【正文】 功率的效果并不理想。為了改善低風(fēng)速時的風(fēng)輪氣動特性，采用了 Optitip 技術(shù)，即根據(jù)風(fēng)速的大小，調(diào)整發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比上，以優(yōu)化功率輸出。方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)輪起動。功率元件采用 IGBT 管 ， 一般通過查表獲 得調(diào)節(jié)信號 ： 風(fēng)速 5~7m/s， 風(fēng) 機工作于同步轉(zhuǎn)速以下(1100~1500RPM)； 風(fēng)速 7~9m/s 風(fēng)機 工作于同步轉(zhuǎn)速附近 (1500RPM)， 與一般風(fēng)機工作方式一 致 ； 風(fēng)速 9~15m/s， 風(fēng)機工作于同步轉(zhuǎn)速以上 (1500~1625RPM)； 風(fēng)速15~25m/s， 風(fēng)機 工作于負荷調(diào)節(jié)狀態(tài) ， 根據(jù)功率調(diào)節(jié)風(fēng)機行為 ， 電機允許轉(zhuǎn)速范圍為1600~1650RPM。值得指出的是發(fā)電狀態(tài)與電動狀態(tài)的 區(qū)別在于轉(zhuǎn)差 s 和功率流向的不同 ， 因而造成兩者在功率 (能量 )平衡上存在差別 (特別是轉(zhuǎn)子 能量 )。變速風(fēng)機要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨風(fēng)變化 ， 相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流頻率 Rf 是不定的。工業(yè)控制領(lǐng)域交流電動機調(diào)速技術(shù)在很多設(shè)備中 已有成熟應(yīng)用。針對這一點 ， 提出了 混合失速的風(fēng)機設(shè)計概念。對于功率調(diào)節(jié)速度 的反映取決于風(fēng)機槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈敏度。 風(fēng)輪機 的槳距控制系統(tǒng) ， 通常采用典型的 PID 轉(zhuǎn)速、功率和槳距角三 模 態(tài)控制。在定槳距 風(fēng)輪機 的基礎(chǔ)上加裝槳距調(diào)整環(huán)節(jié) ， 稱為變槳距 風(fēng)輪機 組。從設(shè)計的角度考慮 ，葉片的翼形難以做到在失速點之后功率恒定，通常都有些下降 ，因其發(fā)生在高風(fēng)速段 ，對發(fā)電量有一定影響。通常系統(tǒng)設(shè)計有兩個不同功率 、 不同極對數(shù)的異 步發(fā)電 機，以滿足不同風(fēng)速的要求。風(fēng)輪機吸 收的功率隨風(fēng)速不停地變化 ， 發(fā)電機工作于同步轉(zhuǎn)速附近 ， 而風(fēng)電機組的設(shè)計一般在額定功率時 風(fēng)輪的轉(zhuǎn)換效率 PC在最佳區(qū)段。但在實際應(yīng)用中 ， 它卻 受 到了 如 下 的 限制 ： （ 1）功率限制：由于 構(gòu)成電路的 所有 電氣元件 都受到了 功率限制 ； (2)轉(zhuǎn)速限制：由于 系統(tǒng)中的齒輪箱、電機 都 存在轉(zhuǎn)速的上 限。按 (21)式，尖速 比便可以在很寬范圍 內(nèi)變化 (取決于葉片設(shè)計 )，風(fēng)輪機捕獲風(fēng)力可以寫成 PP SC V??機械 (22) 式 中 P機械 是氣動功率 (W)； ? 是空氣密度 (kg/m3)； A 是掃掠面積 (m2)； PC 是風(fēng)輪機的功 率系數(shù)。 根據(jù)風(fēng)機葉片的空氣動力特性， 風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率 PC 是尖速比 λ 和槳矩 β 的函數(shù) ， 即? ?,PCf??? 。 下 面 概述 的風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)的各種 控制策略在國內(nèi) 外大中型 并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)力發(fā)電機中均有 應(yīng) 用。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機構(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)動油缸活塞推動變距機構(gòu)，使葉片節(jié)距角變化。這時，電機轉(zhuǎn)速受到電網(wǎng)頻率的牽制變化不大，主要取決于電機的轉(zhuǎn)差，電機的轉(zhuǎn)速控制實際上已轉(zhuǎn)為功率控制。當風(fēng)速達到起動風(fēng)速時，葉片向 0度方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對葉片產(chǎn)生一定的功角，風(fēng)輪開始起運。 風(fēng)力發(fā)電機組的變距控制原理 (1)變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的控制方式 風(fēng)力發(fā)電機組的變距系統(tǒng)主要包括兩種控制方式，即并網(wǎng)前的速度控制與并網(wǎng)后的功率控制?，F(xiàn)在恢復(fù)為 0176。 控制系統(tǒng)主要參數(shù) （ 1）主要技術(shù)參數(shù) ○ 1 主發(fā)電機輸出功率（額定） ? ?ePKW ○ 2 發(fā)電機最大輸出功率 ? ? KW ○ 3 工作風(fēng)速范圍 4 25 /ms? ○ 4 額定風(fēng)速 ? ?/eVms ○ 5 切入風(fēng)速（ 1min 平均值） 4/ms ○ 6 切出風(fēng)速（ 1min 平均值） 25/ms ○ 7 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 ? ?