【正文】 得調(diào)節(jié)信號 ： 風速 5~7m/s， 風 機工作于同步轉(zhuǎn)速以下 (1100~1500RPM)； 風速 7~9m/s 風機 工作于同步轉(zhuǎn)速附近 (1500RPM)， 與一般風機工作方式一 致 ； 風速 9~15m/s， 風機工作于同步轉(zhuǎn)速以上 (1500~1625RPM)； 風速15~25m/s， 風機 工作于負荷調(diào)節(jié)狀態(tài) ， 根據(jù)功率調(diào)節(jié)風機行為 ， 電機允許轉(zhuǎn)速范圍為1600~1650RPM。 （ 1） 起動狀態(tài) 變槳距風輪的槳葉在靜止時，節(jié)距角為 90176。方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風輪起動。轉(zhuǎn)速控制器按一定的速度上升斜率給出速度參考值，變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的速度參考值，調(diào)整槳葉節(jié)距角，進行速度控制。為了改善低風速時的風輪氣動特性，采用了 Optitip 技術(shù)，即根據(jù)風22 速的大小，調(diào)整發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比上，以優(yōu)化功率輸出。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)電機的功率信號進行控制。 由于變槳距系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到限制 ,對快速變化的風速 ,通過改變節(jié)距來控制輸出功率的效果并不理想。變槳距系統(tǒng)由風速低頻分量和發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制，風速的高頻分量產(chǎn)生的機械能波動，通過迅速改變發(fā)電機的 轉(zhuǎn)速來進行平衡，即 通過轉(zhuǎn)子電流控制器對發(fā)電機轉(zhuǎn)差率進行控制，當風速高于額定風速時，允許發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高，將瞬變的風能以風輪動能的形式儲存起來；轉(zhuǎn)速降低時， 再將動能釋放出來，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。功率控制器的任務(wù)主要是根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)速給出相應(yīng)的功率曲線，調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，并確定速度控制器 B 的速度給定。如圖 28 所示，當風力發(fā)電機組并入電網(wǎng)前，由速度控制器 A 給出；當風力發(fā)電機組并入電網(wǎng)后由速 度控制 B 給出。變距控制器是一個非線性比例控制器， 它可以補償比例閥的死帶和極限?；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?？刂破饕灿糜谠谕剿伲?50Hz 時 1500 轉(zhuǎn) /min）時的控制。 10 minr 內(nèi)持續(xù) 1s發(fā)電機將切入電網(wǎng)。 當風力發(fā)電機組從待機狀態(tài)進入運行狀態(tài)時，變槳距系統(tǒng)先將槳葉節(jié)距角快速地轉(zhuǎn)到45176。當轉(zhuǎn)速從 0 增加到 1500 minr 時，節(jié)距角給定值從45176。這一過程不僅使轉(zhuǎn)子具有高起動力矩，而且在風速快速地增大時能夠快速起動。如圖 211 所示，速度控制器 B 受發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風速的雙重控制。額定的速度給 定值是 1569r/min,相應(yīng)的發(fā)電機轉(zhuǎn)差率是 4%。 如果風速高于額定值，發(fā)電機轉(zhuǎn)速通過改變節(jié)距來跟蹤相應(yīng)的速度給定值。從圖中可知在風速信號輸入端設(shè)有低通濾波器，節(jié)距控制對瞬變風速并不響應(yīng)。通過對發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的控制來迅速改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率，從而改變風輪轉(zhuǎn)速，吸收由于瞬變風速引起的功率波動。外環(huán)通過測量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生功率參考曲線。如果功率低于額定功率值，這一控制環(huán)將通過改變轉(zhuǎn)差率，進而改變槳葉節(jié)距角，使風輪獲得最大功率。它根據(jù)給定的電流值，通過改變轉(zhuǎn)子電路和電阻來改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率。當功率變化即轉(zhuǎn)子電流變化時， 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。發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩為 ? ? ? ? ? ?22 39。