【正文】 (2)選擇開關(guān) StoT 控制模型及參數(shù) 圖 314 異步發(fā)電機(jī)模型 選擇開關(guān) StoT 控制是用于 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制選擇的控制器， 選擇開關(guān)模型是當(dāng)選擇 1 時(shí)，異步發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)選擇 0 時(shí)，異步發(fā)電機(jī)由輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩控制。 ○ 4 隨機(jī)噪聲風(fēng) vwN輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 圖 37 陣行風(fēng)輸入?yún)?shù) 圖 38 漸變風(fēng)輸入?yún)?shù) 用于描述在指定高度風(fēng)速變化的隨機(jī)噪聲風(fēng)的特性是由許多諧波組成的， 根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)可以給出其 噪聲分量數(shù)為 50 個(gè)， 如圖 39 所示。 （ 3）漸變風(fēng) wRV wRV 用于 描述風(fēng)速的逐漸的變化 ， 在 四 個(gè)時(shí)間區(qū)段內(nèi)有不同風(fēng)速 ， 漸變風(fēng)變化過程 如圖 33 所示。其各部分的參數(shù)如下所示。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(hào)進(jìn)行控制。 （ 2）選擇器 A、 B端輸入?yún)?shù)： A端輸入變量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 w； B端輸入常數(shù) 1。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 。 （ 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(gè)等效變阻器構(gòu)成。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。線性的減小到 5176。 （ 3）速度控制器 A 轉(zhuǎn)速控制器 A在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)或從待機(jī)狀態(tài)重新起動(dòng)時(shí)投入工作，如圖 210 所示在這些過程中通過對(duì)節(jié)距角的控制，轉(zhuǎn)速以一定的變化率上升。 變槳距控制系統(tǒng) （ 1）變槳距控制系統(tǒng) [10] 在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由速度控制器 A根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與給定信號(hào)直接控制；發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制 B與功率控制器起作用。 （ 2） 欠功率狀態(tài) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 欠功率狀態(tài)是指發(fā)電機(jī)并 入電網(wǎng)后，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，發(fā)電機(jī)在額定功率以下的低功率狀態(tài)運(yùn)行。也就是說 ， 可以向 電網(wǎng)提供無功 ， 同時(shí) ， 調(diào)速系統(tǒng)調(diào) 節(jié)更靈敏 ， 風(fēng)機(jī)運(yùn)行的柔性更好 ， 有利于風(fēng)機(jī)輸出功率更平穩(wěn)和減小 傳動(dòng)機(jī)械的沖擊應(yīng)力。交流發(fā)電機(jī)采用高滑差繞線式轉(zhuǎn)子的異步發(fā)電機(jī)。風(fēng)機(jī)槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)風(fēng)速的反應(yīng)有一定的時(shí)延 ， 在陣風(fēng) 出現(xiàn)時(shí)槳距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來不及動(dòng)作而造成風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)過載 ， 不利于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。在額 定風(fēng)速以上時(shí) ， 變槳距機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用 ， 調(diào)整葉片攻角 ， 保證發(fā)電機(jī)的輸出功率在允許范圍內(nèi)。 ， 在不同風(fēng)頻密度的地區(qū)可根據(jù)具體情況在安裝時(shí)予以調(diào)整，但 必 須充分考慮到對(duì)于風(fēng)機(jī)失速 點(diǎn)的影響。風(fēng)輪機(jī)的功率調(diào)節(jié)完全依靠葉片的氣動(dòng)特性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 稱為定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 在恒頻應(yīng)用中， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化只比同步轉(zhuǎn)速高 百分之幾， 但風(fēng)速的變化范圍可以很寬。 必須 分 清 異步 發(fā)電機(jī)和功率變換器的絕對(duì)極限和常用上限的差別 ，盡量減小對(duì)電網(wǎng)的污染。 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后電機(jī)并入電網(wǎng)。其中相位補(bǔ)償?shù)淖饔迷谟谑构β室驍?shù)保持在 至 之間。 ○11 控制系統(tǒng)應(yīng)該保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的所有監(jiān)控參數(shù)在正常允許的范圍內(nèi)一旦超過極限并出現(xiàn)危險(xiǎn)情況應(yīng)該自動(dòng)處理并安全停機(jī)。 后機(jī)艙保持與風(fēng)向偏 90176。 ○ 3 當(dāng)風(fēng)速小于停機(jī)風(fēng)速時(shí)為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期逆功率運(yùn)行造成電網(wǎng)損耗應(yīng)自動(dòng)脫網(wǎng)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)的待風(fēng)狀態(tài)。 （ 2）控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理完成機(jī)組的最佳運(yùn)行狀態(tài)管理和控制。 ○10 軟切入控制：軟切入、軟脫網(wǎng)→限制導(dǎo)通角→控制發(fā)電機(jī)端的軟切入電流為額定電流的 倍→控制發(fā)電機(jī)端電壓。 ○ 3 普通故障脫網(wǎng)停機(jī) :參數(shù)越限、狀態(tài)異常→普通停機(jī)→剎車→軟脫網(wǎng)→剎機(jī)械閘→計(jì)算機(jī)自行恢復(fù)。 我們的目的是希望通過控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采取必要的手段使我們的系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不出故障或少出故障，并且在出故障之后能夠以最快的速度修復(fù)系統(tǒng) ,使之恢復(fù)正常工作。 ○ 8 發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流 發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流。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)。 （ 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(shí)的轉(zhuǎn)速。但由于異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單價(jià)格便宜堅(jiān)固耐用維修方便啟動(dòng)容易并網(wǎng)簡單等特點(diǎn)在大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中得到廣泛應(yīng)用。 SRvTSRvTCT 22221 ?? ?? (120) SvFSvFCF 22221 ?? ?? (121) 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。 如果以 ? 表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量 svm ?? ，此時(shí)氣體所具有的動(dòng)能為 321 svT ?? (15) ? 