/minNr ○ 8 發(fā)電機并網(wǎng)轉(zhuǎn)速 1 0 0 0 / 1 5 0 0 2 0 / m inr? ○ 9 發(fā)電機輸出電壓 10%V? ○ 10 發(fā)電機發(fā)電頻率 50 Hz? ○ 11 并網(wǎng)最大沖擊電流（有效值） ○ 12 電容補償后功率因數(shù) ? （ 2）控制指標及效果 ○ 1 方式 專用微控制器 ○ 2 過載開關(guān) 690 ,660VA ○ 3 自動對風(fēng)偏差范圍 15?? ○ 4 風(fēng)力發(fā)電機組自動起、停機時間 60S XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 18 ○ 5 系統(tǒng)測量精度 %? ○ 6 電纜纏繞 圈自動解纜 ○ 7 自動解纜時間 55min ○ 8 手動操作響應(yīng)時間 5S (3)保護功能 ○ 1 超電壓保護范圍 連續(xù) ? ?30 eS U V ○ 2 欠電流保 護范圍 連續(xù) ? ?30 eS I A ○ 3 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速極限 40 /minr ○ 4 發(fā)電機轉(zhuǎn)速極限 1800 /minr ○ 5 發(fā)電機過功率保護值 連續(xù) ? ?60 eS P KW ○ 6 發(fā)電機過電流保護值 連續(xù) ? ?30 eS I A ○ 7 大風(fēng)保護風(fēng)速 連續(xù) 600 25 / minSr ○ 8 系統(tǒng)接地電阻 4? ○ 9 防雷感應(yīng)電壓 3500V 控制系統(tǒng)工作原理 [6] 主開關(guān)合上后，風(fēng)力發(fā)電機組控制器準備自動運作。 ○ 9 風(fēng)力發(fā)電機組塔架內(nèi)的懸掛電纜只允許扭轉(zhuǎn)177。跟風(fēng)控制跟風(fēng)范圍177。 ○ 6 風(fēng)力發(fā)電機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。 ○ 4 當風(fēng)速大于開機風(fēng)速要求風(fēng)力發(fā)電機組的偏航機構(gòu)始終能自動跟風(fēng)。停機后待風(fēng)速降低到大風(fēng)開機風(fēng)速時風(fēng)力發(fā)電機組又可自動并入電網(wǎng)運行。 （ 3）利用計算機智能控制實現(xiàn)機組的功率 優(yōu)化控制定槳距恒速機組主要進行軟切入、軟切出及功率因數(shù)補償控制對變槳距風(fēng)力發(fā)電機組主要進行最佳葉尖速比和額定風(fēng)速以上的恒功率控制。 ○ 5 接地保護：金屬部分均要實現(xiàn)保護接地。 （ 3）控制保護要求 ○ 1 主電路保護：變壓器低壓側(cè)三相四線進線處設(shè)置低 壓配電低壓斷路器→維護操作安全和短路過載保護。 ○ 8 偏轉(zhuǎn) 90 度對風(fēng)控制：機組在大風(fēng)速或超轉(zhuǎn)速工作時→降低風(fēng) 力發(fā)電機組的功率→安全停機。 ○ 4 緊急故障脫網(wǎng)停機 :緊急故障 (飛車、超速、負荷丟失等 )→緊急停機→偏航控制（ 90 度）→脫網(wǎng)→機械剎車 。保護環(huán)節(jié)為多級安全鏈互鎖在控制過程中具有“與”的功能在達到XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 控制目標方面可實現(xiàn)邏輯“或”結(jié)果。 風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求 風(fēng)力發(fā)電機組運行的控制要求 (1)控制思想 [3] ○ 1 定槳距失速型機組控制 風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機組額定風(fēng)速以上時，為確保風(fēng)力發(fā)電機組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組過載，通過空氣動力學(xué)的失速特性，使葉片發(fā)生失速，從而控制風(fēng)力發(fā)電機組的功率輸出。往往不是控制系統(tǒng)功能而是它的可靠性直接影響風(fēng)力發(fā)電機組的聲譽。 ○ 9 發(fā)電機額定溫升 發(fā)電機在額定功率輸出及額定負載下定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組允許的最高溫度與額定入口風(fēng)溫的差值。 ○ 7 額定頻率 發(fā)電機額定運行時其電壓變化的頻率。永磁交流發(fā)電機等。單位為XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 KW；也有用視在功率表示的單位為 KVA。風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速也是風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計的重要參數(shù)之一。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 sn 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 之間的差為轉(zhuǎn)差 ， 轉(zhuǎn)差n 與同步轉(zhuǎn)速 sn 的比值稱為轉(zhuǎn)差率用 S 表示 ? ? ss nnnS /?? (122) 轉(zhuǎn)差率是表證異步機運行狀態(tài)的一個基本變量。 異步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機的一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。本論文的研究對象中使用也是異步發(fā)電機 ， 下面我們對異步機做以下的簡單介紹。 發(fā)XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 電機的性能 好壞直接影響整機效率和可靠性。 風(fēng)力發(fā)電機特性系數(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。 