【正文】 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。典型 PC 與 ? 和 ?的關(guān)系可用圖 23來表示。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 為來流的線性風(fēng)速 (m/s)。 風(fēng)輪機(jī) 的 氣動(dòng)特性 [8] 風(fēng)輪機(jī) 通過葉片捕獲風(fēng)能 ， 將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為作用在輪轂上的機(jī)械轉(zhuǎn)矩。 必須 分 清 異步 發(fā)電機(jī)和功率變換器的絕對極限和常用上限的差別 ，盡量減小對電網(wǎng)的污染?；钊奈灰品答佇盘栍晌灰苽鞲衅鳒y量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸入比較器。 （ 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。為了優(yōu)化功率曲線，在進(jìn)行功率控制的同時(shí)通過轉(zhuǎn)子電流控制器對電機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后電機(jī)并入電網(wǎng)。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)變化的過程。這 時(shí)氣流對葉片不產(chǎn)生力矩，整個(gè)葉片實(shí)際上是一塊阻尼板。由于異步發(fā)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速是嚴(yán)格對應(yīng)的，功率控制最終也是通過速度控制來實(shí)現(xiàn)的。其中相位補(bǔ)償?shù)淖饔迷谟谑构β室驍?shù)保持在 至 之間。風(fēng)輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)。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)輪的葉尖本來是 90176。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)。 ○10 同步轉(zhuǎn)速 對于額定頻率為 f 的交流發(fā)電機(jī)其同步轉(zhuǎn)速 pfn /60? (33) 式中 p—— 發(fā)電機(jī)的極對數(shù)； n —— 同步轉(zhuǎn)速 r/min。 ○ 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。中國交流電網(wǎng)電壓頻率為 50Hz。 ○ 6 發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 發(fā)電機(jī)在額定功率運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速用 minr 表示。 ○ 4 發(fā)電機(jī)額定電壓 發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)電壓為定子或轉(zhuǎn)子輸出的電壓，單位為 V。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)。 ○ 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)。它是風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。它是由葉尖速比及發(fā)電機(jī)功率決定的參數(shù)。 （ 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。 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)磁場兩者的方向相反即電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。通常異步機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于或略高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。異步機(jī)的定子與同步機(jī)基本相同，其轉(zhuǎn)子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是由端部短接的銅條或鑄鋁制成像鼠籠一樣。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。 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)。 由于風(fēng)電場的特殊性 ， 它的并網(wǎng)和解列 的 操作十分頻繁 ， 而且由于投資成本的限制以及管理、維修等方面的優(yōu)點(diǎn) ， 現(xiàn)在大多數(shù)的大型風(fēng)電場都采用異步發(fā)電機(jī)作為主力機(jī)型。 使用異步機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單成本低并網(wǎng)控制容易 ， 缺點(diǎn)是要從電網(wǎng)吸收無功功率以提供自身的勵(lì)磁。 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。 ○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。 ○ 9 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架內(nèi)的懸掛電纜只允許扭轉(zhuǎn)177。 ○ 8 在電網(wǎng)中斷、缺相和過電壓的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)停止運(yùn)行此時(shí)控制系統(tǒng)不能供電。跟風(fēng)控制跟風(fēng)范圍177。 ○ 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。 ○ 6 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉尖閘除非在脫網(wǎng)瞬間、超速和斷電時(shí)釋放起平穩(wěn)剎車作用。 15176。 ○ 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)。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)。停機(jī)后待風(fēng)速降低到大風(fēng)開機(jī)風(fēng)速時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又可自動(dòng)并入電網(wǎng)運(yùn)行。當(dāng)風(fēng)速在 4～ 7m/s 之間切入小發(fā)電機(jī)組（小于 300kW）并網(wǎng)運(yùn)行當(dāng)風(fēng)速在 7～ 30m/s 之間切入大發(fā)電機(jī)組（大于 500kW）并網(wǎng)運(yùn)行。 （ 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。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)。 ○ 5 接地保護(hù)：金屬部分均要實(shí)現(xiàn)保護(hù)接地。 ○ 3 防雷設(shè)施及熔絲：控制 系統(tǒng)有專門設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)裝置。 （ 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)。 ○ 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)的功率不會超過額定功 率的 15%→過載→脫網(wǎng)停機(jī)。 ○ 8 偏轉(zhuǎn) 90 度對風(fēng)控制：機(jī)組在大風(fēng)速或超轉(zhuǎn)速工作時(shí)→降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率→安全停機(jī)。 ○ 6 大風(fēng)脫網(wǎng)控制： 10 分平均風(fēng)速大于 25m/s 時(shí)→超速、過載→脫網(wǎng)停機(jī)→氣動(dòng)剎車→偏航控制（ 90 度）→功率下降后脫網(wǎng)→剎機(jī) 械閘→安全停機(jī)→風(fēng)速回到工作風(fēng)速區(qū)后→恢復(fù)自動(dòng)對風(fēng)→轉(zhuǎn)速上升后→自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)動(dòng)。 ○ 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。 ○ 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)。