【正文】 問(wèn)題：風(fēng)電所占份額的增加，常規(guī)電廠所占份額將下降，則基于常規(guī)電廠的電網(wǎng)運(yùn)行控制能力將逐漸弱化，從而會(huì)給所接入電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不利影響。與這一過(guò)程對(duì)應(yīng)的是從人們熟知且成熟的基于常規(guī)電廠的電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)向人們一知半解的風(fēng)電技術(shù)轉(zhuǎn)移。此外，大部分風(fēng)電機(jī)組裝有幾種不同概念的感應(yīng)發(fā)電機(jī)。電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，常規(guī)發(fā)電廠的勵(lì)磁控制參與重建電網(wǎng)電壓，而其頻率控制則在此事件期間確保電網(wǎng)頻率恒定?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)是常規(guī)發(fā)電廠，即通過(guò)常規(guī)發(fā)電廠控制電網(wǎng)的電壓并維持發(fā)電與用電之間的平衡，故這些電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是基于常規(guī)發(fā)電廠的運(yùn)行控制技術(shù)。這一發(fā)展的共同推動(dòng)力量是風(fēng)電技術(shù)成功開(kāi)發(fā)、政府目標(biāo)、對(duì)進(jìn)一步可再生能源的補(bǔ)貼和利用以及對(duì)降低污染和環(huán)境保護(hù)的強(qiáng)烈要求。發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，不僅可以節(jié)約常規(guī)能源，而且有利于環(huán)保，是改善能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染的有效途徑之一，可帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。在此我要對(duì)我的指導(dǎo)老師**老師以及耐心幫助過(guò)我的其他老師和院系領(lǐng)導(dǎo)表示由衷的感謝！ 此致敬禮 《風(fēng)力發(fā)電》講義東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院20070909目 錄第1章 風(fēng)力發(fā)電概述（2學(xué)時(shí)） 1 前言 1 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與發(fā)展前景 1 國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢(shì) 1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢(shì) 3 風(fēng)力發(fā)電原理簡(jiǎn)介 4 大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行面臨的問(wèn)題 6 本課程主要內(nèi)容——IGFWT / DFIGWT 7 本章小結(jié) 7第2章 風(fēng)電機(jī)組特性及數(shù)學(xué)模型（12學(xué)時(shí)） 8 風(fēng)力資源特性描述（1學(xué)時(shí)） 8 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型（2學(xué)時(shí)） 9 定槳距風(fēng)力機(jī)特性 9 變槳距風(fēng)力機(jī)特性 11 風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型（同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系）（7學(xué)時(shí)） 12 鼠籠式異步發(fā)電機(jī)（3學(xué)時(shí)） 12 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（4學(xué)時(shí)） 13 金風(fēng)750kW/690風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)例分析（2學(xué)時(shí)） 19 本章小結(jié)（1） 19第3章 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制（11學(xué)時(shí)） 20 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行分析（3學(xué)時(shí)） 20 風(fēng)力機(jī)機(jī)械功率風(fēng)速特性 20 發(fā)電機(jī)組輸出功率轉(zhuǎn)速特性 20 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制（6） 21 概述 21 風(fēng)力機(jī)運(yùn)行控制 21 轉(zhuǎn)子側(cè)變流器運(yùn)行控制（2學(xué)時(shí)） 22 網(wǎng)側(cè)變流器運(yùn)行控制（2學(xué)時(shí)） 24 G58850風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行實(shí)例分析（2） 25 本章小結(jié) 25第4章 風(fēng)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行影響概述（2學(xué)時(shí)） 26 26 風(fēng)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 26 風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)的電壓和網(wǎng)損算例分析 27 本章小結(jié) 27思 考 題 28算 例 30第1章 風(fēng)力發(fā)電概述（2學(xué)時(shí)） 前言隨著常規(guī)能源的減少，環(huán)境污染的加劇，可再生能源的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到各國(guó)的高度重視。參考文獻(xiàn)[1]黃素逸. 能源與節(jié)能技術(shù). 北京中國(guó)電力出版社. 2004[2]葉杭冶. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社. 2002[3]宮靖遠(yuǎn). 風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社. 2004[4]王承煦 張?jiān)? 風(fēng)力發(fā)電. 中國(guó)電力出版社. 2002[5]李俊峰. 風(fēng)力12在中國(guó). 北京化學(xué)工業(yè)出版社. 2005[6]趙鳳山. 風(fēng)力發(fā)電論文集. 金盾出版社. 2002[7]. 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根據(jù)風(fēng)速模型的仿真曲線，分析風(fēng)輪機(jī)和發(fā)電機(jī)各部分曲線的變化情況和整個(gè)系統(tǒng)的仿真曲線圖。