风力发电机及其系统知识讲解
风电操作技术培训风力发电设备介绍
风电操作技术培训风力发电设备介绍风力发电作为清洁可再生能源的重要组成部分，正逐渐受到全球范围内的关注和推广。
而为了有效地掌握风力发电设备的操作技术，进行专业的培训变得尤为重要。
本文将介绍风力发电设备的基本原理和常见类型，以及相关的操作技术要点，以帮助读者更好地理解和应用于实际操作中。
一、风力发电设备基本原理风力发电设备的基本原理是利用风的运动能量将其转化为机械能，再经由发电机转化为电能。
其一般的工作模式可以分为以下几个关键步骤：1. 风轮转动提供机械能风力发电设备的核心是风轮，也称为风机叶片。
当风通过叶片时，由于叶片的空气动力学特性，风轮会转动。
2. 传动系统转化为旋转能转动的风轮会通过大臂和传动系统连接到发电机，而传动系统的主要作用就是将风轮提供的线性运动转化为旋转运动。
3. 发电机产生电能发电机将机械能转化为电能。
通过将转动的能量转化为电流，发电机便能够向电网输送电能。
二、风力发电设备的常见类型1. 桨叶风力发电机组桨叶风力发电机组是目前应用最广泛的一种风力发电设备。
它由风轮、传动系统、发电机和塔架等部分组成。
桨叶的形状和转向可以根据风的方向和强度自动调整，以提高发电效率。
2. 立轴风力发电机组立轴风力发电机组的特点是风轮的旋转轴垂直于地面，因此它不需要朝向风的方向。
这种类型的风力发电机组在城市内的建筑物或景点附近常见，因其结构紧凑、美观等特点而受到青睐。
3. 自由涡轮风力发电机组自由涡轮风力发电机组结构相对简单，没有传动系统和塔架。
其风轮只有一个叶片，能够根据风的方向自由旋转，适合在复杂的地形条件下使用。
三、风电操作技术要点1. 安全意识和操作规范在进行风力发电设备的操作过程中，安全意识和操作规范是至关重要的。
操作人员需熟悉设备的安全操作规程，正确佩戴个人防护用具，并按照相关步骤进行操作，以确保自身和设备的安全。
2. 设备检查和维护定期对风力发电设备进行检查和维护，确保设备的正常运转和性能。
明阳MY1.5Se风力发电机系统相关知识培训讲解
停止。在机组急停时，主制动机构与辅助制动一起动作，以使机组能更快减速。
常用于机组维护。
4、制动
系统
三、电气控制系统介绍
MY1.5MW电气系统主要包括变桨、变频、
主控三大系统。
1、变桨系统（OAT）
• 变桨控制系统是风力发电机组的核心部分之一，安装在
市电或蓄电池供电转到91º触发限位开关
◆转子制动器抱闸（在转速监视器设定转速以下）。
◆机舱部分DO输出24VDC电源断开，输出指令切断
复位安全链：
按下机舱柜上的复位安全链按钮；或按下塔基柜上的
复位安全链按钮；
当塔基与机舱柜上的检修开关都不在检修位置时，可在
远程计算机上复位。
~
谢
谢
常温型
球墨铸铁QT400-AL
变桨驱动
中控箱
轴控箱
变桨编码器
限位开关
1、动力传动系统由如下部件组成：主轴、齿轮箱、联轴器、主轴轴承、
刹车盘、弹性支承；
2、主轴是连接叶片和齿轮箱的传动机构，用来支撑轮毂及叶片并传递
转矩到齿轮箱；
3、联轴器，主要用于轴与轴之间的联接，并传递转矩。用联轴器联接
的两根轴，只有在停机刹车后，经过拆卸才能将之分离。
通过CANbus接口，实现振动监控
和变频器的连接。
通过Profibus/CANbus接口，实
现变桨系统的连接。
通过EtherNet接口，将风机接入
以太网，组成集散控制系统
安全链
• 安全链原理
安全链是独立于计算机系统的最高一级保护措施。采用反逻辑设计，将导致风力发电机
组处于危险状态的故障接点串联成一个回路，一旦其中一个接点动作，将导致安全链断开，
风力发电机及偏航系统
风力发电机及偏航系统引言：风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。
它是一种环保、可再生的能源，可以帮助减少对传统化石燃料的依赖，并减少排放。
风力发电机是风力发电的核心设备，而偏航系统是确保风力发电机能够高效运行的关键部件。
本文将从风力发电机的原理、构造和工作原理以及偏航系统的功能、原理和优化等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解风力发电机及偏航系统的工作原理与应用。
一、风力发电机1.原理2.构造3.工作原理当风力吹过风力发电机的叶片时，叶片产生升力，并形成一个扭转力矩。
这个扭转力矩通过轴传递给发电机，进而带动发电机转子旋转。
转子内部的磁场与绕组相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
二、偏航系统1.功能偏航系统是风力发电机中的重要部分，其主要功能是使风力发电机始终面向风向，以利用风能的最大化。
偏航系统可以通过调整发电机的方向来适应风的变化，确保叶片始终相对于风的方向。
2.原理偏航系统通常由风向传感器、控制器和驱动器等组成。
风向传感器负责感知风的方向，控制器根据风向数据和预设参数进行判断和计算，驱动器则通过调整发电机的方向来控制风力发电机的偏航。
3.优化为了提高风力发电系统的效益，偏航系统的优化也尤为重要。
