【正文】 和短路過載保護(hù)。 ○ 5 接地保護(hù)：金屬部分均要實現(xiàn)保護(hù)接地。 （ 3）利用計算機(jī)智能控制實現(xiàn)機(jī)組的功率優(yōu)化控制定槳距恒速機(jī)組主要進(jìn)行軟切入、軟切出及功率因數(shù)補(bǔ)償控制對變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要進(jìn)行最佳葉尖速比和額定風(fēng)速以上的恒功率控制。停機(jī)后待風(fēng)速降低到大風(fēng)開機(jī)風(fēng)速時風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又可自動并入電網(wǎng)運行。 ○ 4 當(dāng)風(fēng)速大于開機(jī)風(fēng)速要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航機(jī)構(gòu)始終能自動跟風(fēng)。 ○ 6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖閘除非在脫網(wǎng)瞬間、超速和斷電時釋放起平穩(wěn)剎車作用。跟風(fēng)控制跟風(fēng)范圍177。 ○ 9 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架內(nèi)的懸掛電纜只允許扭轉(zhuǎn)177。 異步發(fā)電機(jī)基本原理 （ 1） 異步發(fā)電機(jī)基本原理 發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最關(guān)鍵的零部件， 是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。 由于風(fēng)電場的特殊性 ， 它的并網(wǎng)和解列 的 操作十分頻繁 ， 而且由于投資成本的限制以及管理、維修等方面的優(yōu)點 ， 現(xiàn)在大多數(shù)的大型風(fēng)電場都采用異步發(fā)電機(jī)作為主力機(jī)型。但由于異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單價格便宜堅固耐用維修方便啟動容易并網(wǎng)簡單等特點在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。通常異步機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于或略高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。 （ 2）異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參數(shù) ○ 1 風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速 風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速是風(fēng)輪在額定風(fēng)速時的轉(zhuǎn)速。它是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。交流發(fā)電機(jī)分同步和異步交流發(fā)電機(jī)、異步交流發(fā)電機(jī)也稱感應(yīng)交流發(fā)電機(jī)。 ○ 6 發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 發(fā)電機(jī)在額定功率運行時的轉(zhuǎn)速用 minr 表示。 ○ 8 發(fā)電機(jī)額定勵磁電流 發(fā)電機(jī)在額定運行時的勵磁電流。首先系統(tǒng)初始化檢查控制程序、微控制器硬件和外設(shè)、傳感器來的脈沖及比較所選的操作參數(shù)備份系統(tǒng)工作表，接著就正式起運。風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動。由于異步發(fā)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速是嚴(yán)格對應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實現(xiàn)的。風(fēng)輪從起運到額定轉(zhuǎn)速，其葉片的節(jié)距角隨轉(zhuǎn)速的升高是一個連續(xù)變化的過程。為了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時通過轉(zhuǎn)子電流控制器對電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速?；钊奈灰品答佇盘栍晌灰苽鞲衅鳒y量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。 風(fēng)輪機(jī) 的 氣動特性 [8] 風(fēng)輪機(jī) 通過葉片捕獲風(fēng)能 ， 將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為作用在輪轂上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。典型 PC 與 ? 和 ?的關(guān)系可用圖 23來表示。 由 (22)式 可知 ，風(fēng)機(jī)整體設(shè)計和相應(yīng)的運行控制策略應(yīng) 在追求 PC 最大 的情況 下進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)整，便可增加其輸出功率。 因而風(fēng)輪機(jī)的運行存在三個典型區(qū)： 在低風(fēng)速段，按 恒定 PC 途徑控制風(fēng)輪機(jī)直到轉(zhuǎn)速達(dá)到極限 ； 然后按恒 定轉(zhuǎn)速控制風(fēng)輪機(jī) ，直到功率最大 ； 功率最大后，風(fēng)輪機(jī) 按恒定功率控制。