通過(guò)風(fēng)輪機(jī)槳距角控制系統(tǒng)對(duì)葉片槳距角進(jìn)行控制，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)械部分與發(fā)電機(jī)的電氣部分配合，達(dá)到提高風(fēng)能利用效率及改善供電質(zhì)量的目的。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略是以風(fēng)速的變化為依據(jù)，風(fēng)能的最大利用效率為目的，為優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性提出的控制方案。由于風(fēng)能的不規(guī)則特性，對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的穩(wěn)定有很大的影響，也使功率曲線的優(yōu)化產(chǎn)生了一定的困難。變槳距開(kāi)關(guān)量信號(hào)置1，變槳距始終向45176。如圖61所示：?jiǎn)?dòng)剎車變槳系統(tǒng)向45176。內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，另一個(gè)是數(shù)字量信號(hào)，當(dāng)該量從0（低電平）變?yōu)?（高電平）以后，槳距角就一直向45176。若因故障，自動(dòng)解纜未起作用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組方向達(dá)到9000極值時(shí)，紐纜開(kāi)關(guān)將動(dòng)作，此開(kāi)關(guān)動(dòng)作將會(huì)觸發(fā)安全鏈動(dòng)作，向中心控制器發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)和不可自復(fù)故障信號(hào)，等待進(jìn)行人工解纜操作。在設(shè)計(jì)中，根據(jù)電纜的特性和機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，當(dāng)其某個(gè)方向達(dá)到5800時(shí)，若此時(shí)風(fēng)速小于3m/s，即風(fēng)機(jī)組不運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)解纜，此時(shí)啟動(dòng)偏航電機(jī)向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞圈數(shù)解纜，將機(jī)艙返回電纜無(wú)纏繞位置。由于風(fēng)向的不確定性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)就需要經(jīng)常偏航對(duì)風(fēng)，而且偏航的方向也是不確定的，由此引起的后果是電纜會(huì)隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而扭轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，若θ1800表明機(jī)艙相對(duì)風(fēng)向標(biāo)有一個(gè)向右偏離的夾角，偏航電機(jī)啟動(dòng)，機(jī)艙右偏自動(dòng)對(duì)風(fēng)。當(dāng)θ=1800，表明機(jī)艙已處于準(zhǔn)確對(duì)風(fēng)位置，若1710≤θ≤1890，屬于誤差范圍之內(nèi)，偏航系統(tǒng)將不對(duì)稱做出任何調(diào)節(jié)。該過(guò)程是以風(fēng)向傳感器輸出為基準(zhǔn)，當(dāng)風(fēng)向改變超過(guò)允許誤差范圍時(shí)，控制器發(fā)出自動(dòng)偏航指令。③ 判斷是否滿足潤(rùn)滑的條件當(dāng)機(jī)組需要潤(rùn)滑時(shí)，且風(fēng)速在8m/s以下，將自行自動(dòng)潤(rùn)滑程序；當(dāng)機(jī)組必須潤(rùn)滑時(shí)，且風(fēng)速在16m/s以下，將自行自動(dòng)潤(rùn)滑程序。在執(zhí)行潤(rùn)滑時(shí)，若機(jī)艙位置0；潤(rùn)滑偏航停止位置=機(jī)艙位置355；反之，潤(rùn)滑偏航停止位置=機(jī)艙位置+355。只有這樣才能使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在惡劣多變的復(fù)雜工況下長(zhǎng)期保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。 主程序流程圖風(fēng)電發(fā)電機(jī)組因其工作環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行方式的特殊性，對(duì)機(jī)組的潤(rùn)滑提出了較高的要求。根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速的特性和經(jīng)驗(yàn)值，在調(diào)用該函數(shù)塊濾波時(shí)，風(fēng)向測(cè)量值的濾波平滑系數(shù)取300，風(fēng)速測(cè)量值的濾波平滑系數(shù)取60。由于大自然中風(fēng)的隨機(jī)性，風(fēng)傳感器的測(cè)量值隨機(jī)干擾很大，為了消除干擾，保證系統(tǒng)的可靠性，綜合考慮各種濾波的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)中選用了一階滯后濾波法，器程序設(shè)計(jì)如下（結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言編寫）函數(shù)體：out := (old_value * ( ( / time_factor))) + ( in / time_factor) 。為了實(shí)現(xiàn)這樣的伺服控制，通過(guò)對(duì)整個(gè)偏航系統(tǒng)的控制過(guò)程進(jìn)行分析。 電磁抱閘制動(dòng)原理圖 風(fēng)力機(jī)偏航軟件設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)偏航控制系統(tǒng)工作原理是通過(guò)測(cè)風(fēng)傳感器檢測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速，并將檢測(cè)到的風(fēng)向信號(hào)送到控制器。在設(shè)計(jì)中也選用Bonfiglioli的抱閘系統(tǒng)，該抱閘系統(tǒng)通過(guò)整流模塊線圈最終得到24V的直流電來(lái)開(kāi)啟閘片。液壓泵電機(jī)為三相異步電機(jī)，品牌：恒碩 ；型號(hào)：Y80M2 ；電流： A ； 極數(shù)：2 ；額定轉(zhuǎn)速：2830 r/min ； 額定功率： 。剎車閘為液壓卡鉗形式，在偏航剎車時(shí)，電磁K1關(guān)閉，先導(dǎo)溢流閥溢流值設(shè)定為150bar的壓力，此時(shí)剎車盤約具有150bar的壓力，使剎車片緊壓在剎車盤上，提供制動(dòng)力。制動(dòng)器在液壓驅(qū)動(dòng)管路上一般裝有一個(gè)預(yù)壓閥，以使在松閘狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)液壓缸仍保持有很小的壓力，使偏航過(guò)程中仍有一定的阻力，以保證偏航的穩(wěn)定性。