通过采用更先进的风向传感器、控制算法和驱动器技术，可以提高偏航系统的准确性和响应速度，进而提高风力发电机的发电效率。
结论：风力发电机及偏航系统是风力发电的重要组成部分，其工作原理和优化对风力发电系统的效益起到至关重要的作用。
理解和掌握风力发电机及偏航系统的原理和应用，对于推广和应用风力发电具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，风力发电的效率和可靠性将继续提升，为可持续发展和环境保护做出积极贡献。
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。
风力发电机基础知识及电气控制.ppt
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10、基础
为钢筋混凝土结构，承载整个风力发电机组的重量。基础周围设置有预 防雷击的接地系统。
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11、机舱
风力发电机组的机舱承担容纳所有的机械部件，承受所有外力（包括静 负载及动负载）的作用。
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风力发电机组简图
转速范围 rpm
11.5-21.2
11-22
9.7-19
9.8-18.3
额定转速 2021/9/15
rpm
20.1
20.1
17.4
17.4 5
并网型风力发电机组由以下部分组成
1、 风轮(叶片和轮毂) 2、 传动系统 3、 偏航系统 4、 变浆系统 5、 液压系统 6、 制动系统 7、 发电机 8、 控制与安全系统 9、 塔筒 10、基础 11、机舱
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制动系统
使风轮减速和停止运转的系统。 SL1500系列风力发电机所用的制动器是一个液压动作的盘式制动器，用 于锁住转子。例如，在风力发电装置紧急切断时，制动器制动，使系统 停机。它具有自动闸瓦调整功能，也就是说当闸瓦磨损时不需要手动调 整制动器.
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制动器在风力发电机组中的安装位置
例如：运行、停机、故障
查看即时的故障信息
例如：故障代码、简单描述
各个设备的即时参数
例如：温度、电压、角度
各个设备所处的状态
例如：启动、停止
信息的记录
例如：发电量、发电时间、 耗电量
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Control－控制面板
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Control－菜单内容
风力发电设备系统及原理概述
风力发电设备系统及原理概述1. 引言风力发电作为一种清洁能源的代表，已经成为世界范围内广泛应用的可再生能源形式。
风力发电设备系统是利用风能转化为电能的装置，其原理是通过风轮叶片转动带动发电机发电。
本文将对风力发电设备系统及其原理进行概述。
2. 风力发电设备系统风力发电设备系统主要由风轮、转轴、传动系统和发电机组成。
2.1 风轮风轮是风力发电设备系统中最核心的部件之一，也是直接接受风能的部分。
它通常由多个叶片和一个中心轴组成。
叶片的数量和形状可以根据实际需求进行设计，以最大程度地捕捉风能。
常见的风轮形式包括水平轴风轮和垂直轴风轮两种。
水平轴风轮是目前应用最广泛的形式，其叶片与地面平行，在风的作用下自由旋转。
垂直轴风轮的叶片垂直于地面，可以接受来自任何方向的风能。
2.2 转轴和传动系统转轴连接风轮和发电机，将风轮旋转的动力传递给发电机。
转轴通常由高强度的材料制成，以承受风轮产生的力。
传动系统由齿轮、轴承等部件组成，起到将风轮的旋转速度提高到适合发电的转速的作用。
2.3 发电机发电机是风力发电设备系统的关键部分，负责将机械能转化为电能。
根据不同的需求，可以采用不同类型的发电机，包括同步发电机、异步发电机等。
发电机的输出电压和频率通常是固定的，需要通过变频器等装置进行调节，以满足电网的要求。
3. 风力发电原理风力发电的原理是利用风的动能转化为机械能，再将机械能转化为电能。
3.1 风能转化为机械能当风吹过风轮的叶片时，叶片受到气流的压力差，并且产生了扭矩。
这个扭矩通过转轴传递给发电机，使发电机开始旋转。
风轮的旋转速度与风的速度、叶片的形状和数量等因素有关，通常需要通过气动学模型进行优化设计。
3.2 机械能转化为电能发电机接收到风轮传递过来的机械能后，将其转换为电能。
发电机的旋转产生电磁感应，导致电流的产生。
这些电流经过整流器等部件处理后，可输出为直流电。
对于连接到电网的风力发电设备，直流电会通过逆变器转换为交流电，以与电网的电压和频率匹配。
风力发电机组整机基础知识
