风电基础知识..ppt

* * 100 20 60 风轮直径D/m 塔架高度H/m 风轮几何参数 风轮物理参数 CP 塔架的刚度 B 叶片数， P 叶轮转动频率 刚性塔： （叶片通过频率） 柔性塔： 甚柔塔： 金风产品的配套叶片 600KW 750KW 1.2MW 功率控制 失速 失速 变桨 重量 2000 （3％） 3200 4700 重心位置（距法兰端面）（mm） 5800 （50） 7850 9150 挥舞频率 1.75 1.60 1.32 摆振频率 3.05 2.85 2.25 由 中航（保定）惠腾风电设备有限公司制造 风力发电机组共振图 风电机组可靠性运行 结构动力分析 按风力机用途可分为风力提水机组和风力发电机组。 风力提水机组 风力发电机组 风机分类 按风力机风轮转轴相对地面的位置可分为垂直轴风力机和水平轴风力机。 垂直轴风力机 水平轴风力机 水平轴风力发电机组按风力机功率调节方式可分为： 水平轴风力发电机类型 定桨距失速型风力发电机组 变桨距失速型风力发电机组 变桨变速恒频型风力发电机组 水平风力发电机 比较 定桨定速vs.变桨变速 风力发电机组输出功率的比较 风机控制基本概念 比如，控制系统可能执行风速测量、检验系统元件的安全性、释放刹车盘、完成桨矩设置、关闭接触器、并网发电机等 风机控制 (1) 机组的启动和关机程序； (2) 电气负载的连接和发电机的软并网控制； (3) 大、小发电机的自动切换； (4) 补偿电容器的分组投入和切换； (5) 变桨距风力机的功率调节和功率限制； (6) 风轮转速； (7) 偏航迎风； (8) 扭缆限制； (9) 电网失效或负载丢失时的关机等。 控制系统可以控制的功能和参数包括 风机控制 (1) 风速和风向； (2) 风轮或发电机转速； (3) 电参数，包括电网电压和频率，发电机输出电流、功率和功率因数； (4) 温度，包括发电机绕组和轴承温度，齿轮箱油温，控制柜温度和外部环境温度； (5) 制动设备状况； (6) 电缆缠绕； (7) 机械零部件故障； (8) 电网失效等。 对风力发电机组运行参数和状态的检测和监控 风机控制 转轮惯量 驱动链惯量 电力扭矩 刹车扭矩 主轴 空气动力扭矩 动力传递 风机控制 结构动力 结构运动 变桨执行 结构动态 空气动力 执行器动态 驱动链动态 电机动态 控制动态 功率变送器动态 风 轴转速 轮毂扭矩 电机转子转速 电机发应 变桨命令 测量功率 图：风机动态响应与相应控制 风机控制 功率放大器 执行器 被控对象 传感器 控制器 期望输出 实际输出 控制步骤 风机设计 传动系统 动力学模型 风模型： 湍流风模型 瞬态风模型 空气动力学模型： 动量原理＋叶素理论＋Prandtl叶尖损失模型 尾流模型 动态失速模型 控制模型 风力发电机 仿真计算模型 风机设计 的主要模型 风机设计概念及工程设计 子系统 概念 工程设计 叶轮 叶片的数量（1，2，3）、叶片的刚性（柔的或刚的） －聚酯玻璃纤维材料 －环氧玻璃纤维材料 －环氧碳纤维材料 －环氧木纤维材料 跷跷板或刚性轮毂 焊接或铸造 功率控制系统 叶片桨距控制 全叶片或部分叶片变桨距控制 失速控制（定桨或主动失速控制） －电机驱动或液压驱动或齿形带驱动 －被动的 通过离心力 和/或 空气动力 安全系统 极限风速下，刹车型和定位，冗余型（如：各叶片可分别顺桨） －空气动力学刹车及机械刹车 －偏航（对于小叶轮） 传动系统和机舱支撑结构 底板安装式，紧凑或集成式 不同的叶轮轴承和齿轮箱的布置方式 电气系统 定速或变速（传统高速电机） －定速：感应或同步电机直接与电网连接 －变速：在感应或同步电机与电网之间加变频系统 低速电机 无齿轮箱（直驱） －多极感应或同步励磁电机 －永磁电机 偏航系统 主动或被动偏航 塔架 刚性的 钢结构 柔性的 加强混凝土结构 水平轴风机 不同转轮系统 及 其主要子系统的工程设计方法 设计驱动因素 部件重量 设计驱动模型 运行因素 准稳定/额定载荷 波动和疲劳载荷 弯矩 推力 自重 空气动力 扭矩 尖速 功率 运行 灵活性 结构 柔性 速度控制 功率控制 系统 适应性 风机模拟软件的相互关系 风机设计涉及的知识 对设计工具的要求 （Design tool requirement) 风机与其他设备的不同 Garrad Hassan Bladed 模型 Garrad Hassan Bladed 模型 Bladed 的结构动力分析 * * * * * * * * 风场中风机排布 正对主风向：间