风力发电机组及其控制系统--资料
风力发电机组的控制系统
04
风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
01
偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
03
常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
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桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。
风力发电机组的工作原理及主要组成部分
风力发电机组的工作原理及主要组成部分1.风能捕捉：风力发电机组的核心部分是风轮或风叶，它们负责捕捉风能。
当风流通过风轮或风叶时，由于气流的动能和静压力的作用，会导致旋转力矩的产生。
2.动力传输：风能转化为旋转动能后，需要通过轴承和传动系统传输给发电机。
通常情况下，风轮转子和发电机的转子是相互连接的，通过传动系统将转动动能传递给发电机转子。
3.电能转化：传动系统将机械能转化为发电机的转动，进而通过电磁感应原理将机械能转化为电能。
发电机的转子通过旋转感应电流，再通过电磁感应产生电压，最终输出电能。
1.风轮：风力发电机组的核心部分，用于捕捉风能并转化为机械能。
通常采用多片叶片将风流导向转子，并利用气流的动能产生旋转力矩。
风轮的叶片材料通常采用复合材料或金属材料，以提高其耐久性和轻量化。
2.发电机：发电机负责将机械能转化为电能。
通常采用异步发电机或同步发电机来生成电能。
发电机的转子和风轮的转子相互连接，通过传动系统将旋转动能传递给发电机转子，产生电能输出。
3.传动系统：传动系统用于将风轮的旋转动能传递给发电机的转子。
传动系统通常由齿轮箱、轴承等组成。
齿轮箱用于调节风轮旋转速度，使其适应发电机的工作条件。
轴承则用于支撑风轮和发电机的转子。
4.控制系统：控制系统负责监测风力发电机组的工作状态，并控制风轮的转速和发电机的输出电压。
通过控制系统，可以使风力发电机组根据实际的风速和电网需求进行工作调节。
总结起来，风力发电机组通过捕捉风能、运用传动系统将机械能传递给发电机，并最终通过电磁感应将机械能转化为电能。
风力发电机组的主要部件包括风轮、发电机、传动系统和控制系统。
通过这些部件的协调工作，可以将风能高效地转化为电能，实现清洁能源的利用。
风力发电机控制系统介绍
风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分•风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。
这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。
第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。
上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。
当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。
这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。
•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。
后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。
PLC的控制顺序主控制系统（PLC）•WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351•触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。
(完整版)风力发电机组各系统介绍
步骤：得到指令后，释放叶尖快速刹车， 两个圆 盘刹车全部作用，电机立即切出电网。
该程序用于紧急状况或过转速飞车
调整
刹车系统的控制机构－液压系统
四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
一、传动系统
• 作用： 1、把风能转化成旋转机械能 2、传递扭矩，并增速达到发电机的同步转速 3、将旋转机械能转化成电能
• 传动系统组成
桨叶、轮毂、主轴、轴承、轴 承座、胀套、齿轮箱、联轴器、 发电机
桨
• 功率控制： • 材料: • 叶片长度: • 风轮直径： • 叶片数量: • 锥角: • 轴倾角:
作用 1、与控制系统相互配合，使机组风轮始终处于迎风状态，
充分利用风能，提高机组的发电效率。 2、提供必要的锁紧力矩，以保障风机的安全运行。
偏航驱动
偏航制动器
回转支承内圈 回转支承外圈
• 偏航动作 1、机组与风向夹角达到某一值以上一定时间段。 2、防止电缆缠绕，偏航角度达到某一值以上时解缆。 3、在大风时停机并需要偏航一定角度以减轻机组的风载。
风力发电机组各系统介绍
浙江运达风力发电工程有限公司
风力发电机组原理
风轮把风作用在桨叶上的力转化为自身 的转速和扭矩，通过主轴——增速箱— —联轴器——高速轴把扭矩和转速传递 到发电机，实现风能－机械能－电能的 转换。
风力发电机组的组成
• 1. 传动系统 • 2. 偏航系统 • 3. 刹车系统 • 4. 支承系统 • 5. 冷却润滑系统 • 6. 电控系统
冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。
风力发电机组的控制系统
风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。
而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。
本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。
一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。
其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。
而发电机则是将机械能转变为电能。
二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。
