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风力发电控制原理资料

作者:尊龙现金娱人生就是 发布时间:2020-08-04 12:52 点击数:

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  风力发电机组控制原理 第一章 绪 论 旋转罩 轮毂 机舱 油冷却器 热交换器 齿轮箱 旋转接头 控制箱 低速轴 变桨驱动 支撑轴承 偏航驱动 发电机 通风 隔离减震 机舱座 风力发电机组结构图 第一章 绪 论 一、机组的总体结构 风轮 增速器 发电机 电网 主继电器 风 主开关 熔断器 变压器 转速 晶闸管 变桨 并网 功率 风 风速 控 制 系 统 无功补偿 ?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网,并网容易,扰动小。 ?含微处理器的控制系统。 第一章 绪 论 二、风力发电机组的主要类型与控制要求 ?定桨距失速型机组 监控系统任务:控制风力发电机并网与脱网;自动相位补偿;监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况;异常工况保护停机;产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 ?全桨叶变距型机组 监控系统任务:控制风力发电机并网与脱网;优化功率曲线;监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况;异常工况保护停机;产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 ?基于变速恒频技术的变速型机组 监控系统任务除去上述功能外主要包括: 基于微处理器及先进IGBT电力电子技术的发电机转子变频励磁;脉宽调制技 术产生正弦电压控制发电机输出电压与频率质量;低于额定风速的最大风能 (功率)控制与高于额定风速的恒定额定功率控制。 第一章 绪 论 三、风力发电机组的控制技术 ?定桨距失速型机组 解决了风力发电机组的并网问题和运行安全性与可靠性问题,采用了软并网 技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术。 固定的节距角及电网频率决定的转速,简化了控制与伺服驱动系统 。 ?全桨叶变距型机组 启动时可进行转速控制,并网后可进行功率控制。 电液伺服机构与闭环变距控制提高了机组效率。 ?基于变速恒频技术的变速型机组 采用变速风力发电机。 根据风速信号控制,低于额定风速跟踪最佳功率曲线,高于额定风速柔性保 证额定功率输出。改善了高次谐波对电网影响,提高了功率因数,高效高质 地向电网供电。 习题:各不同类型机组的控制技术有何功能特点。 第一章 绪 论 四、风力发电机组的控制特性 风能 风轮 动态特性 风轮转矩×转速 传动链 动态特性 发电机转矩×转速 发电机 动态特性 功率 变送器 电功率 变距位置 伺服 执行器 变距指令 控制器 功率信号 ? ? 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。 第一章 绪 论 五、风力发电机组的控制系统结构 用户界面 ?输入用户指令,变更参数 ?显示系统运行状态、数据及 故障状况 发电机控制 ?软并网 ?变频器励磁调节 主控制器 ?运行监控,机组起/停 ?电网、风况监测 无功补偿 ?根据无功功率信号分组切 入或切出补偿电容或变流 器进行调节 变桨系统 ?转速控制 ?功率控制 液压系统 ?刹车机构压力保持 ?变距机构压力保持 制动系统 ?机械刹车机构 ?气动刹车机构 偏航系统 ?偏航 ?自动解除电缆缠绕 习题:通过对控制系统结构的了解,回答控制系统主要包括那些功能? 第二章 风力机控制 一、1、风力机能量转换过程 气流动能为 E? 1 2 mv 2 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 E ? 1 ?Sv 3 2 Sv1 Sv Sv2 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) 1 2 风轮吸收的功率又等于风轮前后动能(单位时间)的变化: ?E ? ?Sv (v12 ? v2 ) 令两式相等,得 v ? v1 ? v 2 2 1 2 ?S (v12 ? v2 )( v1 ? v2 ) 4 2 经过风轮风速变化产生的功率为 P ? 其最大功率可令 8 1 dP ?Sv13 ? 0 得 v2 ? v1 ,代入后得到的最大理想功率为 Pmax ? 3 dv2 27 Pmax 16 ? ? 0.593 E 27 ? max ? 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: 第二章 风力机控制 一、2、风力机的主要特性系数 1、风能利用系数 C P : 1 3 P ? 风力机的实际功率 S 2 ?v1 SC P 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 ?? 2?Rn v Cp 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° 10° 13° 15° 额定风速 恒定功率 切出风速 切入风速 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 ? 第二章 风力机控制 二、1、桨叶的几何参数与空气动力特性 1、桨叶的翼型 ?0 零升力角 升力角 风向 ? 弦长 攻角:来流方向与弦线的夹角 零升力角:弦线与零升力线夹角 升力角:来流方向与零升力线夹角 v i 功角 l 2、桨叶上的气动力 F? 1 ?Cr Sv 2 总的气动力,S — 桨叶面积,Cr — 总气动系数 2 Fl ? A C 压力中心 1 ?Cl Sv 2 升力,与气流方向垂直,Cl — 升力系数 2 1 ?Cd Sv 2 阻力,与气流方向平行,Cd — 阻力系数 2 B Fd ? v i Cd、Cl 是由设计的叶片决定的固


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