风电技术培训资料5电气控制系统

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1、电气控制系统电气控制系统的作用是确保风力机运行过程的安全性和可靠性，提高机组的运行效率和发电供电质量。离网型风力发电机组电气控制系统分为直流和交流系统。直流系统是由风力机驱动直流发电机、经过调压限流器向蓄电池充电及向电阻性负载供电。交流系统包括交流发电机、整流装置、控制器、分流卸载电阻箱、蓄电池组、逆变器和负载。它是一个由交流发电机经整流装置整流后向蓄电池充电及向电阻性负载供电，还可以在蓄电池之后连接逆变器向交流负载供电的交直流供电系统。发电机按类型分为同步和异步发电机；励磁和永磁发电机；直流和交流发电机。按运行方式又分为内转子和外转子。现有国产离网型风力发电机多采用同步

2、三相永磁式交流发电机，而且是直接驱动的低转速、内转子运行方式。这种发电机为永磁体转子，无励磁电流损耗，它比同容量电励磁发电机效率高、重量轻、体积小、制造工艺简便、无输电滑环，运转时安全可靠，容易实现免维护运行。它的缺点是电压调节性能差。一种爪极无刷自励磁交流发电机，具备励磁电流自动调节功能。在为独立运行的小型风力发电机配套时，可以有效的避免因风速变化，发电机转速变化而引起的端电压波动，使发电机的电压和电流输出保持平稳。控制器功率容量几千瓦的离网型风电系统常配置简易的控制器。它包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10RVA以下逆变电源。

3、逆变电源输岀的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。比较完善的控制器采用：PWM斩波整流，使电气控制系统具备了AC-DC/DC-AC双向变换功能；（2）PWM升压型（Boost型）整流，弥补了永磁发电机在低风速、低转速时电压偏低的缺陷；（3）根据风力发电机的运行特性切入了最大功率跟踪技术（PTTP）；（4）向蓄电池智能充电功能；（5）通过改善输出的交流波形，大幅提高风力发电系统的运行效率和年发电量；（6）设置风速及风力机转速传感器并在风速和转速达到限定值时启动执行机构实施制动停机；（7）设置了状态显示和主参数通讯接口。功能完善的控制系统能保障风力机技

4、术性能可靠，运行稳定安全。离网型风力发电系统对配套控制系统的基本要求如下：（1）整流器件的耐电压、耐电流的高限值要有充足的裕度，推荐3倍以上；（2）向蓄电池充电的控制系统，以充电电流为主控元素，控制蓄电池的均充、浮充转换，以均充电流、浮充电压、充电时间作为控制条件，按蓄电池的充电、放电技术规范进行充、放电；（3）向逆变器供电的控制系统应满足逆变电源所需直流电压和容量的要求；（4）卸荷分流要兼容电压调控分流和防止风力机超转速加载两项控制；（5）检测风力机转速、输出电压、输出电流、机组振动等状态超过限定值或允许范围时，控制系统自动给风力机加载，同时实施制动；（6）应具备短路、

5、直流电压“+”、“-”反接、蓄电池过放电、防雷击等安全保护功能。蓄电池组风能是随机性的能源，高峰和低谷落差甚大，且具有间歇性，极不稳定。为有效地利用风能必须配备蓄能装置。当前风力发电系统可选择的蓄能方式有：蓄电池蓄能、飞轮蓄能、提水蓄能、压缩空气蓄能、电解水制氢蓄能等几种。离网风力发电系统广泛采用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池的作用是当风力强劲、风力机发电量大，或用电负荷少时，将电能存入蓄电池；当风力较弱，或用电负荷较大时，蓄电池中的电能向负荷供电，以补充风电的不足，保持风力发电系统持续稳定供电的运行状态。目前，离网风力发电系统较多采用储能型（固定）铅酸蓄电池，它的单体电动势

6、为2V,单体容量从几百安时到数千安时。电池组配套时可根据风力发电系统的要求，以串、并联接方式组合成所需要的端电压（V）和总容量（Ah）o蓄电池使用中应按技术规范对蓄电池充放电，不允许过充电和过放电。要求每2V单体电动势，放电时不得低于1.7V,充电时不得高于2.4V；充放电过程，按电池容量的1/10—1/20数值控制电流量（A）o蓄电池经多次充放电之后，其充放电转换效率和电池容量会迅速降低，寿命即终结，继续使用已很不经济。影响蓄电池使用寿命的因素很多，其中主要有：（1）未按技术规范配制符合要求的电解液；（2）未严格实行均充、浮充分阶段充电规程；（3）蓄电池过度充电、深度放

7、电；（4）蓄电池在亏电状态下，久置未及时充电。参考书目《风力发电》中国电力出版社2003年3月王承煦张源主编《风力发电机组原理与应用》机械工业出版社2011年6月姚兴佳宋俊编著《风能技术》［美］TonyBurton等著武鑫等译科学出版社编者：赵福盛（青岛安华新源风电设备有限公司总设计师）