1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。
其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。
当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。
2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。
整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。
其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。
三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。
目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。
机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。
其中，电动调节方式更加智能化、精准化。
2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。
通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。
风力发电机基础知识及电气控制
风力发电机基础知识及电气控制1. 引言风力发电是一种常见的可再生能源的发电方式，利用风力驱动风力发电机转动发电机，将风能转换为电能。
本文将介绍风力发电机的基础知识及其电气控制系统。
2. 风力发电机的工作原理风力发电机的工作原理基于风能转换为机械能，然后通过发电机将机械能转换为电能。
其主要构成包括风轮、发电机、传动系统和控制系统。
2.1 风轮风轮是风力发电机的核心部件，其作用是捕捉和利用风能来驱动转子旋转。
风轮一般由数个风叶组成，风叶的形状和材料会影响风轮的效率和性能。
2.2 发电机发电机是将机械能转换为电能的设备。
在风力发电机中，常使用的发电机类型有直流发电机和交流发电机。
直流发电机一般用于小规模的风力发电机组，而交流发电机则广泛应用于大型风力发电场。
发电机的输出功率与风速、风轮的转速以及发电机的效率有关。
2.3 传动系统传动系统将风轮的转动力矩传递给发电机，使发电机能够进行电能的转换。
传动系统一般由减速器和轴承组成，减速器的作用是将风轮高速旋转转化为发电机所需的合适速度。
2.4 控制系统控制系统对风力发电机进行监测和控制，使其在不同的风速条件下都能够运行稳定，并提高其发电效率。
控制系统一般包括风速测量、风向测量、发电机输出功率控制等模块。
3. 风力发电机的电气控制系统风力发电机的电气控制系统主要负责监测和控制发电机的运行状态，以实现稳定的发电性能。
3.1 风速与风向测量风速和风向测量是风力发电机电气控制系统的基础。
通过安装风速测量装置和风向测量装置，可以实时监测风力的大小和方向，并将数据传输给控制系统进行处理和分析。
3.2 发电机输出功率控制发电机输出功率控制是保证风力发电机稳定运行的关键。
通过对发电机输出功率进行控制，可以使其在不同的风速条件下都能够保持合适的输出功率。
3.3 电网连接与逆变控制风力发电机一般需要将产生的电能输送到电网中，供用户使用。
因此，电气控制系统还需要实现电网连接和逆变控制功能，以确保发电机输出的电能能够与电网进行正常连接。
机组控制系统介绍
电机侧功率单元 主电缆
AC DC DC
适合接入电网的频率：50/60 Hz 电压：620VAC(+/-10%) ； 标准功率因数：1.0， 无功功率的调节范围：-0.95~0.95 ； 运行温度(以外界环境运行为准)：零下 30℃ ~零上 50℃ ； 采用风冷散热、集中控制方式 。
二、机组主控制系统的组成及功能
机组中用到的贝福模块（或功能端子） 1、主控制器CX1020 2、控制器供电电源CX1100-0002 3、Profibus-DP通信主站模块CX1500-M310 4、子站通信模块BK3150（总线耦合器） 5、子站通信模块BC3150（总线端子控制器） 6、4通道数字量输入端子KL1104 7、4通道数字量输出端子KL2134 8、8通道数字量输出端子KL2408 9、4通道模拟量输入端子KL3204 10、电力测量端子KL3403
主控系统
冷却系统
监控系统
变桨传感器 变桨执行器 变桨控制单元 备电系统
整流单元 逆变单元 直流保护单元 控制单元 滤波单元
控制单元 传感器单元 执行单元 总线系统
风冷系统 水冷系统
以太网通信网络系统 人机交互监控系统
一、金风1.5兆瓦风力发电机组的控制系统
控制系统各个部分的主要功能
人机交互 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息 网络/远程监控 ▲统计报表 ▲风机控制 ▲参数设置 ▲查阅信息
二、机组主控制系统的组成及功能
2、控制器供电电源CX1100-0002
CX1100-0002模块是系统可以选择的三种电源模块中的一种。所有其他系统组件的 电源通过内置 PC104 总线供电，无需单独的电源线。然而，CX1100 组件除了提供电源 以外，还可具有其他重要特性：集成的 NOVRAM 可实现 故障情况下过程数据的安全存 储。有两行字符（每行 16 个字符）的 LCD 显示器用于显示系统和用户信息。
风力发电机原理与机组控制
风力发电机原理与机组控制
风力发电机是一种将风能转换为电能的设备，其基本原理是利用风力驱动风轮旋转，通过传动系统将旋转的机械能传递给发电机，最终产生电能。
风力发电机主要由叶片、轮毂、传动系统、发电机、控制系统等组成。
叶片是风力发电机的关键部件，其形状和材料会影响到风力发电机的效率和性能。
轮毂是连接叶片和传动系统的部件，传动系统包括齿轮箱和联轴器等，用于将叶片旋转的机械能传递给发电机。
发电机则是将机械能转换为电能的核心部件。
风力发电机组的控制主要包括对风轮转速、发电机输出功率和机组运行状态的控制。
控制系统的核心是控制器，其通过传感器和执行器等部件，对风轮转速、发电机输出功率和机组运行状态进行实时监测和控制。
控制风力发电机组的目的是在保证发电机组安全运行的前提下，实现对发电机组输出功率的优化控制，从而提高发电效率和可靠性。
为此，控制器需要对风速、风向、叶片角度、发电机转速和输出功率等参数进行实时监测和控制。
总之，风力发电机组的控制是一项复杂的技术，需要对风力发电机的工作原理和控制系统有深入的了解和掌握。