當(dāng)風(fēng)速超過額定 風(fēng)速時 ， 為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定 ， 必須通過 葉片失速效應(yīng) 特性來 降低 PC 值 ， 以 維持 輸出 功率 的 恒定。大功率高轉(zhuǎn)速的異步發(fā)電機(jī)工作于高風(fēng)速區(qū) ，小功率低轉(zhuǎn)速的 異步 發(fā)電機(jī)則 工作于低風(fēng)速區(qū)， 由此來調(diào)整尖速比 ? ，實現(xiàn)追求 PC 最大下的整體運行控制。風(fēng)機(jī)采用異步發(fā)電技術(shù)，存在功率流向的不確定 性 ，發(fā)電機(jī)可能低于同步轉(zhuǎn)速運行，也可能工作在同步轉(zhuǎn)速之上。變槳距風(fēng)力發(fā) 電 機(jī)組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動特性 ， 主要依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來進(jìn)行調(diào)節(jié)。速度控制和直接 槳距控制常用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動、停止和緊急事故處理。在實際應(yīng)用中 ， 由于功率與風(fēng)速的三次方成正比 ， 風(fēng)速 的較小變化將造成風(fēng)能較大變化 ， 風(fēng)機(jī)輸出功率 處于不斷變化中。即仍然發(fā)揮葉片的失速效應(yīng) ， 在失速點之前進(jìn)行槳距調(diào)整 ， 即便槳 距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來不及動作通 過葉片的失速效應(yīng)發(fā)揮作用也不會造成風(fēng)機(jī)的瞬時過載。同樣 ， 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小和相位 (RCC)從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ， 進(jìn)而 實現(xiàn)追求 PC 最優(yōu)和無功功率的平衡。轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度為 Mf ， 使 得定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率E M Rf f f??。在實際應(yīng)用中 ， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速與風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系不必完全覆蓋風(fēng)速的范圍 ， 電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為 1100~1700RPM， 僅有部分超同 步范圍。 變槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng) [2] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài) 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）、欠功率控制（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制）。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)以前，變距系統(tǒng)的 節(jié)距給定值由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號控制。 （ 3） 額定功率狀態(tài) 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)。因此，為了優(yōu)化功率曲線，最新設(shè)計的變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行功率控制的過程中，其功率反饋信號不再作為直接控制槳葉節(jié)距的變量。 節(jié)距的給定參考值由控制器根 據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)給出。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變成電壓信號控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動液壓缸活塞，推動變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速177。風(fēng)輪在空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速。 （ 4）速度控制器 B 發(fā)電機(jī)切入電網(wǎng)后，速度控制系統(tǒng) B 作用。如果風(fēng)速和功率輸出一直低于額定值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率將降低到 2%，節(jié)距控制將根據(jù)風(fēng)速調(diào)整到最佳狀態(tài)，以優(yōu)化葉尖速比。 功率控制 為了有效地控制高速變化的風(fēng)速引起的功率波動，新型的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用了 RCC（ Rotor Current Control）技術(shù)，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技 術(shù)。