【正文】 ○ 2 變槳距失速型機(jī)組控制 風(fēng)速超過(guò)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(guò)載，通過(guò)改變槳葉節(jié)距角和空氣動(dòng)力學(xué)的失速特性，使葉片吸收風(fēng)功率減少或者發(fā)生失速，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率輸出。 ○ 5 安全鏈動(dòng)作停機(jī)：電控制系統(tǒng)軟保護(hù)控制失敗→硬性停機(jī)→停機(jī)。 ○ 2 過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)：主電路計(jì)算機(jī)電源進(jìn)線端、控制變壓器進(jìn)線和有關(guān)伺服電動(dòng)機(jī) 的 進(jìn)線端均設(shè)置過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。 （ 4）大于開(kāi)機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切入自動(dòng)并網(wǎng)保證電流沖擊小于額定電流。跟風(fēng)精度范圍177。 15176。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(lái)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(yùn)。由于異 步發(fā)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速是嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的，功率控制最終也是通過(guò)速度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)子電流控制器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。 風(fēng)輪機(jī) 的 氣動(dòng)特性 [8] 風(fēng)輪 機(jī) 通過(guò)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。 由 (22)式 可知 ，風(fēng)機(jī)整體設(shè)計(jì)和相應(yīng)的運(yùn)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。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定 風(fēng)速時(shí) ， 為了保持發(fā)電機(jī)輸出功率恒定 ， 必須通過(guò) 葉片失速效應(yīng) 特性來(lái) 降低 PC 值 ， 以 維持 輸出 功率 的 恒定。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(yùn)行，也可能工作在同步轉(zhuǎn)速之上。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(dòng)、停止和緊急事故處 理。即仍然發(fā)揮葉片的失速效應(yīng) ，在失速點(diǎn)之前進(jìn)行槳距調(diào)整 ， 即便槳 距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)不及動(dòng)作通過(guò)葉片的失速效應(yīng)發(fā)揮作用也不會(huì)造成風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)過(guò)載。轉(zhuǎn)子機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度為 Mf ， 使 得定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率 E M Rf f f??。 變槳距 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)模型框圖 [2] 變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)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）。 （ 3） 額定功率狀態(tài) 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)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)。 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(yùn)行狀態(tài)給出。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速177。 （ 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。 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(dòng)， 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)。在額定功率時(shí)，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。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。在軟件環(huán)境中輸入同步轉(zhuǎn)速 314rad/s。 (風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳距控制系統(tǒng)模型 圖見(jiàn)附錄 ) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 圖 216 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的模型 及參數(shù) （ 1） 槳距角控制輸入量模型 根據(jù)控制選擇器來(lái)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。 第 三 章 樣例 系統(tǒng) 模型的建立 風(fēng)速模型的建立 風(fēng)能的數(shù)學(xué)模型 風(fēng)能作用于 風(fēng)輪機(jī) 的 槳 葉上， 是 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原動(dòng)力 ， 為了能較準(zhǔn)確的描述自然界的風(fēng)能變化 的 特點(diǎn)，在工程上一般采用簡(jiǎn)化的四分量模型來(lái)模擬風(fēng)速隨時(shí)間變化的特征。 ? ?3122 2 )/(1 2)( ??? i iNiv Fw wFKwS ?? （ 35） 式中 NK —— 地表摩擦系數(shù) ； F —— 攏動(dòng)范圍 m2； ? —— 相對(duì)高度的平均風(fēng)速（ m/s） 。 圖 39 隨機(jī)噪聲風(fēng)輸入?yún)?shù) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 43 圖 310 風(fēng)輪機(jī)模型 風(fēng)輪機(jī) 模型及 參數(shù) 如圖 311所示 是 風(fēng)輪機(jī)輸入?yún)?shù) 。如圖 37 所示。 ○ 1 1G 0tT 風(fēng)速 wGV0? ○ 2 )( 11 GGG TTtT ??? 風(fēng)速 wG cosV V? cosV 表示在該時(shí)間段內(nèi)風(fēng)速變化具有 余 弦特性，其表達(dá)式為 ?????? ??? )(2c o s12 1m a xc o s G GG T Ttvv ? （ 32） 式中 maxGV —— 陣行風(fēng)最大的風(fēng)速（ m/s） ； t —— 時(shí)間（ s） ； 1G T —— 出現(xiàn)陣性風(fēng)的時(shí)間（起動(dòng)時(shí)間 s） ； GT —— 陣性風(fēng)的持續(xù)時(shí)間 。 圖 222 濾波器模型及參數(shù) （ 5）槳距角調(diào)整限制環(huán)節(jié)模型 圖 223 槳距角調(diào)整 限制 環(huán)節(jié) 模型 由槳距角輸出反饋值和經(jīng)濾波器濾波后的輸入值進(jìn)行比較后，輸入微分限制和微分器環(huán)節(jié)進(jìn)行整合后輸出。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速時(shí)槳葉向 0176。 圖 214 系統(tǒng)控制選擇器模型 風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制模型的建立 根據(jù) 系統(tǒng)控制選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)在ω和 1 之間的選擇，利用乘法器乘以轉(zhuǎn)速的基準(zhǔn)值 314rad/s 得到風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速的值，對(duì)風(fēng)輪機(jī)進(jìn)行控制。 39。內(nèi)環(huán)是一個(gè)功率伺服環(huán)，它通過(guò)轉(zhuǎn)子電流控制器（ RCC）對(duì)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。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?xún)?yōu)化葉尖速比。風(fēng)輪在空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速。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(hào)經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變成電壓信號(hào)控制比例閥（或電液伺服閥），驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞，推動(dòng)變槳距機(jī)構(gòu)，使槳葉節(jié)距角 變化。因此，為了優(yōu)化功率曲線，最新設(shè)計(jì)的變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行功率控制的過(guò)程中，其功率反饋信號(hào)不再作為直接控制槳葉節(jié)距的變量。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(hào)控制。在實(shí)際應(yīng)用中 ， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 速與風(fēng)速的對(duì)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。同樣 ， 通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小和相位 (RCC)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ， 進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)追求 PC 最優(yōu)和無(wú)功功率的平衡。在實(shí)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。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(dòng)特性 ， 主要依靠與葉片相匹配的葉片攻角改變來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。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(lái)調(diào)整尖速比 ? ，實(shí)現(xiàn)追求 PC 最大下的整體運(yùn)行控制。 因而風(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行存在三個(gè)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)XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 按恒定功率控制。典型 PC 與 ? 和? 的關(guān)系可用圖 23 來(lái)表示?；钊奈灰品答佇盘?hào)由位移傳感器測(cè)量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。風(fēng)輪從起運(yùn)到額定轉(zhuǎn)速，其葉片的節(jié)距角隨轉(zhuǎn)速的升高是一個(gè)連續(xù)變化的過(guò)程。風(fēng)輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。 /反向扭纜計(jì)數(shù)器超過(guò)時(shí)自動(dòng)停機(jī)解纜達(dá)到要求時(shí)再自動(dòng)開(kāi)機(jī)恢復(fù)運(yùn)行發(fā)電。其余時(shí)間（運(yùn)行期間、正常和故障停機(jī)期間）均處于歸位狀態(tài)。 ○ 2 為了避免小風(fēng)時(shí)發(fā)行頻繁開(kāi)、停機(jī)現(xiàn)象在并網(wǎng)后 10 分內(nèi)不能按風(fēng)速自動(dòng)停機(jī)。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制目標(biāo) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是實(shí)現(xiàn)由風(fēng)能到機(jī)械能和由機(jī)械能到電能兩個(gè)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的裝置?！?dāng) 10 分平均風(fēng)速大于 25m/s 時(shí)或超過(guò)超速上限時(shí)→風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作偏轉(zhuǎn) 90 度控制→氣動(dòng)剎車(chē)→脫網(wǎng)→停機(jī)。 (2)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的控制要求 ○ 1 開(kāi)機(jī)并網(wǎng)控制 :當(dāng)風(fēng)速 10 分內(nèi)的平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)→軟切入狀態(tài)→機(jī)組并入電網(wǎng)。