【正文】 sf? 的結(jié)論是一致的 (s 為電機(jī)轉(zhuǎn)差 )。從圖 26 可以 看出 ， 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)于功率系數(shù) PC 影響很大。 風(fēng)機(jī)正 常工作時(shí) ， 主要采用功率控制。 變 槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略 為了盡可能提高 風(fēng)輪機(jī) 風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率和保證 風(fēng)輪機(jī) 輸出功率平穩(wěn) ，風(fēng)輪機(jī) 將進(jìn)行槳距 調(diào)整。 從? ?,PCf??? 的函數(shù)關(guān)系來(lái)看 ， 難以保 證在額定風(fēng)速之前 使 PC 值達(dá)到 最大 ， 特別 是 在低風(fēng)速段。 從理論上講 風(fēng)輪機(jī)組的輸出功率是無(wú)限 大 的 ， 它是 風(fēng)速立方的函數(shù)。尖速比可 表示為 mRv??? （ 21） 式 中 m? 為風(fēng)輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速 (rad/s)； R 為葉片半徑 (m)； v 為來(lái)流的線性風(fēng)速 (m/s)。 （ 2）變距控制 [7] 變槳距控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，變距控制器是一個(gè)非線性比例控制器，它可 以補(bǔ)償比例閥的死帶和極限。這 時(shí)氣流對(duì)葉片不產(chǎn)生力矩，整個(gè)葉片實(shí)際上是一塊阻尼板。所有這些完成后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開始自動(dòng)運(yùn)行 于風(fēng)輪的葉尖本來(lái)是 90176。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)一般稱感應(yīng)電機(jī)即可作為發(fā)電機(jī)也可作為電動(dòng)機(jī)。 ○10 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)具有手動(dòng)控制功能（包括遠(yuǎn)程遙控手操）手動(dòng)控制時(shí)“自動(dòng)”功能應(yīng)該解除相反的投入自動(dòng)控制時(shí)有些“手動(dòng)”功能自動(dòng)屏蔽。 ○ 7 在大風(fēng)停機(jī)和超速停機(jī)的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除了應(yīng)該脫網(wǎng)、抱閘和甩葉尖閘停機(jī)外還應(yīng)該自動(dòng)投入偏航控制使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙軸心線與風(fēng)向成一定的角度增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng)的安全度待機(jī)艙轉(zhuǎn)約 90176。同樣在小風(fēng)自動(dòng)脫網(wǎng)停機(jī)后 5分內(nèi)不能軟切并網(wǎng)。風(fēng)輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從風(fēng)能到機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械能到電能的能量轉(zhuǎn)換過程，在考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制目標(biāo)時(shí)應(yīng)結(jié)合它們的運(yùn)行方式，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： （ 1）控制系統(tǒng)保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行同時(shí)高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網(wǎng)。 ○ 9 功率調(diào)節(jié)：當(dāng)機(jī)組在額定風(fēng)速以上并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)→失速型機(jī)組→發(fā)電機(jī)的功率不會(huì)超過額定功 率的 15%→過載→脫網(wǎng)停機(jī)。 ○ 2 小風(fēng)和逆功率脫網(wǎng) :機(jī)組在待風(fēng)狀態(tài)→ 10 分平均風(fēng)速小于脫網(wǎng)風(fēng)速→脫網(wǎng)→風(fēng)速再次上升→風(fēng)機(jī)旋 轉(zhuǎn)→并網(wǎng)。因此對(duì)于一個(gè) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用者來(lái)說 ,系統(tǒng)的安全可靠性必須認(rèn)真加以考慮 ,必須引起足夠的重視。 （ 11）電纜扭纜計(jì)數(shù)器 電纜 是 用來(lái)將電流從風(fēng)電機(jī)運(yùn)載到塔下 的重要裝置 。目前世界各國(guó)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(dòng)力調(diào)速裝置； ○ 5 扭頭、仰頭調(diào)速裝置。 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。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。 (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。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類 [5] 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。通過它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。 的夾角 ， 因此對(duì)地球上不同地點(diǎn)太陽(yáng)照射角度是不同的 ，而且對(duì) 同一地點(diǎn)一年中這個(gè)角度也是變化的。 （ 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(chǎng)地仍可供農(nóng)、牧、漁使用?？諝饬鲃?dòng)的動(dòng)能作用在葉輪上 ， 將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能 ， 從而推動(dòng) 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(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來(lái)。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(jī)組的聲譽(yù)。此外，中國(guó)華銳、金風(fēng)、東汽、海裝、湘電等企業(yè)已開始研制單機(jī)容量為 5MW 的風(fēng)電機(jī)組。