通過(guò)行星齒輪減速機(jī)得到合適的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，由于偏航速度很慢，減速器傳動(dòng)比很大，通常在1：1000左右，因此采用多級(jí)減速器，在設(shè)計(jì)中選用Bonfiglioli 700T系列的711T行星齒輪減速機(jī)。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)機(jī)。偏航停止時(shí)，電磁剎車斷電，剎車釋放將電機(jī)鎖死。偏航電機(jī)：為電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，在三相異步電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上附加一個(gè)直流電磁鐵制動(dòng)器組成，電磁鐵的直流勵(lì)磁電源由安放在電機(jī)接線盒內(nèi)的整流裝置供給，制動(dòng)器具有手動(dòng)釋放裝置。1400rpm。選型：電機(jī)選用了單相交流電動(dòng)機(jī)，為力士德YL8014型號(hào)的電機(jī)，額定功率：； 額定電壓： 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。在選擇變頻器時(shí)，依據(jù)電流相加計(jì)算，總電流 i=4=， i==25A,同時(shí)考慮了輸出功率的問(wèn)題，最終選擇型號(hào)為6SL32240BE315AA0的功率模塊。功率模塊選用了PM240功率模塊具體型號(hào)為6SL32240BE315AA0。兩種主要的單元是：控制單元（CU）、功率模塊（PM）。 控制器和通訊模塊置表名稱型號(hào)數(shù)量控制器CX102000001PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線主站接口CX1500M3101電源模塊CX110000021數(shù)字量輸入模塊KL14081數(shù)字量輸出模塊KL21343總線耦合器BK31501安全總線端子模塊KL19041SSI 編碼器接口模塊KL50011模擬量輸入模塊KL31221總線末端模塊KL90102這些功能模塊可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線ProfibusDP與上位機(jī)進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換；接收控制量，并將控制量送給控制對(duì)象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；采集現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程值送入上位機(jī)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制等功能。主站層由嵌入式PC、電源模塊 、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊以及其他I/O模塊等組成，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制；從站層是智能化I/O模塊，帶內(nèi)置ProfibusDP接口的總線耦合器，完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、控制信號(hào)輸出等功能。 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。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，通常安裝有機(jī)艙位置編碼器。風(fēng)速傳感器型號(hào)：4. 。風(fēng)作為矢量，既有大小，又有方向，其測(cè)量包括風(fēng)向和風(fēng)速兩項(xiàng)。 L1 L2 L3 OV PULS_ DIR_ U V W PULS_ DIR_24VM~來(lái)自PLC輸出接口L1L2L3FU3QF3M3FR3圖42 變槳距控制電路圖5偏航系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 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。本設(shè)計(jì)根據(jù)發(fā)電機(jī)測(cè)速傳感器的信號(hào)及風(fēng)力大小傳感器傳遞的信號(hào)，送至PLC進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，即功率未達(dá)到額定功率，則控制槳距角在0度，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。通過(guò)變槳距的調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)槳距角，增大葉片迎風(fēng)面積；若輸出功率大于額定功率，調(diào)節(jié)槳距角，減小葉片迎風(fēng)面積。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。并網(wǎng)成功后，在額定風(fēng)速以下，由主控制器對(duì)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，槳距角保持0度不變。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組起動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)槳葉由順槳位置（90度）到0度，風(fēng)機(jī)葉輪速度不斷上升，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到700rpm時(shí)，主控制發(fā)出并網(wǎng)指令，由變頻器輸出一定頻率和幅值的正序勵(lì)磁電流，使得發(fā)電機(jī)定子輸出電壓與電網(wǎng)電壓等幅值同相位，然后控制并網(wǎng)接觸器并網(wǎng)。在機(jī)組與電網(wǎng)斷開(kāi)之前，使之輸出功率減小到0，對(duì)電網(wǎng)的沖擊最小。 (418) (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。（1）風(fēng)能利用系數(shù)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)表示 (416)（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)衡量稱為葉尖速比 (417)低速風(fēng)輪取較小值；高速風(fēng)輪取較大值。通常風(fēng)輪機(jī)風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率達(dá)不到59．3％，一般根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片的翼形、。風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得 (44)式中 ——空氣當(dāng)時(shí)的密度風(fēng)輪所接受的功率為