1 1 2 1 1 2 1 2eT m p U R S R R S X X? ?? ?? ? ? ????? (23) 式中 P — 電機極對數(shù)； 1m — 電機定子相數(shù)； 1? — 定子角頻率 ,即電網(wǎng)角頻率； 1U — 定子額定相電壓； S — 轉(zhuǎn)差率； 1R — 定子繞組的電阻； 1X 定子繞組的漏抗； 39。 式中只要 39。當風速變大27 時，風輪及發(fā)電機上的轉(zhuǎn)速上升 ，即發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率 S 增大，只要改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電阻即可保持輸出功率不變。 變槳距 風力發(fā)電機組控制系統(tǒng) 風力發(fā)電機組的變槳距控制系統(tǒng)模型 變槳距風輪機的槳葉靜止時節(jié)距角為 90176。方向轉(zhuǎn)動，直到氣流對槳葉產(chǎn)生一 定的攻角后風輪才起動。功率反饋信號與額定功率進行比較，功率超過額定功率時，槳葉節(jié)距向迎風面積減少的方向轉(zhuǎn)動一個角度，反之則向迎風面積增大的方向轉(zhuǎn)動一個角度。 （ 2） 槳距角控制功率的參照量（ Pref）模型 以發(fā)電機的額定功率作為控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實際值與其進行比較，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行功率調(diào)節(jié)。貝茨(Betz)建立的。而空氣流是連續(xù)的，不可壓縮的，葉片掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向不論在葉片前或流經(jīng)葉片后都是垂直葉片掃掠面的 (或稱為是平行風輪 軸線的 )，滿足以上條件的風輪稱為“理想風輪”。風吹到葉片上所做的功是將風的動能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動的機械能，則有 21VV ， 21SS 。 如果以 ? 表示空氣密度，該體積的空氣質(zhì)量 svm ?? ，此時氣體所具有的動能為 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。 風作用在葉片上的力由歐拉定理求得 )()( 2121 vvmvvsvF ???? ? (44) 式中 ? —— 空氣當時的密度 風輪所接受的功率為 )( 212 vvsvFvP ??? ? (45) 所以經(jīng)過風輪葉片的風的動能轉(zhuǎn)化 )(21)(21 22212221 vvmvvsvT ????? ? (46) 式中 sv? —— 空氣質(zhì)量 TP ?? (47) 2 21 vvv ??? (48) 因此 ， 風作用在風輪葉片上的力 F 和風輪輸出的功率 P 分別為 )(21 2221 vvsF ?? ? (49) ))((41212221 vvvvsP ??? ? (410) 風速 1V 是給定的， P 的大小取決于 2V ， P 是 2V 的函數(shù)，對 P 微分求最大值得 )32(41 2221212 vvvvsdvdP ??? ? (411) 令其等于 0，求解方程得 12 31vv ? (412) 3131m a x 271621278 svsvP ?? ??? (413) 16/27=0． 593， PC 稱作貝茨功率系數(shù) PCsvP 31m a x 21 ?? (414) 而 3121 sv?正是風速為 1V 的風能 T ，故 pTCP ?max (415) 30 PC =0． 593，說明風吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率 maxP 為風吹過葉片掃掠面積 S 的風能的 59． 3％。通常風輪機風輪葉片接受風能的效率達不到 59． 3％，一般根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片的翼形、功率等情況取 。 （ 1）風能利用系數(shù) PC 風輪機從自然風能中吸到能量的大小和程度可以用風能利用率系數(shù) PC 表示 SvPCp 3121 ?? (416) （ 2）葉尖速比 ? 為了表示風輪在不同的風速中的狀態(tài)用葉片的葉尖圓 周速度與風速之比來衡量稱為葉尖速比 ? vwRvRn ?? ?? 2 (417) 低速風輪 ? 取較小值；高速風輪 ? 取較大值。 SRvTSRvTCT 22221 ?? ?? (418) SvFSvFCF 22221 ?? ?? (419) 31 在低風速時，槳葉節(jié)距角可以轉(zhuǎn)到合適的角度，使風輪具有最大的起動力矩，起動容易。在機組與電網(wǎng)斷開之前，使之輸出功率減小 到 0，對電網(wǎng)的沖擊最小。風力發(fā)電機組起動時，調(diào)節(jié)槳葉由順槳位置（ 90 度）到 0度，風機葉輪速度不斷上升，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到 700rpm 時，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磁電流，使得發(fā)電機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)。 