內(nèi)環(huán)是一個功率伺服環(huán)，它通過轉(zhuǎn)子電流控制器（ RCC）對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，使發(fā)電機(jī)功率跟蹤功率給定值。在額定功率時，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率能夠從 1%到 10%（ 1515 到 1650 minr ）變化，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子平均電阻從 0 到 100%變化。 39。2RS不變，電磁轉(zhuǎn)矩 eT 就可以不變，發(fā)電機(jī)的功率可保持不變。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動風(fēng)速時槳葉向 0176。 （ 1） 槳距角控制輸入量模型 根據(jù)控制選擇器來選擇異步發(fā)電機(jī)的有功功率反饋值或給定值為槳距角控制功率的輸入量。貝茨理論的建立依據(jù)的假設(shè)條件是假定風(fēng)輪是理想的，能全部接受風(fēng)能并且沒有輪轂，葉片是無限多，對氣流沒有任何阻力。 如果假設(shè)空氣是不可壓縮的，由連續(xù)條件可得 VVSSVVS ??? 2211 (41) 由流體力學(xué)可知氣流的動能為 mvT ? (42) 設(shè)單位時間內(nèi)氣流流過載面積為 s 的氣體的體積為 V，則 svV? 。貝茨理論說明理想的風(fēng)能對風(fēng)輪葉片做功的最高效率是％。 （ 3）轉(zhuǎn)矩系數(shù) TC 和推力系數(shù) FC 為了便于把氣流作用下的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和推力進(jìn)行比較常 以 ? 為變量作成轉(zhuǎn)矩和推力的變化曲線 ， 因此轉(zhuǎn)矩和推力也要無因次化。當(dāng)有緊急情況需要停機(jī)時，通過變槳機(jī)構(gòu)可以使槳葉迅速調(diào)節(jié)到順槳位置，起到氣動剎車的作用，使發(fā)電機(jī)組迅速停下來。 額定風(fēng)速以上，調(diào)節(jié)槳距角限制風(fēng)力機(jī)接受的風(fēng)能的增大，限制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，通過改變槳距角來跟蹤相應(yīng)的速度給定值。 當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率，則無相應(yīng)的動作。 伺服驅(qū)動器與電機(jī)型號都與偏航控制電路所選類型相 同，因此電路圖如圖 42所示。設(shè)計中測風(fēng)感器采用的 Thies Clima 公司測風(fēng)傳感器，風(fēng)向傳感器型號： 。設(shè)計中采用了 絕對值編碼器 ，選型為 HEIDENHAIN 公司 ROQ425 的絕對型多轉(zhuǎn)編碼器。現(xiàn)場層由變頻器、偏航電機(jī)、風(fēng)向傳感器及電磁閥等組成，完成物理量的檢測與變送、接收并執(zhí)行控制量、實現(xiàn)對偏航電機(jī)的控制。 控 制 器C X 1 0 2 0 0 0 0 0電 源 模 塊C X 1 1 0 0 0 0 0 2數(shù) 字 量 輸 入 模 塊K L 1 4 0 8數(shù) 字 量 輸 出 模 塊K L 2 1 3 4現(xiàn) 場 總 線 主 站 接 口C X 1 5 0 0 M 3 1 0總 線 末 端 模 塊K L 9 0 1 0手 動 控 制 狀 態(tài) 顯 示編 碼 器 接 口 模 塊K L 5 0 0 1數(shù) 字 量 輸 出 模 塊K L 2 1 3 4總 線 耦 合 器B K 3 1 5 0總 線 末 端 模 塊K L 9 0 1 0位 置 編 碼 器 接 觸 器模 擬 量 輸 入 模 塊K L 3 1 2 2風(fēng) 向 、 風(fēng) 速傳 感 器安 全 總 線 端 子 模 塊K L 1 9 0 4故 障 檢 測 裝 置控 制 對 象變 頻 器 異 步 電 機(jī)P r o f i b u s D P 通 信P r o f i b u s D P 通 信中 央 監(jiān) 控 計 算 機(jī)工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 圖 偏航控制平臺 結(jié)構(gòu)圖 為了使偏航系統(tǒng)達(dá)到很好的控制效果，為避免在不同的風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動而造成整機(jī)的共振，設(shè)計中選用的變頻器，實現(xiàn)了在不同風(fēng)速下的變頻控制，風(fēng)速與頻率對應(yīng)的關(guān)系曲線如圖 圖 風(fēng)速與頻率對應(yīng)的關(guān)系曲線 設(shè)計中選用了 SINAMICS G120 變頻器，該變頻器是一個由多種不同功能單元組成的模塊化變頻器。由于在偏航系統(tǒng)中采用 Bonfiglioli 公司 4個 100LB 電磁抱閘一體化的三相異步電動機(jī)，額定電流為 。 同時，根據(jù)設(shè)計要求以及制動電阻的選型手冊，選用了選型為 6SE64004BD165CA0 的制動電阻。 圖 自動潤滑系統(tǒng)原理圖 偏航驅(qū)動裝置包括偏航電機(jī)和偏航減速齒輪機(jī)構(gòu)。附加的電磁剎車手動釋放裝置，在需要時可將手柄抬起剎車釋放。 交流22 0 VFU4偏航潤滑電機(jī)～液壓泵溢流閥潤滑油氈齒輪油箱偏航軸承油脂分配器油脂分配器QF4K2電磁閥 K3 電磁閥 K4為了保證風(fēng)力機(jī)停止偏航時不會因葉片受風(fēng)載荷而被動偏離風(fēng)向的情況，風(fēng)力機(jī)上多裝有偏航制動器 ,在設(shè)計中采用了電磁抱閘制動和液壓制動兩套制動系統(tǒng)，以防止停止偏航時機(jī)艙被動偏離風(fēng)向。