這些地區(qū)一般都缺少煤炭等常規(guī)能源并且在時(shí)間上冬春季風(fēng)大、降雨量少，夏季風(fēng)小、降雨量大，而風(fēng)電正好能夠彌補(bǔ)火電的缺陷并與水電的枯水期和豐水期有較好的互補(bǔ)性。國(guó)外風(fēng)電 的發(fā)展趨勢(shì)，一是發(fā)展速度加快，二是風(fēng)機(jī) 機(jī)組從小型化向大型化發(fā)展 ,海上風(fēng)電廠是下一步發(fā)展的主流。有人把風(fēng)電的 發(fā)展規(guī)劃為 3 步曲，陸上風(fēng)電技術(shù)（當(dāng)前技術(shù)）一近海風(fēng)電技術(shù)（正研發(fā)技術(shù)）一海上風(fēng)電技術(shù)（未來(lái)發(fā)展方向）。從 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 30 多年的發(fā)展，世界上 已 有近 50 個(gè)國(guó)家開發(fā)建設(shè)了風(fēng)電場(chǎng) (是前期總數(shù)的 3 倍 )， 2020 年底，風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量約 31128 兆瓦 (是前期總數(shù)的 300 倍 )。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)一般用戶來(lái)說維修又十分困難，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。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(jī)組的聲譽(yù)。而其中風(fēng)電是可再生能源中最具發(fā)展?jié)摿蜕虡I(yè)開發(fā)價(jià)值的能源方式。 海上風(fēng)力資源條件優(yōu)于陸地，將風(fēng)電場(chǎng)從陸地向近海發(fā)展在歐洲已經(jīng)成為一種新的趨勢(shì)。 2020 年底，全世界風(fēng)電是 3800 萬(wàn)千瓦左右，而 2020 年一年就增加了 400 多萬(wàn)千瓦，僅德國(guó)到 2020年底的裝機(jī)容量就有 1600 萬(wàn)千瓦，其次是西班牙、美國(guó)、丹麥等國(guó)。據(jù)考察中國(guó)的風(fēng)能資源主要集中在兩個(gè)帶狀地區(qū)，一條是“三北（東北、華北、西北）地區(qū)豐富帶”即西北、華北和東北的草原和戈壁地帶；另一條是“沿海及其島嶼地豐富帶”，即東部和東南沿海及島嶼地帶。 2020 年中國(guó)在多 MW 級(jí)（≥2MW）風(fēng)電機(jī)組研制方面取得新的成果，如金風(fēng)科技股份有限公司研制的 和3MW 的風(fēng)電機(jī)組已在風(fēng)電場(chǎng)投入試運(yùn)行；華銳風(fēng)電科技股份有限公司研制的 3MW 海上風(fēng)電機(jī)組已在東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電；由沈陽(yáng) 工業(yè) 大學(xué)研制的 3MW 風(fēng)電機(jī)組也已經(jīng)成功下線。在實(shí)際應(yīng)用過程中，尤其是一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制與檢測(cè)系統(tǒng)中 ,控制系統(tǒng)滿足用戶提出的功能上的要求是不困難的。 風(fēng)力發(fā)電的原理說起來(lái)非常簡(jiǎn)單 ，最簡(jiǎn)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。 （ 6）運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單 現(xiàn)代中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動(dòng)化水平很 高，完全可以在無(wú)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。由于地球自轉(zhuǎn)軸與圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軸之間存在 66． 5176。 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。但應(yīng)用最廣的還是前兩種類型的風(fēng)輪機(jī)。 (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 。 （ 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。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(wàn)伏 ， 這取決于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。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。風(fēng)電場(chǎng)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(huì)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(chǎng)無(wú)人職守的自動(dòng)控制。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)一般用戶來(lái)說維修又十分困難，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。 (2)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的控制要求 ○ 1 開機(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)?！?dāng) 10 分平均風(fēng)速大于 25m/s 時(shí)或超過超速上限時(shí)→風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作偏轉(zhuǎn) 90 度控制→氣動(dòng)剎車→脫網(wǎng)→停機(jī)。 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)換過程的裝置。 ○ 2 為了避免小風(fēng)時(shí)發(fā)行頻繁開、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)。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)。 圈系統(tǒng)已設(shè)計(jì)了正 /反向扭纜計(jì)數(shù)器超過時(shí)自動(dòng)停機(jī)解纜達(dá)到要求時(shí)再自動(dòng)開機(jī)恢復(fù)運(yùn)行發(fā)電。本論文的研究對(duì)象中使 用也是異步發(fā)電機(jī) ， 下面我們對(duì)異步機(jī)做以下的簡(jiǎn)單介紹。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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 /?? (31) 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。