风电机组检测与控制 1天培训课ppt课件.pptVIP

第一讲 绪 论 第一讲 绪 论 第一讲 绪 论 第一讲 绪 论 第一讲 绪 论 图中看出，系统的特性除了与机组特性有关外，还受控制器影响。 运行中控制器可改变功率输出，风能看成是扰动。 第一讲 绪 论 第二讲 风力机控制 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= ρ V= 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) 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： 第二讲 风力机控制 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0.593 2、叶尖速比 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比 第二讲 风力机控制 1、桨叶的翼型 第二讲 风力机控制 第二讲 风力机控制 第二讲 风力机控制 第三讲 变桨距风力发电机组控制 第三讲 变桨距风力发电机组控制 第三讲 变桨距风力发电机组控制 第三讲 变桨距风力发电机组控制 第三讲 变桨距风力发电机组控制 第三讲 变桨距风力发电机组控制 控制系统的执行机构 控制系统的执行机构主要指变桨系统、偏航系统和液压制动系统。其中变桨系统分为液压变桨系统和电机驱动变桨系统两种，用来完成对风力机的变桨距操作。液压系统为液压变桨距系统提供动力并执行风力机的机械制动操作。偏航系统使风轮轴线与风向保持一致。 制动保护系统 在实际应用中，要求风力发电机组具有空气动力刹车和机械制动刹车功能。定桨距风力机的叶尖扰流器及变桨距风力机的变桨功能具有气动刹车作用，可以在电网掉电情况下使风力机减速，机械制动器可以保证机组刹车停机。 对于定桨距风电机组，当风力发电机组处于运行状态时，叶尖扰流器作为桨叶的一部分起吸收风能的作用，保持这种状态的动力是风力发电机组中的液压系统。液压系统提供的压力油通过旋转接头进入桨叶根部的液压缸，压缩叶尖扰流器机构中的弹簧，使叶尖扰流器与桨叶主体平滑地连为一体；当风力发电机组需要停机时，液压系统释放压力油，叶尖扰流器在弹簧及离心力作用下，按设计的轨迹转过90°，在空气阻力作用下起到制动作用。对于变桨距风力机，整个叶片的桨距角在0°到90°是可调的，因此同样可以起到气动刹车的作用。 盘式制动刹车在大型风力发电机组中主要作为辅助刹车装置使用。盘式制动刹车一般都安排在高速轴上，典型的机械制动器由钢制刹车盘和一个或多个刹车钳组成，安排在高速轴上的优点是需要的制动转矩较小，减小了刹车盘的直径及重量，缺点是齿轮箱的传动链承受制动力矩。 制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，风力发电机组运行时由液压系统的压力保持使其处于制动状态。制动系统一般按失效保护原则设计，即失电时或液压系统失效时处于制动状态。 变桨距执行系统 变距机构是变桨距风电机组实现变距控制和气动安全刹车的关键机构之一。按照风电机组变桨控制需要，变距机构应满足以下要求: 1）当风轮正常工作时，通过变距机构将叶片控制在某一气动角度以适合实际风速的运行状态，即保证风电机组运行中桨距的相对位置，实现电控系统的实时控制，使叶片上的空气动力流动处于最佳状态。 2）当风速超过限定值时或其他控制指令需要停机时，三个叶片同时通过变距机构，迅速绕桨叶轴旋转至顺桨位置。此时，叶片由推力面变成了气动阻力板，在叶片气动阻力作用下，风轮转速迅速降低，从而实现风轮叶片的气动刹车。顺桨后，风轮迅速由额定转速降至极低转速，为实施机械刹车创造条件。 变桨距执行系统 目前变桨距机构主要有两种方案：液压执行机构和电机执行机构。液压执行机构以其响应频率快、扭矩大、系统失电时自动顺桨保护等优点在目前的变桨距机构中应用较为普遍，它特别适合于大型风力机的场合。而电机执行机构以其结构简单、容易实现对叶片的单独控制，也受到许多厂家的青睐，但顺桨蓄电池一旦失效会给机组带来安全隐患。 变桨控制执行系统原理如下图所示，控制系统根据当前风速大小，通过相应的控制算法给定当前叶片桨距角为，通过桨距控制器把角度信号转变为相应的伺服系统控制信号，通过伺服控制系统驱动变桨距机构进行桨距角调整。同时，桨距角的变化通过