保護(hù)環(huán)節(jié)為多級安全鏈互鎖在控制過程中具有“與”的功能在達(dá)到控制目標(biāo)方面可實(shí)現(xiàn)邏輯“或”結(jié)果。 ○ 3 控制功能和控制參數(shù) 節(jié)距限制、功率限制、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電氣負(fù)荷的連接、起動(dòng)和停機(jī)過程、電網(wǎng)或負(fù)荷丟失時(shí)的停機(jī)、扭纜的限制、機(jī)艙對風(fēng)、運(yùn)行時(shí)電量和溫度的限制。 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。因此對于一個(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。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)。 3 風(fēng)力發(fā)電 電氣 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)工作的安全可靠性已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能否發(fā)揮作用，甚至成為風(fēng)電場長期安全可靠運(yùn)行的重大問題。因此風(fēng) 力發(fā)電機(jī)配備有電纜扭曲計(jì)數(shù)器 ， 用于提醒操作員應(yīng)該將電纜解開了。 （ 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 。自我故障診斷及微機(jī)終端故障輸出需維修的故障，由維修人員維修后給 微機(jī)以指令，微機(jī)再執(zhí)行自動(dòng)控制程序。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。 借助電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙以 使轉(zhuǎn)子正對著風(fēng)。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(dòng)力調(diào)速裝置； ○ 5 扭頭、仰頭調(diào)速裝置。 （ 8）調(diào)速裝置 風(fēng)速是變化的，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會隨風(fēng)速的變化而變化。 （ 7）塔架 塔架是支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的支架?，F(xiàn)在我國已經(jīng)發(fā)明了交流電壓440/240V的高效永磁交流發(fā)電機(jī)，可以做成多對極低轉(zhuǎn)速的，特別適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 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。 大型風(fēng)電機(jī)（ 100150 千瓦）通常產(chǎn)生 690伏特的三相交流電。 （ 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。 （ 4）聯(lián)軸器 增速器與發(fā)電機(jī) 之間用聯(lián)軸器連接，為了減少占地空間，往往聯(lián)軸器與制動(dòng)器設(shè)圖 計(jì)在一起。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。 主軸也稱低速軸， 將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起 ， 由于承受的扭矩較大，其轉(zhuǎn)速一般小于 50r/min，一般由 40Cr 或其他高強(qiáng)度合金鋼制成。 輪轂是連接葉片和主軸的零部 件。 葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最關(guān)鍵的部件， 現(xiàn)代風(fēng) 力發(fā) 電機(jī)上每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的測量長度大約為 20 米 葉片數(shù)通常為 2 枚或 3 枚， 大部分轉(zhuǎn)子葉片用玻璃纖維強(qiáng)化塑料（ GRP）制造。 (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。 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調(diào)向機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機(jī)艙機(jī)座回轉(zhuǎn)體制動(dòng)器等）組成的。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。 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前世界各國風(fēng)力發(fā)電機(jī)最為成功的一種形式，主要 優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)輪可以架設(shè)到離地面較高的地方，從而減少了由于地面擾動(dòng)對風(fēng)輪動(dòng)態(tài)特性的影響。 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。風(fēng)輪機(jī)的類型很多通常將其分為水平軸風(fēng)輪機(jī)垂直軸風(fēng)輪機(jī)和特殊風(fēng)輪機(jī)三大類。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。 ○ 2 風(fēng)能資源的估算 風(fēng)能的大小實(shí)際就是氣流流過的動(dòng)能 ， 因此可以推導(dǎo)出氣流在單位時(shí)間內(nèi)垂直流過單位截面積的風(fēng)能 ， 即風(fēng)功率為 V??? (11) 式中 ? 為風(fēng)能 (w)； ? 為空氣密度 (kg/m )； v 為風(fēng)速 (m/s)。通過它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。一般以草地上空 10m高 處 的 10min 內(nèi)風(fēng)速的平均值為參考。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。 （ 2）風(fēng)的參數(shù) 風(fēng)向和風(fēng)速是兩個(gè)描述風(fēng)的重要參數(shù)。 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。大氣的流動(dòng)也像水流一樣 ， 是從壓力高處往壓力低處流 ， 太陽能正是形成大氣壓差的原因。 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。 （ 9）單機(jī)容量小 由于風(fēng)能密度低決定了單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量不可能很大，與現(xiàn)在的火力發(fā)電機(jī)組和核電機(jī)組無法相比。 （ 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。我國由于中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部從國外引進(jìn)，造價(jià)和電價(jià)相對比火力發(fā)電高，但隨著大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化，在不久的將來風(fēng)力發(fā)電的造價(jià)和電價(jià)都將低于火力發(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。 （ 2）建設(shè)周期短 一個(gè)十兆瓦級的風(fēng)電場建設(shè)期不到一年?？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)軸相連就會帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù) ， 大約 3m/s 的 微風(fēng) 速度便可以開始發(fā)電。 2 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。因此對于一個(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。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)。 論文主要內(nèi)容的 簡介 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)工作的安全可靠性已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能否發(fā)揮作用，甚至成為風(fēng)電場長期安全可靠運(yùn)行的重大問題。按照這個(gè)增長速