剎車閘為液壓卡鉗形式，在偏航剎車時，電磁 K1 關(guān)閉，先導(dǎo)溢流閥。制動器在液壓驅(qū)動管路上一般裝有一個預(yù)壓閥，以使在松閘狀態(tài)時，制動液壓缸仍保持有很小的壓力，使偏航過程中仍有一定的阻力，以保證偏航的穩(wěn)定性。 為了得到對稱的驅(qū)動扭矩，在設(shè)計中用四臺電機(jī)驅(qū)動偏航系統(tǒng)。偏航時，電磁剎車通電，剎車釋放。針對軸承的潤滑，設(shè)計了自動潤滑系統(tǒng)，其由潤滑泵、油脂分配器、潤滑小齒輪、潤滑管等組成如圖，主要用于偏航軸承滾道及齒面的潤滑，潤滑系統(tǒng)原理圖如圖 所示。 4=， 考慮 倍的裕量 i=179。在設(shè)計中選用 CU240S DPF 型號的控制單元 。控制器和通訊模塊配置數(shù)量如表 。網(wǎng)絡(luò)層通過TCP/IP 協(xié)議可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、資源共享及網(wǎng)絡(luò)化 。 由于風(fēng)力機(jī)總是選擇最短距離最短時間內(nèi)偏航對風(fēng)，由于風(fēng)向的變化隨意性，風(fēng)力機(jī)有可能長時間往一個方向偏航對風(fēng)，這樣就會造成電纜的纏繞，如果纏繞圈過多，超過了規(guī)定值，將造成電纜的損壞。 偏航檢測機(jī)構(gòu) 風(fēng)向信號作為偏航控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的輸入信號，對其準(zhǔn)確的測量將影響整個控制系統(tǒng)的性能。此時控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制 。 變槳距控制電路設(shè)計 變 槳 距是指安裝在輪轂上的葉片通過控制可以改變其槳距角的大小 ，通過伺服驅(qū)動器控制伺服電機(jī)，伺服電機(jī)連接齒輪，從而完成調(diào)節(jié) 調(diào)整 槳 距 角的大小。并網(wǎng)成功后，由變換器返回一個并網(wǎng)成功信號給主控制器。當(dāng)發(fā)電機(jī)組需要脫網(wǎng)時，可以先轉(zhuǎn)動葉片使之減小功率。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性系數(shù) 貝 茨理論提供了風(fēng)能的基本理論，但在討論風(fēng)輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換與控制時有幾個特性系數(shù)具有特別重要的意義。 從風(fēng)能公式可以看出風(fēng)能的大小與氣流密度和通過的面積成正比，與氣流速度成正比，其中 ? 和 v 隨地理位置、海拔、地形等因素而變。 如圖 13 所示，我們分析一個放置在移動的空氣中的“理想風(fēng)輪”葉片上所受到的力及移動的空氣對風(fēng)輪葉片所做的功。 4 變槳程序設(shè)計 變槳系統(tǒng) 的基礎(chǔ)理論 貝茨 (Betz)理論 世界上第一個關(guān)于風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的比較完整的理論是 1919 年由A178。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入額定功率狀態(tài)，將轉(zhuǎn)速控制切換為功率控制，變距系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機(jī)的功率信號進(jìn)行控制。 RCC 控制單元有效地減少了變槳距機(jī)構(gòu)的動作頻率及動作幅度，使得發(fā)電機(jī)的輸出功率保持平衡，實現(xiàn)了變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在額定風(fēng)速以上的額定功率輸出，有效地減少了風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)速的變化而造成的對電網(wǎng)的不良影響。2R — 折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻； X? 折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏抗。 圖 213 轉(zhuǎn)子電流控制器原理圖 從電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式來說明轉(zhuǎn)子電阻與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的關(guān)系。 （ 2）轉(zhuǎn)子電流控制器原理 [8] 轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式 PI 控制器和一個等效變阻器構(gòu) 成。 （ 1） 功率控制系統(tǒng) 功率控制系統(tǒng)如圖 212所示，它由兩個控制環(huán)節(jié)組成。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。在達(dá)到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。線性的減小到 5176。 控制器包含著常規(guī)的 PD控制器和 PI控制器，接著是節(jié)距角的非線性化環(huán)節(jié)，通過非線性化處理，增益隨節(jié)距角的增加而減小，以此補(bǔ)償由于轉(zhuǎn)子空氣動力學(xué)產(chǎn)生的 非線性，因為當(dāng)功率不變時，轉(zhuǎn)矩對