風(fēng)力發(fā)電機的基礎(chǔ)理論 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 貝茨 (Betz)理論 世界上第一個關(guān)于風(fēng)輪機風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的比較完整的理論是 1919年由 A178。 （ 11）電纜扭纜計數(shù)器 電纜 是 用來將電流從風(fēng)電機運載到塔下 的重要裝置 。通常在風(fēng)改變其方向時 ， 風(fēng)電機一次只會偏轉(zhuǎn)幾度。目前世界各國所采用的調(diào)速裝置主要有以下幾種： ○ 1 可變漿距 的 調(diào)速裝置； ○ 2 定漿距葉尖失速控制 的 調(diào)速裝置； ○ 3 離心飛球調(diào)速裝置； ○ 4 空氣動力調(diào)速裝置； ○ 5 扭頭、仰頭調(diào)速裝置。 （ 7）塔架 塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機的支架。 風(fēng)力發(fā)電機上常用的發(fā)電機有以下幾種： ① 直流發(fā)電機，常用在微、小型風(fēng)力發(fā)電機上。 （ 6）發(fā)電機 發(fā)電機是風(fēng)力發(fā)電機組中最關(guān)鍵的部件， 是將風(fēng)能最終轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備。由于風(fēng)輪機工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機工作在高轉(zhuǎn)速下，為實現(xiàn)匹配采用增速齒輪箱。 輪轂是連接葉片和主軸的零部件。 (2)風(fēng)輪 葉片安裝在輪轂上稱作風(fēng)輪 ， 它包括葉片、輪轂、主軸等。而生產(chǎn)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的國家很少，主要原因是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機效率低，需啟動設(shè)備，同時還有些技術(shù)問題尚待解決。 風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與組成 風(fēng)力發(fā)電機的分類 [5] 風(fēng)力發(fā)電機組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量分可分為：小型（ 10kw 以下）、中型（ 10— 100kw）和大型（ 100kw 以上）風(fēng)力發(fā)電機組。因此需要求出在一段時間內(nèi)的平均風(fēng)能密度 ， 這個值可以將風(fēng)能密度公式對時間積分后平均來求得。通過它可以得知當?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。風(fēng)速是表示風(fēng)移動的速度即單位時間內(nèi)空氣流動所經(jīng)過的距離。 的夾角 ， 因此對地球上不 同地點太陽照射角度是不同的 ，而且對 同一地點一年中這個角度也是變化的。 風(fēng)資源及風(fēng)輪機 概述 風(fēng)資源概述 （ 1）風(fēng)的起源 風(fēng)的形成乃是空氣流動的結(jié)果。 （ 7）實際占地面積小 發(fā)電機組與監(jiān)控、變電等建筑僅占火電廠 1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用。 （ 4）可靠性高 把現(xiàn)代高科技應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機組使 其 發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風(fēng)力發(fā)電機組可靠性從 80 年代的 50%提高到了 98%，高于火力發(fā)電且機組壽命可達 20 年?？諝饬鲃拥膭幽茏饔迷谌~輪上 ， 將動能轉(zhuǎn)換成機械能 ， 從而推動 片 葉旋轉(zhuǎn) ， 如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相連就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。 田 敏 2020 年 6月 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 第一章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理 風(fēng)力發(fā)電的基本原理 風(fēng)力發(fā)電的基本原理 風(fēng)能具有一定的動能，通過風(fēng)輪機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能 ， 拖動發(fā)電機發(fā)電。 本篇論文主要是通過 PSCAD/EMTDC 仿真軟件，建立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風(fēng) 力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對自建的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進行仿真分析，利用運行模塊進行 EMTDC 模擬計算，驗證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對模擬結(jié)果進行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報告的模擬結(jié)果圖形。但由于對運行工況的認識不足，對變 槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計不能滿足風(fēng)力發(fā)電機組正常運行的要求，更達不到優(yōu)化功率曲線和穩(wěn)定功率輸出的要求。隨著風(fēng)力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 引 言 隨著 世界工業(yè)化進程的不斷加快，使得