风力发电机组控制技术解析课件.ppt

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1、风力发电机组控制技术第一章概述第二章风力机基本理论第三章风力发电机组控制第四章典型风力发电机组控制系统（定桨距机组）（变桨距机组）（变速机组）第五章现代控制理论及其在风力发电中的应用主要内容第一章概述按风轮桨叶分类：定桨型、变桨型；按风轮转速分类：定速型、变速型；按传动机构分类：齿轮箱升速型、直驱型；按发电机分类：异步型、同步型；按并网方式分类：并网型、离网型。二、风力发电发展现状控制系统是风力机组可靠运行以及实现最佳运行的可靠保证。国内已具备桨叶、发电机、齿轮箱、变距轴承、偏航轴承和主轴承等关键部件的开发能力。控制系统、变

2、频器和变桨系统还有待完善。一、风力发电机组及其分类轮毂齿轮箱油冷却器发电机变桨驱动旋转罩机舱低速轴热交换器控制箱旋转接头支撑轴承偏航驱动机舱座通风隔离减震风力发电机组结构图第一章概述三、风力发电发展趋势从国内外近几年风电产业发展看，随着风电产业的不断发展，风力机组控制技术也在不断发展，以满足其自身对风速变化、成本、环境及稳定运行等各方面的要求，主要发展趋势包括以下几个方面：变桨距调节方式迅速取代失速调节方式；变速运行方式迅速取代恒速运行方式；机组规模向大型化发展；直驱永磁、异步双馈两种形式共同发展。第一章概述基于双馈异步发电

3、机（DFIG）三、风力发电发展趋势第一章概述基于鼠笼异步发电机（SCIG）三、风力发电发展趋势第一章概述基于永磁同步发电机（PMSG）三、风力发电发展趋势第一章概述第一章概述三、风力发电发展趋势第二章风力机基本理论气流动能为m空气质量，v气流速度密度为ρ的气流过面积S的气体体积为V，M=ρV=ρSv则单位时间内气流所具有的动能为理想风轮与贝兹（Betz）理论：前后空气体积相等：S1v1=Sv=S2v2根据牛顿第二定律，单位时间内风轮上的受力F=mv1-mv2=ρSv(v1-v2)风轮吸收的功率P=Fv=ρSv2(v1-v2)

4、风轮吸收的功率又等于风轮前后动能（单位时间）的变化：令两式相等，得经过风轮风速变化产生的功率为其最大功率可令得，代入后得到的最大理想功率为与气流扫掠面积风的能量相比，可得风力机的理论最大效率：一、风力机能量转换过程S1v1SvS2v2第二章风力机控制有限叶片数由于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所下降。实际风力机曲线如下图所示：Betz极限理想的Cp曲线实际的Cp曲线失速损失型阻损失0一、风力机能量转换过程1、风能利用系数：风力机的实际功率其中CP为风能利用系数，它小于0.5932、叶尖速比为了表示风轮在不

5、同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比二、风力机的主要特性系数第二章风力机基本理论第二章风力机基本理论二、风力机的主要特性系数第二章风力机基本理论二、风力机的主要特性系数风力机参数关系曲线图第二章风力机基本理论二、风力机的主要特性系数风力机参数关系曲线图第二章风力机基本理论二、风力机的主要特性系数4、升力系数和阻力系数升力系数与阻力系数是随攻角变化的升力系数随攻角的增加而增加，使得桨叶的升力增加，但当增加到某个角度后升力开始下降；阻力系数开始上升。出现最大升力的点叫失速点。截面形状（翼型弯度、翼型厚度、前缘

6、位置）、表面粗糙度等都会影响升力系数与阻力系数。对有限长桨叶，叶片两端会产生涡流，造成阻力增加。二、风力机的主要特性系数-30o-20o-10o0o10o20o30o40o0.80.60.40.2-0.2第二章风力机基本理论功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节三种方式。失速调节风力发电机风轮气流特性三、风轮气动功率调节第二章风力机基本理论气动功率调节原理图三、风轮气动功率调节第二章风力机基本理论三、风轮气动功率调节第二章风力机基本理论当风穿过风轮扫风面后，由于风轮运动和塔架的存在，使得风速受到影响，进而

7、影响风力机捕获风能的效率。其中主要有以下方面的影响：1、风剪切影响：叶片旋转过程中，单个叶片会因为高度不断变化，使风速产生周期性的变化，进而使得气动转矩产生周期性的变化；2、塔影效应：叶片旋转过程中，会周期性的经过塔架，空气流在叶片与塔架之间产生绕流、紊流等作用，同样会影响气动转矩，对下风向风力机尤其重要。3、尾流效应：相邻的风力机之间也会相互影响，前面的风力机风轮旋转产生的气流变化会对后面的风力机受到的风速特性产生影响，即尾流效应影响。三、风轮气动功率调节第二章风力机基本理论一、机组的总体结构第三章风力发电机组控制控制系统

8、风轮增速器发电机主继电器主开关熔断器变压器晶闸管电网风变桨风速转速并网功率无功补偿风定桨：1.5-2.5叶尖扰流器起脱网停机气动刹车，一般采用双速发电机来提高效率。变桨：随风速改变攻角，超过额定风速保持额定功率。设计风轮转速：20-30r/min，通过增速器与发电机匹配。采用晶闸管软切入并