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风力发电机组控制技术介绍

一、1.5MW变桨双馈型风力发电机简介能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体素系极大地推动了人类社会的发展。然而人类在物质、精神生活不断提高的同吋感悟到大规模使用化石燃料所造成严重后果：资源日益枯竭，环境不断恶化，因此人类注意到大力开发一种凊洁、安全、可持续能源系统——风力发电。

太阳的辐射造成地表面受热不均，空气流动产生了风，风能是储量非常巨大可再生能源，它不会因人类的开发利用而枯竭。大力开发、利用风能进行发电，功在当代，利在千秋。

5MW风力发电机为例进行，该风力发电机组型号为：UP77-1.5MW。该风力发电机是三叶片、上风向、叶片变浆距、主动偏航、叶轮直径为77米、额定容量为1500kW、设计使用寿命20年的风力机。该机采用双馈异步发电机，该电机可以使风力机在比较宽的风轮转子转速变化范围内运转,以获取更多的电能。01风轮由3个叶片（全长控制）、叶片轴承及球墨铸铁轮毂构成。叶片全长37.5米。叶片通过4-点球式轴承，安装在叶片轮毂上，以实现叶片的迎角可调。风力机可以根据发电量及产生的噪音调节叶片运行时的角度。02

01在高风速下，双馈发电机和变浆距系统将风力机的输出功率保持在额定功率。在低风速条件下，双馈发电机和变浆距系统通过选择风轮转子的转速和叶片角度的最佳结合使风力机的输出功率最大。02风力机通过主轴将机械功率由齿轮箱传输到发电机。齿轮箱由1级行星齿和2级螺旋齿轴传动。从齿轮箱通过万向联轴节柔性联结，将能量耦合到发电机。

发电机是一台高效率的4极双馈式发电机,带有绕组转子和滑差线圈，采用绝缘轴承配置。双馈异步发电机，又称交流励磁发电机。其结构与绕线式异步电机类似，但转子上需要4个滑环。馈电方式则和双馈电机或异步电动机超同步串级调速系统相似，即定子绕组接电网，转子绕组由变频器提供频率、相位、幅值都可调节的电源，实现恒频输出，还可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节。

由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为额定功率的一部分，这样该变频器的成本以及控制难度大大降低。01另外发电机运行时，既可超同步转速运行，也可亚同步转速运行，变速运行在1100~1810rmp之间，而定子输出电压和频率可以维持不变，既可调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。02这种采用双馈异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变频器的容量外，还可以实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。03

风力机的基本制动方法是全顺浆制动。高速轴的制动是紧急状态下的紧急制动，通过液压系统启动安装在齿轮箱高速主轴上的紧急碟式制动器。

风力机的功能通过几台微处理器构成的控制单元监控。控制系统安装在机舱内。在风力机全工况的过程中调节控制系统可以使叶片的转动角度变化在0°～90°。控制系统根据安装在机舱顶部的风向仪提供的风向信息控制偏航系统转向。

偏航系统是由回转支撑轴承、弹簧阻尼装置和四台电机驱动的齿轮传动机构组成的。机舱盖是由玻璃纤维强化聚脂材料制成，可以保护机舱内部的设备，防雨、雪、尘和阳光的照射。机舱内还安装了一台起重量为200千克的链式提升机，提升高度为80米。风力机的塔架是钢制圆锥型筒式结构。030201

变桨双馈风力发电机电气原理图如下：

风力发电控制系统组成示意图

控制器的配置控制系统硬件分别安装在三个不同部分：机舱控制，安装在机舱内地面控制，安装在塔架底部轮毂控制，安装在轮毂内部机舱控制部分按功能可分为三部分：控制部分：主要控制机舱内各部分工作，如风况监控，变桨控制，温度控制等变频器：控制发电，与电网联接以及断开等功能压力和保护控制：电器保护装置

控制器监控风机的全部功能以保证在任何风速下风机的运行保持最佳状态。它连续地扫描来自风机各个传感器的信号，所以一旦发现错误，马上处理。如果出现的错误要求停止风机，控制系统会立刻停止风机。01塔筒柜有一个触摸屏显示风机运转数据。控制器允许进行远程监控。它同时受系统的监控系统监控，以保障风机的正确的运行。01

二、变浆距控制系统介绍1、双馈发电机的变浆距系统组成：变桨驱动控制柜（3个）、配电柜（1个）、变桨电机及减速箱（3个）、电池柜（3个），固定在轮毂内。供电运行相关的控制、远程诊断、通讯与远程控制可采用RS接口或现场总线（CANOpen，PROFIBUS，DeviceNet，EtherCAT等）通过滑环送入机舱电气柜。轮毂內电源、通讯线通过滑环接入机舱电气柜。

1.1风机控制系统结构风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风