风力发电原理 教学课件 作者 徐大平 第5章　风力发电机组的控制及.ppt

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1、第5章　风力发电机组的控制及安全保护5.1　风力发电机组的控制技术5.2　风力机控制5.3　发电机控制5.4　风力发电机组信号检测5.5　控制系统的执行机构5.6　风电机组的安全保护5.1　风力发电机组的控制技术5.1.1　风力发电机组的基本控制要求5.1.2　风力发电机组的控制系统结构5.1.3　风力发电机组的运行控制过程5.1.1　风力发电机组的基本控制要求1)根据风速信号自动进入起动状态或从电网自动切除。2)根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制。3)根据风向信号自动对风。4)根据电网和输出功率要求自动进行功率因数调

2、整。5)当发电机脱网时，能确保机组安全停机。6)在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行实时监测和记录，对出现的异常情况能够自行准确地判断并采取相应的保护措施，并能够根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能指标。7)对在风电场中运行的风力发电机组具有远程通信的功能。8)具有良好的抗干扰和防雷保护措施，以保证在恶劣的环境里最大限度地保护风电机组的安全可靠运行。5.1.1　风力发电机组的基本控制要求图5-1　风力发电机组及其控制系统结构图5.1.1　风力发电机组的基本控制要求图5-2　风力发电机组的风速

3、—功率曲线5.1.1　风力发电机组的基本控制要求0503.TIF5.1.1　风力发电机组的基本控制要求图5-3　双馈式风力发电机组1.tif0504.TIF图5-4　直驱式永磁同步风力发电机组5.1.2　风力发电机组的控制系统结构图5-5　电控系统整体结构5.1.2　风力发电机组的控制系统结构图5-6　风电机组总体功能图5.1.3　风力发电机组的运行控制过程1.待机状态2.机组自起动过程3.机组并网过程4.欠功率运行状态5.额定功率运行状态6.停机状态1.待机状态1)发电机温度、增速器润滑油温度在设定值范围以内。2)液压系统压力

4、正常。3)液压油位和齿轮润滑油位正常。4)制动器摩擦片正常。5)扭缆开关复位。6)控制系统电源正常。7)非正常停机后显示的所有故障信息均已解除。8)维护开关在运行位置。5.2　风力机控制5.2.1　风力机控制的空气动力学原理5.2.2　定桨距风力机控制5.2.3　变桨距风力机控制5.2.4　功率控制5.2.1　风力机控制的空气动力学原理图5-7　风力机性能曲线5.2.1　风力机控制的空气动力学原理图5-8　随攻角变化的升力和阻力系数5.2.2　定桨距风力机控制1.定桨距风力机2.定桨距控制1.定桨距风力机图5-9　叶尖扰流器的

5、结构5.2.3　变桨距风力机控制1.变桨距风力机2.变桨距控制1.变桨距风力机图5-10　功率输出曲线对比图2.变桨距控制(1)开环控制　即将桨距角由顺桨状态(一般90°)按照一定的顺控程序置为最大风能利用系数的角度(一般2°～3°)，以获得最大起动力矩。(2)闭环控制　通过变桨距控制使转速以一定升速率上升至同步转速，进行升速闭环控制；为了对电网产生尽可能小的冲击，控制器也同时用于并网前的同步转速控制。5.2.4　功率控制1.风力机功率控制特点2.变桨控制系统结构与特点1.风力机功率控制特点(1)气动非线性　变桨距控制实质是通过

6、改变攻角来控制风力机的驱动转矩，因此风力机的气动特性是变桨距系统的主要特性。(2)工况频繁切换　由于自然风速大小随机变化，导致变速风力发电机组随风速在各个运行工况之间频繁切换。(3)多扰动因素　影响风力发电机组性能变化的不确定干扰因素很多。(4)变桨距执行系统的大惯性与非线性　目前变桨距执行机构主要有两种实现方案：液压执行机构和电机执行机构。图5-11　变桨距变速风电机组转速-功率曲线1.风力机功率控制特点2.变桨控制系统结构与特点图5-12　传统的变桨距风力发电机组变桨控制系统5.3　发电机控制5.3.1　风力发电机控制要求5

7、.3.2　异步风力发电机控制5.3.3　双馈式发电机控制5.3.4　直驱式发电机控制5.3.1　风力发电机控制要求1)发电机的频率等于电网频率。2)发电机的电压幅值等于电网电压幅值，且波形一致。3)发电机的电压相序与电网电压的相序相同。4)发电机的电压相位与电网电压的相位一致。5.3.1　风力发电机控制要求图5-13　定桨距风力机功率特性曲线5.3.2　异步风力发电机控制1.双速异步发电机控制2.转差可调的异步发电机原理3.转差可调异步发电机的结构4.转差可调异步发电机的功率调节5.异步发电机的并网方法图5-14　双速发电机功率

8、曲线1.双速异步发电机控制2.转差可调的异步发电机原理图5-15　绕线转子异步发电机改变转子绕组串联电阻时的-s特性曲线3.转差可调异步发电机的结构0516.TIF4.转差可调异步发电机的功率调节图5-17　变桨距风力机-转差可调异步发电机控制原理图5.异步发