【正文】 緊急停機(jī)狀態(tài)。以便轉(zhuǎn)速迅速降下來。 由于風(fēng)速過高引起的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組退出電網(wǎng)有以下幾種情況： 1）風(fēng)速高于 25m/s，持續(xù) 10min?？稍O(shè)置為：當(dāng)發(fā)電機(jī)出力持續(xù) 10min 大于額定功率的 15%后，正常停機(jī)；當(dāng)功率持續(xù) 2s 大于額定功率 50%，安全停機(jī)。 一般說來，功率過高現(xiàn)象由兩種情況引起：一是由于電網(wǎng)頻率波動引起的。功率低于 sP 時(shí)由晶閘管通路向電網(wǎng)供電，這時(shí)輸出電流不大，晶閘管可連續(xù)工作。脫網(wǎng)動作過程如下：斷開發(fā)電機(jī)接觸器，斷開旁路接觸器，不釋放葉尖擾流器，不投入機(jī)械剎車。冷卻系統(tǒng)不僅直接帶走了風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部的熱量，同時(shí)通過熱交換器帶走齒輪潤滑油的熱量，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙可以設(shè)計(jì)成密封型。以防止大溫差引起發(fā)電機(jī)繞組表面的冷凝。當(dāng)溫度高于 150～ 160℃時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將會因溫度過高而停機(jī)。但油溫加熱器與箱外冷卻系統(tǒng)并非缺一不可。正常運(yùn)行時(shí)，潤滑油泵始終工作，對齒輪和軸承進(jìn)行強(qiáng)制噴射潤滑。 （四） 各種反饋信號的檢測 控制器在以下指令發(fā)出后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)收到動作已執(zhí)行的反饋信號： ①回收葉尖擾流器； ② 松開機(jī)械剎車； ③ 松開偏航制動器； ④ 發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)及脫網(wǎng)后 的轉(zhuǎn)速降落 信號。 在機(jī)械剎車系統(tǒng)中裝有剎車片磨損指示器，如果剎車片磨損到一定程度，控制器顯示故障信號，這時(shí)必須更換剎車片后才能啟動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。當(dāng)風(fēng)力機(jī)向一個(gè)方向持續(xù)偏航達(dá)到設(shè)定值時(shí)，表示電纜已被扭轉(zhuǎn)到危險(xiǎn)的程度，控制器將發(fā)出停機(jī)指令并顯示故障。 由于發(fā)電機(jī)電纜及其所有電氣、通信電纜均從機(jī)艙直接引入塔筒，直到地面控制柜。傳感器由一個(gè)與微動開關(guān)相連的鋼球及其支撐組 成。 有 8 個(gè)點(diǎn)的溫度被測量，用于反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)的工作狀況。 （三） 機(jī)組狀態(tài)參數(shù)檢測 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的測量點(diǎn)有兩個(gè)：即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。一般采用兩個(gè)風(fēng)向標(biāo)，以便互相校驗(yàn)，排除可能產(chǎn)生的誤信號。 （二）風(fēng)力參數(shù)的監(jiān)測 風(fēng)速通過機(jī)艙外邊的數(shù)字式風(fēng)速儀測得。補(bǔ)償后，發(fā)電機(jī)組接觸器上電流應(yīng)大于主接觸器電流。為此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用了電容器補(bǔ)償無功功率。 電網(wǎng)頻率直接影響發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而影響發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)出力。并網(wǎng)期間，通過電流測量可檢測發(fā)電機(jī)或晶閘管的短路及三相電流不平衡信號。電流短路保護(hù)采用斷路器，動作電流按照發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路電流整定，動作時(shí)間 0～ 。 （ 2） 三相不對稱 三相中有一相電流與其他兩相相差過大，相電流相差25%，或者在平均電流低于 50A時(shí)，相電流相差 50%。機(jī)械剎車機(jī)構(gòu) 功 率控制 發(fā)電機(jī)起動與切換控制 顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)和故障情況 主控制器 發(fā)生電壓故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須退出電網(wǎng)，一般采取正常停機(jī)，而后根據(jù)情況進(jìn)行處理。這些參數(shù)無論風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是處于并網(wǎng)狀態(tài)還是脫網(wǎng)狀態(tài)都被監(jiān)測，用于判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 啟動條件、工作狀態(tài)及故障情況，還用于統(tǒng)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有功功率、無功功率和總發(fā)電量。避免了各類傳感器和航內(nèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與地面主控制器之間大量的通訊線路及控制線路。 6）在機(jī)組運(yùn)行過程中，能對電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測和記錄，對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 2）根據(jù)功率及風(fēng)速大小自動進(jìn)行轉(zhuǎn)速和功率控制。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)與定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)的根本區(qū)別在于，變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是把風(fēng)信號作為控制系統(tǒng)的輸入變量來運(yùn)行和功率控制的 。 20 世紀(jì) 90 年代后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性已經(jīng)不是問題，變矩風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組開始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場。 20 世紀(jì) 80 年代中期開始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場的定漿矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問題和運(yùn)行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自 動解纜技術(shù)，這些都是并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要解決的最基本的問題。 ○ 9 發(fā)電機(jī)額定溫升 發(fā)電機(jī)在額定功率輸出及額定負(fù) 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(jī)額定運(yùn)行時(shí)其電壓變化的頻率。永磁交流發(fā)電機(jī)等 。單位為 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(jī)設(shè)計(jì)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(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)基本變量。 異步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機(jī)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(jī)，下面我們對異步機(jī)做以下的簡單介紹。 發(fā)電機(jī)的性能好壞直接影響整機(jī)效率和可靠性。 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(shí)有幾個(gè)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(gè)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(jī)的基礎(chǔ)理論 貝茨 (Betz)理論 世界上第一個(gè)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A （ 11）電纜扭纜計(jì)數(shù)器 電纜 是 用來將電流從風(fēng)電機(jī)運(yùn)載到塔下 的重要裝置 。通常在風(fēng)改變其方向時(shí) ， 風(fēng)電機(jī)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(jī)的支架。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)上常用的發(fā)電機(jī)有以下幾種： ① 直流發(fā)電機(jī)，常用在微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。 （ 6）發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)工作在低轉(zhuǎn)速下，而發(fā)電機(jī)工作在高轉(zhuǎn)速下，為實(shí)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(jī)的國家很少，主要原因是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)效率低，需啟動設(shè)備，同時(shí)還有些技術(shù)問題尚待解決。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總體結(jié)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類 風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)組。因此需要求出在一段時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)能密度，這個(gè)值可以將風(fēng)能密度公式對時(shí)間積分后平均來求得。通過它可以得知當(dāng)?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(shí)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(diǎn)太陽照射角度是不同的 ， 而且對同一地點(diǎn)一年中這個(gè)角度也是變化的。 風(fēng)資源及風(fēng)輪機(jī)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(shí)際占地面積小 發(fā)電機(jī)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(jī)組使其發(fā)電可靠性大大提高，中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性從 80 年代的 50%提高到了 98%，高于火力發(fā)電且機(jī)組壽命可達(dá)20 年?？諝饬鲃拥膭幽茏饔迷谌~輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)軸相連就會帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。 第二章 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(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，專家們認(rèn)為我國風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量至少應(yīng)達(dá)到一億 kW。在我國的能源結(jié)構(gòu)中，雖然煤的比例最大，但可開采量有限，并帶來環(huán)境、交通等諸多問題。我國酸雨區(qū)域在迅速的擴(kuò)大，已超過國土面積的 40%。 能源生產(chǎn)利用對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的損害，是中國環(huán)境問題的核心。國內(nèi)如果采用該項(xiàng)技術(shù)，需對現(xiàn)有的火力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行一次徹底的改造，則火力發(fā)電的建設(shè)成本將增加30%，上網(wǎng)電價(jià)可能達(dá)到 元 /kW國內(nèi)可以制造的其他主要部件包括漿葉、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙、主軸、塔架、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，為我國大型風(fēng)力風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。 2021 年 10月，全世界發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量突破了 20210MW，其中當(dāng)年新增容量達(dá)到 500MW，此后，世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量每年以高于 25%的速度遞增，直至今年，全世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量已突破 100GW。因此，對可再生能源的開發(fā)利用，特別是對風(fēng)能的開發(fā)利用，已受到世界各國的高度重視。常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，它不僅資源有限，而且造成了嚴(yán)重的大氣污染。 近 20年來，發(fā)達(dá)國家在風(fēng)能的開發(fā)利用方面已取得了驚人的成就， 20世紀(jì) 80 年代問世的現(xiàn)代并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，只經(jīng)過幾年的發(fā)展便迅速實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化，到 90 年代 中期已形成了一個(gè)規(guī)模巨大的風(fēng)力機(jī)工業(yè)。