并網(wǎng)成功后，在額定風速以下，由主控制器對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速進行控制，槳距角保持0 度不變。功率輸出將穩(wěn)定地保持在額定值上。在運行過程中，當輸出功率小于額定功率時， 通過調(diào)節(jié) 槳距角 ，增大葉片迎風面積 ； 若輸出功率大于額定功率，調(diào)節(jié) 槳 距角，減小葉片迎風面積。通過變 槳 距的調(diào)節(jié)， 使發(fā)電機的輸 出功率保持在額定功率。 本設(shè)計根據(jù)發(fā)電機測速傳感器的信號及風力大小傳感器傳遞的信號，送至 PLC 進行分析，若發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，即功率未達到額定功率，則控制 槳 距角在 0 度， 當發(fā)電機輸出功率達到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化 ， 使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率。 圖 42 變槳距控制電路圖 L1 L2 L3 OV PULS_ DIR_ U V W PULS_ DIR_ 24V M~ 來自 PLC 輸出接口 L1 L2 L3 FU3 QF3 M3 FR3 33 5 偏航系統(tǒng) 程序 設(shè)計 偏航控制系統(tǒng)硬件設(shè)計及選型 風力機的偏 航系統(tǒng)由偏航檢測機構(gòu)、偏航控制機構(gòu)和偏航驅(qū)動機構(gòu)三大部分組成，其中偏航檢測機構(gòu)包括：風傳感器、機艙位置傳感器；偏航控制機構(gòu)包括：偏航控制器、變頻器；機械驅(qū)動機構(gòu)包括：偏航軸承、偏航潤滑系統(tǒng)、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器。風作為矢量，既有大小，又有方向，其測量包括風向和風速兩項。風速傳感器型號： 4. 。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，通常安裝有機艙位置編碼器。 偏航控制 機構(gòu) 偏航控制平臺擁有四層結(jié)構(gòu) ,包括網(wǎng)絡(luò)層 ,主站層 ,從站層和現(xiàn)場層。主站層由嵌入式 PC、 電 源模塊 、 現(xiàn)場總線模塊以及 其他 I/O模塊等組成，完成對整個系統(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)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、控制信號輸出等功能 。偏航控制平臺結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 表 控制器和通訊模塊置表 名稱 型號 數(shù)量 控制器 CX10200000 1 PROFIBUS 現(xiàn)場總線主站接口 CX1500M310 1 電源模塊 CX11000002 1 數(shù)字量輸入模塊 KL1408 1 數(shù)字量輸出模塊 KL2134 3 總線耦合器 BK3150 1 安全總線端子模塊 KL1904 1 SSI 編碼器接口模塊 KL5001 1 模擬量輸入模塊 KL3122 1 總線末端模塊 KL9010 2 這些功能模塊可以通過現(xiàn)場總線 ProfibusDP 與上位機進行通信及數(shù)據(jù)交換；接收控制量，并將控制量送給控制對象的執(zhí)行機構(gòu)；采集現(xiàn)場過程值送入上位機運算，實現(xiàn)實時34 控制等功能。兩種主要的單元是：控制單元（ CU）、功率模塊（ PM）。功率模塊選用了 PM240 功率模塊具體型號為 6SL32240BE315AA0。在選擇變頻器時，依據(jù) 電流相加計算，總電流 i=179。= 25A,同時考慮了輸出功率的問題， 最終選擇 型號為6SL32240BE315AA0 的功率模塊 。 偏航驅(qū)動機構(gòu) 設(shè)計針對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，必須定時給軸承潤滑。選型：電機選用了單相交流電動機，為力士德 YL8014 型號的電機，額定功率： ； 額定電壓 ： 220V ；額定電流： 4A 額定轉(zhuǎn)速 ： 1400rpm。偏航電機：為電磁 制動三相異步電動機，在三相異步電動機的基礎(chǔ)上附加一個直流電磁鐵制動器組成，電磁鐵的直流勵磁電源由安放在電機接線盒內(nèi)的整流裝置供給，制動器具有手動釋放裝置。偏航停止時，電磁剎車斷電，剎車釋放將電機鎖死。設(shè)計中選用了 Bonfiglioli 公司 100LB 電磁抱閘一體化的三相異步電動機。通過行星齒輪減速機得到合適的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，由于偏航速度很慢，減速器傳動比很大，通常 在 1： 1000 左交流22 0 VFU4偏航潤滑電機～液壓泵溢流閥潤滑油氈齒輪油箱偏航軸承油脂分配器油脂分配器QF4K2電磁閥 K3 電磁閥 K436 右，因此采用多級減速器，在設(shè)計中選用 Bonfiglioli 700T 系列的 711T 行星齒輪減速機。液壓制動系統(tǒng)的原理圖如圖