有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的功能很強(qiáng) ,但由于工作不可靠 ,經(jīng)常出故障 ,而出現(xiàn)故障后對(duì)一般用戶(hù)來(lái)說(shuō)維修又十分困難，于是這樣一套控制系統(tǒng)可能發(fā)揮不了它應(yīng)有的作用 。中國(guó)交流電網(wǎng)電壓頻率為 50Hz。 ○ 3 發(fā)電機(jī)是交流還是直流 微小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用直流發(fā)電機(jī)中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)常用交流發(fā)電機(jī)。 若電機(jī)用原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（ snn）則轉(zhuǎn)差率 S0 ，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩者的方向相反即電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 異步電機(jī)一般稱(chēng)感應(yīng)電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)也可作為電動(dòng)機(jī)。 （ 1）風(fēng)能利用系數(shù) PC 風(fēng)輪機(jī)從自然風(fēng)能中吸到能量的大小和程 度可以用風(fēng)能利用率系數(shù) PC 表示 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 SvPCp 3121 ?? (118) （ 2）葉尖速比 ? 為了表示風(fēng)輪在不同的風(fēng)速中的狀態(tài)用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來(lái)衡量稱(chēng)為葉尖速比 ? vwRvRn ?? ?? 2 (119) 低速風(fēng)輪 ? 取較小值；高速風(fēng)輪 ? 取較大值。風(fēng)吹到葉片上所做的功是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，則有 21VV ， 21SS 。但是當(dāng)風(fēng)電機(jī)偶然沿一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)太長(zhǎng)時(shí)間時(shí) ， 電纜將越來(lái)越扭曲 ，導(dǎo)致電纜扭斷或出現(xiàn)其他故障 。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 （ 9）調(diào)向（ 偏航） 裝置 調(diào)向裝置就是使風(fēng)輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一直使風(fēng)輪對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向的裝置。 ② 永磁發(fā)電機(jī)，常用在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上。 使用齒輪箱可以將風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的較低轉(zhuǎn)速、較高轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為用于發(fā)電機(jī)上的較高轉(zhuǎn)速、較低轉(zhuǎn)矩。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)接受風(fēng)能的部件。按主軸與地面相對(duì)位置又可分為：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 （ 3）風(fēng)能的基本情況 [1] ○ 1 風(fēng)能的特點(diǎn) XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 風(fēng)能的特點(diǎn)主要有：能量密度低 、 不穩(wěn)定性 、 分布不均勻 、 可再生 、 須在有風(fēng)地帶 、 無(wú)污染 、 分布廣泛 、 可分散利用 、 另外不須能源運(yùn)輸 、 可和其它能源相互轉(zhuǎn)換等。地球上某處所接受的太陽(yáng)輻射能 與該地點(diǎn)太陽(yáng)照射角的正弦成正比。 （ 8）發(fā)電方式多樣化 風(fēng)力發(fā)電既可并網(wǎng)運(yùn)行，也可以和其他能源如柴油發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水利發(fā)電機(jī)組形成互補(bǔ)系統(tǒng)，還可以獨(dú)立運(yùn)行，因此對(duì)于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電問(wèn)題提供了現(xiàn)實(shí)可行性。 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn) （ 1）可再生的潔凈能源 風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的潔凈能源，不消耗化石資源也不污染環(huán)境，這是火力發(fā)電所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 本文在編寫(xiě)過(guò)程中， 受到栗文義老師的大力支持和精心指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。前人在風(fēng)輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)原理和能量轉(zhuǎn)換原理的基礎(chǔ)上 ,系統(tǒng)分析了定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本控制要求和控制策略，并對(duì)并網(wǎng)型風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組的變槳距控制技術(shù)進(jìn)行了一定的研究。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7） 參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類(lèi)設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要控制是在起動(dòng)時(shí)對(duì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制和并網(wǎng)后對(duì)輸入功率的控制。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和 PSCAD/EMTDC 仿真等的相關(guān)知識(shí)對(duì)我們來(lái)講都是平時(shí)很少接觸XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 和涉及的，而且，這些學(xué)科中的很多東西都是較為前沿的。 （ 2）建設(shè)周期短 一 個(gè)十兆 瓦級(jí)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)