單位為 KW；也有用視在功率表示的單位為 KVA。 ○ 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。起動(dòng)的第一秒內(nèi)先檢查電網(wǎng)、設(shè)置各個(gè)計(jì)算器、輸出機(jī)構(gòu)初始工作狀態(tài)及晶閘管的開通角。 變槳距風(fēng)輪的葉片在靜止時(shí)節(jié)距角為 90176。當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)差 調(diào)到很小 (1%)，轉(zhuǎn)速在同步速附近；當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)差要調(diào)整到很大（ 10%），使葉尖速比得到優(yōu)化，使功率曲線達(dá)到理想的狀態(tài)。風(fēng)輪機(jī)的特性通常用 風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率 Cp尖 速比 λ 曲線來(lái)表示 ， 圖 22 是一條典型的 Cp? 曲線。 如 圖 24 所示 是理想 風(fēng)輪機(jī)的功率曲線。對(duì)于定槳 距 系統(tǒng) ， 發(fā)電機(jī)正常工作的 滑差小于 1%， 允許滑差 范圍一般在 5%以內(nèi) ， 而風(fēng)速的變化范圍卻很大。在大小發(fā)電機(jī)軟切換控制過 程中必須慎重處理。因而 ， 變槳距 風(fēng)輪機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速較 定槳距 風(fēng)輪機(jī) 低 ， 但對(duì)功率的貢獻(xiàn)沒有意義 ； 停機(jī)時(shí)對(duì)傳動(dòng)機(jī)械的沖擊應(yīng)力相對(duì)緩和。 變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制策略 [9] 上面 的風(fēng)輪機(jī) 直接由追求 PC 值 最優(yōu)進(jìn)入功率最大 的 限制 ， 調(diào)整的范圍和靈敏度 很有限?？刂?Rf 的值以使 Ef 等于電網(wǎng)頻率。 （ 1） 起動(dòng)狀態(tài) 變槳距風(fēng)輪的槳葉在靜止時(shí)，節(jié)距角為 90176。在傳統(tǒng)的變槳距控制方式中，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。如圖 28 所示，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)前，由速度控制器 A給出；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后由速 度控制 B給出。 10 minr內(nèi)持續(xù) 1s 發(fā)電機(jī)將切入電網(wǎng)。如圖 211所示，速度控制器 B受發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的雙重控制。通過對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的控制來(lái)迅速改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，從而改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，吸收由于瞬變風(fēng)速引起的功率波動(dòng)。當(dāng)功率變化即轉(zhuǎn)子電流變化時(shí)， PI 調(diào)節(jié)器迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子電流跟蹤給定值，如果從主控制器傳出的電流給定值是恒定的，它將保持轉(zhuǎn)子電流恒定，從而使功率輸出保持不變。當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)速上升 ，即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率 S 增大，只要改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻即可保持輸出功率不變。 （ 2） 槳距角控制功率的參照量（ Pref）模型 以發(fā)電機(jī)的額定功率作為控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實(shí)際值與其進(jìn)行比較，根據(jù)所得值的大 小可以判斷功率輸出是否穩(wěn)定，從而可以通過改變槳距角進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。 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 ?? (43) ? 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。 SRvTSRvTCT 22221 ?? ?? (418) SvFSvFCF 22221 ?? ?? (419) 在低風(fēng)速時(shí)，槳葉節(jié)距角可以轉(zhuǎn)到合適的角度，使風(fēng)輪具有最大的起動(dòng)力矩，起動(dòng)容易。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。 圖 42 變槳距控制電路圖 5 偏航系統(tǒng) 程序 設(shè)計(jì) L1 L2 L3 OV PULS_ DIR_ U V W PULS_ DIR_ 24V M~ 來(lái)自 PLC 輸出接口 L1 L2 L3 FU3 QF3 M3 FR3 偏航控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及選型 風(fēng)力機(jī)的偏 航系統(tǒng)由偏航檢測(cè)機(jī)構(gòu)、偏航控制機(jī)構(gòu)和偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成，其中偏航檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括：風(fēng)傳感器、機(jī)艙位置傳感器；偏航控制機(jī)構(gòu)包括：偏航控制器、變頻器；機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：偏航軸承、偏航潤(rùn)滑系統(tǒng)、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、偏航制動(dòng)器。 偏航控制 機(jī)構(gòu) 偏航控制平臺(tái)擁有四層結(jié)構(gòu) ,包括網(wǎng)絡(luò)層 ,主站層 ,從站層和現(xiàn)場(chǎng)層。兩種主要的單元是：控制單元（ CU）、功率模塊（ PM）。 偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)針對(duì)的偏航軸承采用的是回轉(zhuǎn)軸承是一種特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承，必須定時(shí)給軸承潤(rùn)滑。設(shè)計(jì)中選用了Bonfiglioli 公司 100LB 電磁抱閘一體化的三相異步電動(dòng)