近 10年來，國內(nèi)在新疆、內(nèi)蒙、廣東、浙江、遼寧等地利用外國機(jī)組建立 了 26 個(gè)風(fēng)電場，總裝機(jī)容量約 400MW，與此同時(shí)國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開發(fā)也取得了一定的成果，其中包括“八五”期間開發(fā)成功的 200kW/250kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和在“九五”期間開發(fā)的 600kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并成功開發(fā)了并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的當(dāng)?shù)乜刂坪瓦h(yuǎn)程控制系統(tǒng)，使大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)得到了解決。 h） 由于火力發(fā)電廠每年向大氣排放數(shù)百億噸的有害氣體，給全球環(huán)境造成了極大的污染，目前發(fā)達(dá)國家已經(jīng)采用煤的潔凈燃燒技術(shù)。 h，如果國家能在政策上給予強(qiáng)有力的支持，風(fēng)力發(fā)電與常規(guī)能源發(fā)電相比在上網(wǎng)電價(jià)上有一定的競爭能力。 1997 年我國 2SO 排放總量為 2346 萬噸。用風(fēng)力發(fā)電，可減少常規(guī)能源的消耗，從而減少 2CO 、 2SO 的排放 ，對保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡，改善能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。 根據(jù)在本世紀(jì)中葉我國國民經(jīng)濟(jì)達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平的目標(biāo)，我國的發(fā)電能力應(yīng)達(dá)到人均 1kW，即 15億 kW。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 本設(shè)計(jì)主要任務(wù)是介紹風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本工作原理，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的基本類型和控制要求，定漿矩風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)也對風(fēng)電對環(huán)境的影響作了一下簡要分析， 由于本人的理論水平及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所限、編寫時(shí)間倉促，書中錯誤疏漏之處難免，敬請老師不咎指正。 風(fēng)力發(fā)電的原理說起來非常簡單，最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉片和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成如圖 11 所示。 （ 3）裝機(jī)規(guī)模靈活 可根據(jù)資金情況決定一次裝機(jī)規(guī)模，有一臺資金就可以安裝一臺投產(chǎn)一臺。 （ 6）運(yùn)行維護(hù)簡單 現(xiàn)代中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動化水平很高，完全可以在無人職守的情況下正常工作，只需定期進(jìn)行必要的維護(hù)，不存在火力發(fā)電的大修問題。另外風(fēng)況是不穩(wěn)定的，有時(shí)無風(fēng)有時(shí)又有破壞性的大風(fēng)，這都是風(fēng)力發(fā)電必須解決的實(shí)際問題。由于地球自 轉(zhuǎn)軸與圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軸之間存在 66． 5176。風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向 ， 如果風(fēng)是從東 方吹來就稱為 東 風(fēng)。 風(fēng)玫瑰圖是一個(gè)給定地點(diǎn)一段時(shí)間 內(nèi)的風(fēng)向分布圖。 由于風(fēng)速是一個(gè)隨機(jī)性很大的量，必須通過一段時(shí)間的觀測來了解它的平均狀況，一個(gè)地方風(fēng)能潛力的多少要視該地常年平均風(fēng)能密度的大小。但應(yīng)用最廣的還是前兩種類型的風(fēng)輪機(jī)。它的主要機(jī)械部件都在機(jī)艙中，如主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、液壓系統(tǒng)及調(diào)向裝置等。 (1)機(jī)艙 機(jī)艙包 含 著風(fēng) 力發(fā) 電機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備 ， 包括齒輪箱、發(fā)電機(jī) 等 。 葉片可分為變漿距和定漿距兩種葉片，其作用都是為了調(diào)速，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的額定風(fēng)速時(shí)，在風(fēng)輪上就要采取措施，以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率不會超過允許值。 （ 3）增速器 增速器就是齒輪箱，是風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組關(guān)鍵部件之一。 （ 5）制動器 制動器是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動的裝置，也稱剎車。然后電流通過風(fēng)電機(jī)旁的變壓器（或在塔內(nèi)） ，電壓被提高至 13 萬伏 ， 這取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。 ③ 同步或異步交流發(fā)電機(jī)，它的電樞磁場與主磁場不同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速略低，當(dāng)并網(wǎng)時(shí)轉(zhuǎn)速應(yīng)提高。為了使風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)所需要額定轉(zhuǎn)速下的裝置稱為調(diào)速裝置，調(diào)速裝置只在額定風(fēng)速以上時(shí)調(diào)速。偏航裝置由電子控制器操作 ， 電子控制器可以通過風(fēng)向標(biāo)來感覺風(fēng)向。風(fēng)電場的機(jī)組群可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理、互相通信，出現(xiàn)故障的風(fēng)機(jī)會在微機(jī)總站的微機(jī)終端和顯示器上讀出、調(diào)出程序和修改程序等，使現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無人職守的自動控制。風(fēng) 力發(fā) 電機(jī)還會配備有拉動開關(guān)在電纜扭曲太厲害時(shí)被激發(fā) ，斷開裝置或剎車停機(jī)，然后解纜 。而空氣流是連續(xù) 的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的 (或稱為是平行風(fēng)輪軸線的 )，滿足以上條件的風(fēng)輪稱為“理想風(fēng)輪”。 如果以 ? 表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量 svm ??