥，其精确的控制、完善的功能将直接影响机组的安全与效率。 1.2风力发电机组控制系统的基本组成 控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。 2、定桨距风力发电机的控制 2.1定桨风力发电机的机构特点 叶片与轮毂的连接是固定的，也就是当风速变化时，叶片安装角也就是桨距角β不变，因此需要定桨距机组具备自动失速性能和制动能力。 2.2定桨控制 失速调节叶片的攻角沿轴向由根部向叶尖逐渐减少，因而根部叶面先进入失速，随风速增大，失速部分向叶尖处扩展， 原先已失速的部分，失速程度加深，未失速的部分逐渐进入失速区，从而使输入功率保持在额定功率附近。 2. 3叶尖扰流器 叶尖扰流器如图所示。当风力机正常运行时，在液压系统的作用下，叶尖扰流器与桨叶主体部分紧密地合为一体，组成完整的桨叶，当风力机需要脱网停机时，液压系统按控制指令将叶尖扰流器释放并使之旋转90°形成阻尼板，实施空气动力刹车。 图4叶尖扰流器结构 根据定桨距风力机的特点，应优先考虑提高低风速段的功率系数，合理利用高风速时的失速特性。为此可通过设定桨距的桨距角（安装角）来实现上述控制策略。图5是一组200kw定桨距风力发电机的功率曲线。可见在高风速区，不同的桨距角对最大输出功率的影响是较大的。根据实践经验，节距角越小，气流在桨叶上的失速点越高，其最大功率也越高。反之，其最大功率就可降下来。 2.4 设定桨距角改变最大输出功率 图5桨叶节距角对输出功率的影响 3 变桨距风力发电机的控制 3.1结构特点 变桨风力发电机组的叶片不再与轮毂固定连接，而是能够相对转动。 从空气动力学角度考虑，当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。 3.2 变桨距风力发电机组的特性 3.2.1 输出功率特性 变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，具有在高于额定风速时输出功率平稳的特点。当功率在额定功率以下时，控制器将叶片节距角置于0。附近，节距角不变，发电机的功率根据叶片的气动性能随风速的变化而变化，当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作，调整叶片节距角，使其将发电机的输出功率调节在额定值附近。 风速升高，由于桨叶节距可以控制，可以使得额定功率点仍然具有较高的功率系数。 3.2.2确保高风速段的额定功率 变桨距的风力发电机组的桨叶节距角是根据发 电机输出功率的反馈信号来控制的，它不受气流密度变化的影响，无论是由于温度变化还是海拔引起空气密度变化，变桨距系统都能通过调整叶片角度，使之获得额定功率输出。 3.2.3起动性能与控制性能 变桨距风力发电机组在低风速时，桨叶节距可以转动到合适的角度，使风轮具有最大的起动力矩。 当风力发电机组需要脱离电网时，变桨距系统可以先转动叶片使之减小功率，在脱网之前，功率减小至0，实现平稳控制。 4 变速风力发电机的控制 变速变距风力发电机组控制技术先进，但比较复杂。 4.1 变速风力发电机组的特点 在现有的机型中控制技术主要有三部分组成：主控制 器、桨距调节器、功率控制器（转矩控制器）。如图7所 示。 图7变速变距风力发电机组控制系统构成图 4.2 变速风力发电机的控制方式与策略 变速风力发电机组的基本结构如图11所示，在低于额定风速时，通过整流器及逆变器控制双馈异步发电机的电磁转矩，对风力机转速进行控制；在高于额定风速时，采用变桨距方法释放多余的能量。 4.3变速风力发电机的运行区域 第一阶段是起动阶段。 第二阶段是风力发电机组切入电网后运行在额定风速以下的区域，该阶段分为两个运行区域；即变速运行区域（Cp恒定区）和恒速运行区域。为了使风轮能在Cp恒速区运行，必须设计一种变速发电机，其转速能够被控制以跟踪风速的变化。 第三运行阶段称为功率恒定区，利用第三阶段的大风