风力发电机控制.doc

膄第六章风力发电机的运行与控制芄第一节控制系统的功能和内容羀一、控制系统的目标腿1、保证系统运行的安全、稳定和可靠袄2、最大风功率利用;肁3、保证电能质量;聿4、延长机组寿命。薈二、控制系统的功能蚄1、在运行风速范围内,能跟踪风向和最佳叶尖速比,获得最大风能;膃2、在风速低于运行最低要求是,能可靠将风力发电机切出;蒁3、在高风速时,能限制风能的捕获,使风力发电机输出功率不超过发电机的额定功率;肈4、在阵风时,能减少风轮的机械应力和输出功率的波动,避免共振;莅5、减小功率传动链的暂态响应;膄6、调节无功补偿和转速,保证机组输出的电压和频率稳定。蕿三、控制的具体内容蒇1、风力发电机稳态工作点控制膅稳态工作点就是功率平衡的稳定运行点。羁当外部条件和自身的参数变化时,风力发电机经过动态调整后将工作在一个新的稳态工作点。工作点的位置与风力机、发电机的功率(或转矩)——转速特性有关。羂风力发电机的稳态工作点是风力机的功率(或转矩)——转速特性曲线与发电机的功率(或转矩)——转速特性曲线的交点。袆控制系统的任务就是使风力发电机的稳态运行工作点尽可能靠近风力发电机的最佳风能利用系数曲线,使获得尽可能多的发电量。袅肃2、风力发电机工作状态及转换控制肀风力发电机的工作状态的特征:薀(1)运行状态:机械制动松开;允许机组并网发电;机组自动偏航;液压系统保持工作压力;叶尖绕流器收回或由变桨距系统选择在最佳工作位置;冷却系统自动状态。薆(2)暂停状态:机械制动松开;机组与电网解裂;机组自动偏航;液压系统保持工作压力;叶尖绕流器收回或由变桨距顺桨;冷却系统自动状态;风力发电机空转或停止。膄(3)停机状态:机械制动松开;机组与电网解裂;偏航系统停止工作;液压系统保持工作压力;叶尖绕流器弹出收回或由变桨距顺桨;冷却系统非自动状态;风力发电机空转或停止。膈(4)紧急停机状态:机械制动和空气制动同时动作,紧急电路开启;控制器所用输出信号无效;控制器仍在运行和测量所用输入信号。莀蚇工作状态的转换:工作状态只能逐层上升。节(1)工作状态层次上升袁1)从紧急停机到停机蝿关闭紧急电路;建立液压工作压力;松开机械制动。蒇2)从停机到暂停芃启动偏航系统;变桨距系统激活;自动冷却系统开启。羀3)从暂停到运行膈核对是否处于上风向;叶尖扰流器收回或变桨距系统投入工作;根据风速判断发电机是否可以切入电网。***(2)工作状态层次下降,工作状态可越层下降莅1)紧急停机:打开紧急停机电路;置控制器所用信号为无效;机械制动作用。莂2)停机:停止自动偏航;实行空气动力制动;自动冷却停止;发电机脱网。薈3)暂停:发电机脱网;调节功率降到零;降低风轮转速到零。袈3、偏航控制膂偏航是根据运行工况和要求改变机舱轴线与来风方向的角度。偏航控制重要有自动偏航、手动偏航、90度侧风、自动解缆等方式。蒀1)自动偏航:当偏航系统收到中心控制器需要偏航的信号后,检测连续3分钟风向情况,若风向确定,同时机舱不处于对风的位置,松开偏航制动,启动偏航电动机运转,开始偏航对风程序,使风轮轴线与风向基本一致。肇2)手动偏航:操作人员通过顶部机舱控制机构、控制面板、远程控制界面实现偏航。莄3)90度侧风:在风轮过速或遭遇切出风速以上的大风时,为保证风力发电机组的安全,对机舱进行90度侧风处理。芃4)自动解缆:偏航系统自动累计偏航的角度,当累计偏航角度造成扭缆时自动解缆,或发出要求解缆的信号。蕿蒆第二节定桨距风电机组的控制膄一、机组的特性芅1、失速和制动羁定桨距风力发电机必需要解决的两个问题:膀1)在大风时风力机能自动限制从风中捕获的功率,使发电机电功率不超过额定值。袅2)在风电机组突然失去电网时,能自动制动,使风电机组能安全停机。肂解决第一个问题采用自动失速调节叶片,解决第二个问题采用叶尖扰流器。聿蕿自动失速原理:当风速增加时,合成气流的方向会发生变化,使翼型的攻角增大,超过临界较后,升力下降,阻力增加,是风轮旋转力矩下降。失速调节叶片的攻角沿轴向由根部向叶尖部逐渐减少,因而根部首先进入失速,随着风速增大,失速部分向叶尖扩展,原来失速的部分程度加深。失速的部分功率减少,未失速部分功率仍有增加,最终达到一个平衡,使机组输出功率维持在额定值附近。蚅2、安装角调整膃以上知道叶片失速主要地与风速有关。但风力发电机从风中获得的功率不仅与风速有关,还与风的密度有关。蒂如果风轮安装角保持不变,就有可能在风密度减小时,出现过早失速的现象。罿空气密度与温度有关,当温度变化±10度时,空气密度变化±4%。有必要根据空气密度的变化调整叶片安装角。莆3、双速发电机膅风力机有一个参数叫做叶尖速比:尖速比=叶尖速度/风速。薀每个风力机有一个最佳叶尖速比,在最佳叶尖速比下运行时,能获得最大风功率。蒈为了使风力机能从风中获得最大功率,需要根据风速调整风轮的