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风力发电机组的工作原理
在并网运行风力发电机组中，当风以一定的速度吹向风力 机时，在风轮的叶片上产生的力驱动风轮叶片低速转动， 将风能转换成机械能，通过传动系统由增速箱增速，将动 力传递给发电机，发电机将机械能转变为电能。
由于风向经常变化，为了有效的利用风能，在风机上装有 迎风装置。 迎风装置根据风向传感器测得的风向信号， 由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮相啮合的小 齿轮转动，使机舱始终对准风向方向。
硅整流自励式交流同步发电机：定子由铁心和三相定子绕组组成，定 子绕组为星型联接，转子由转子铁心、转子绕组、集电环和转子轴组 成，励磁绕组通过集电环和电刷与整流器的直流输出端相连，以后的 直流电流励磁
电容自励式异步发电机： 在异步发电机定子绕组输出端接电容，以产 生超前于电压的容性电流产生磁场，从而建立电压
d
2
pd
T A* pd pd
Ud U UW 2
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风力机的气动原理
风机损失的能量：
轴向诱导因子
a va U
风轮处速度
Ud U 1 a
风轮尾流速度
UW U 1 2a
风力机的气动原理（叶素理论）
攻角 可表示为：
作用在单位圆环径向宽上的升力分量r ，与合力流方向垂直，
表达式为：
L
1 2
W
2cCLrr
阻力分量与合力流W 方向平行，表达式为：
D
1 2
W
2cCd
rr
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可以看出，一半的轴向气流损失发生在流经制动桨盘时，另一半在下风向。
风轮上获得的功率 风能利用系数
P FUd 2AdU3a1 a2
CP
P
1 2
U
3
Ad
4a1 a2
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风力机的气动原理（叶素理论）
发电系统基础理论
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独立运行风力发电机组中的发电机
直流发电机
永磁式直流发电机： 定子采用永磁体 电磁式直流发电机： 定子采用励磁绕组，通以直流电
永磁式交流同步发电机：转子采用永磁体，有凸极式和爪极式两种， 定子与普通交流电机相同
风力机的气动原理（叶素理论）
作用在叶素上的合力流速为： W U2 (1 a)2 2r2 (1 a')2
其中 是合力流与旋转平面的夹角，可以称之为入流角。
sin U (1 a)
W
cos r(1 a')
W
14 HUAREN© 2009 – All Rights Reserved
风的表示法： 风向、风速、风级 风的特性：
1）风的随机性 2）风随高度变化而变化 风能：风能密度、风能
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风机的分类
以风轮轴安装形式分
水平轴风机：风轮的旋转轴与风向平行 -> 升力型风机：旋转速度较快 -> 阻力型风机：旋转速度较慢 -> 上风向：风轮在塔架前面 -> 下风向：风轮在塔架后面
叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些 微段为叶素，如图所述，多个圆环，半径，径向宽。在每个叶素上 作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和 阻力二维模型，作用在每个叶素单元的合力流速与叶片平面的夹角 为攻角。翼型特征系数和随攻角的改变而改变。
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并网运行的风力发电机组
并网运行的发电机组由风轮、增速箱、发电机、偏航装置、控制系 统、塔架等部件组成
1 2
3 4
56 7
10 11
89
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叶
轮承 主 主电 偏筒箱塔齿底器机联 机 发 柜 主 罩 机
片
毂 轴 轴机 航 轮盘 舱轴 电 控 舱
8 HUAREN© 2009 – All Rights RUd
10 HUAREN© 2009 – All Rights Reserved
风力机的气动原理
在风机上游： 在风机下游： 风机上获得的推力： 风轮盘面气流速度：
1 2
U 2
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1 2
dUd 2
pd
1 2
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1 2
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并网运行风力发电机组中的发电机
风力发电机组及其控制系统
内容提要
风力发电基本原理 发电系统基础理论 控制系统设计 防雷接地系统
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风力发电基本原理
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风的特性
风的产生 风的特性
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风力发电机的结构
独立运行的风力发电机组 水平轴独立运行的风力发电机组由 风轮、尾舵、发电机、支架、 电缆、充电器、逆变器、蓄电池组成
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风力发电机的结构
9 HUAREN© 2009 – All Rights Reserved
风力机的气动原理
风车简化为一维流管：
一维动量方程，风轮轴向推力：
T U Uw AdUd
一维不可压缩流的连续方程：
V * A const.
伯努力方程：
1 U 2 p gh const.
垂直轴风机：风轮的旋转轴与地面或气流方向垂直
（1）
（2）
（3）
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风机的分类
按运行方式分 独立运行风力发电机组 并网运行风力发电机组
按功率分：微型（50～1000W） 小型（1～10KW） 中型（10～100KW) 大型（>100KW)