的單位是 kg/m3； V的單位是 m3； v 的單位是 m/s； T 的單位是 W。風(fēng) 力發(fā) 電機(jī)還會(huì)配備有拉動(dòng)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 。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。 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。 （ 5）制動(dòng)器 制動(dòng)器是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，也稱剎車。 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(huì)超過允許值。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。 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。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)。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。 （ 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(tái)資金就可以安裝一臺(tái)投產(chǎn)一臺(tái)。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(cuò) 誤疏漏之處難免，敬請(qǐng)老師不咎指正。通過變距控制可以根據(jù)風(fēng)速來調(diào)整槳葉節(jié)距角，以滿足發(fā)電機(jī)起動(dòng)與系統(tǒng)輸出功率穩(wěn)定的雙重要求。XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 引 言 隨著 世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災(zāi)害增多、惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。但由于對(duì)運(yùn)行工況的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)變 槳距控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的要求，更達(dá)不到優(yōu)化功率曲線和穩(wěn)定功率輸出的要求。 田 敏 2020 年 6月 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dòng)能，通過風(fēng)輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 ， 拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 （ 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。 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(dòng)的結(jié)果。風(fēng)速是表示風(fēng)移動(dòng)的速度即單位時(shí)間內(nèi)空氣流動(dòng)所經(jīng)過的距離。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(duì)時(shí)間積分后平均來求得。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(dòng)設(shè)備，同時(shí)還有些技術(shù)問題尚待解決。 輪轂是連接葉片和主軸的零部件。 （ 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。 （ 7）塔架 塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支架。通常在風(fēng)改變其方向時(shí) ， 風(fēng)電機(jī)一次只會(huì)偏轉(zhuǎn)幾度。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)理論 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 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 A178。 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。 發(fā)XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 電機(jī)的性能 好壞直接影響整機(jī)效率和可靠性。 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。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。永磁交流發(fā)電機(jī)等。 ○ 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。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的控制要求 (1)控制思想 [3] ○ 1 定槳距失速型機(jī)組控制 風(fēng)速超過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定風(fēng)速以上時(shí)，為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率不再增加，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過載，通過空氣動(dòng)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(jī)組的功率輸出。 ○ 4 緊急故障脫網(wǎng)停機(jī) :緊急故障 (飛車、超速、負(fù)荷丟失等 )→緊急停機(jī)→偏航控制（ 90 度）→脫網(wǎng)→機(jī)械剎車 。 （ 3）控制保護(hù)要求 ○ 1 主電路保護(hù)：變壓器低壓側(cè)三相四線進(jìn)線處設(shè)置低 壓配電低壓斷路器→維護(hù)操作安全和短路過載保護(hù)。 （ 3）利用計(jì)算機(jī)智能控制實(shí)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(duì)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。 ○ 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(dòng)跟風(fēng)。跟風(fēng)控制跟風(fēng)范圍177。 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(jī)輸出功率（額定） ? ?ePKW ○ 2 發(fā)電機(jī)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(jī)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速 1 0 0 0 / 1 5 0 0 2 0 / m inr? ○ 9 發(fā)電機(jī)輸出電壓 10%V? ○ 10 發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率 50 Hz? ○ 11 并網(wǎng)最大沖擊電流（有效值） ○ 12 電容補(bǔ)償后功率因數(shù) ? （ 2）控制指標(biāo)及效果 ○ 1 方式 專用微控制器 ○ 2 過載開關(guān) 690 ,660VA ○ 3 自動(dòng)對(duì)風(fēng)偏差范圍 15?? ○ 4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)起、停機(jī)時(shí)間 60S XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 ○ 5 系統(tǒng)測量精度 %? ○ 6 電纜纏繞 圈自動(dòng)解纜 ○ 7 自動(dòng)解纜時(shí)間 55min ○ 8 手動(dòng)操作響應(yīng)時(shí)間 5S (3)保護(hù)功能 ○ 1 超電壓保護(hù)范圍 連續(xù) ? ?30 eS U V ○ 2 欠電流保 護(hù)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(jī)轉(zhuǎn)速極限 1800 /minr ○ 5 發(fā)電機(jī)過功率保護(hù)值 連續(xù) ? ?60 eS P KW ○ 6 發(fā)電機(jī)過電流保護(hù)值 連續(xù) ? ?30 eS I A ○ 7 大風(fēng)保護(hù)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(jī)組控