风力发电机组整机基础知识风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置。
它由风力发电机、传动装置、发电机、控制系统和塔架等组成。
风力发电机是风力发电机组的核心部件，它通过叶轮捕获风能并将其转化为机械能。
一般来说，风力发电机的叶轮由三个叶片组成，叶片的形状和材质会直接影响发电机的效率。
同时，叶轮的直径和转速也会影响发电机的性能。
传动装置用于将风力发电机转动的低速轴传递给发电机。
传动装置通常由齿轮、轴和轴承等部件组成。
它的作用是将低速高扭矩的风轮转速转换为高速低扭矩的发电机转速，以提高发电机的效率。
发电机是将机械能转化为电能的装置。
在风力发电机组中，常用的发电机是异步发电机和永磁同步发电机。
异步发电机结构简单、可靠性高，适用于大型风力发电机组；而永磁同步发电机具有高效率和较小的体积，适用于小型风力发电机组。
控制系统是风力发电机组的大脑，它能监测和控制整个发电过程。
控制系统通常包括风向传感器、风速传感器、转速传感器和电气控制器等部件。
通过收集和分析这些传感器的数据，控制系统可以自动调整发电机的转速和输出功率，以适应不同的风速和风向条件。
塔架是将风力发电机组安装在地面或海上的支撑结构。
塔架的高度和材质会直接影响风力发电机组的发电能力。
一般来说，塔架越高，风力发电机组能够捕获到的风能就越多，从而提高发电效率。
风力发电机组的基础知识还包括风能的计算和风场选择。
风能的计算是评估风力发电机组发电潜力和风机选型的重要依据。
而风场选择则是确定风力发电机组安装位置的关键因素，需要考虑到地形、气象条件和电网接入等因素。
风力发电机组的整机基础知识包括风力发电机、传动装置、发电机、控制系统和塔架等组成部分，以及风能的计算和风场选择。
了解这些知识对于设计、安装和运维风力发电机组都具有重要的意义。
通过不断的研究和创新，风力发电技术将会进一步提高，为可持续能源的发展做出更大的贡献。
风力发电机系统及其自动化控制
风力发电机系统及其自动化控制一、引言风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
风力发电机系统是实现风能转化的关键设备，而自动化控制则能提高风力发电系统的效率和稳定性。
本文将介绍风力发电机系统的组成和工作原理，并探讨其自动化控制的重要性和应用。
二、风力发电机系统的组成风力发电机系统主要由风力发电机组、变频器、变压器、电网连接和监控系统等组成。
1. 风力发电机组风力发电机组是风力发电系统的核心部件，它由风轮、发电机和控制系统组成。
风轮是转化风能的装置，通常由数片叶片组成，叶片的形状和数量会影响风力发电机组的性能。
发电机是将机械能转化为电能的装置，常用的发电机有同步发电机和异步发电机两种。
控制系统用于监测风力发电机组的运行状态，并根据需要调整叶片的角度和发电机的输出功率。
2. 变频器变频器是将风力发电机组产生的交流电转化为适合电网输送的交流电的装置。
它能根据电网的频率和电压要求，调整发电机组的输出功率和频率，以实现电能的稳定输送。
3. 变压器变压器用于将发电机组产生的低压交流电升压为适合输送到电网的高压交流电。
变压器能够提高输电效率和减少输电损耗。
4. 电网连接电网连接是将风力发电机组产生的电能与电网连接起来，实现电能的输送和利用。
电网连接需要满足电网的频率、电压和功率因数等要求，以确保电能的稳定输送。
5. 监控系统监控系统用于实时监测风力发电机组的运行状态和电能输出情况。
通过监控系统，可以及时发现故障和异常情况，并采取相应的措施进行修复和调整，以确保风力发电机组的安全和稳定运行。
三、风力发电机系统的工作原理风力发电机系统的工作原理是将风能转化为电能。
当风力发电机组受到风力的作用时，风轮开始旋转，通过传动装置将机械能传递给发电机。
发电机将机械能转化为电能，并通过变频器和变压器将电能转化为适合输送到电网的电能。
电网连接将电能输送到用户，实现电能的利用。
风力发电机系统的工作过程中，需要根据风速和电网负荷的变化，调整风轮的转速和叶片的角度，以实现风力发电机组的最佳工作状态。
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（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲 击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起 动限流装置；
典型风力发电机系统
• 定速笼型异步风力发电机系统 • 转子电流受控的异步风力发电机系统 • 双馈异步风力发电机系统 • 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 • 变速笼型异步风力发电机系统 • 电励磁直驱同步风力发电机系统 • 永磁直驱同步风力发电机系统 • 混合励磁直驱同步风力发电机系统 • 横向磁通永磁同步风力发电机系统
An
T
X
f
若转子以转速n>n1, 向n1的方向旋转 机械能 →电能，是发电机
Z
B
N
n 是否会等于 n1？ 要产生T，必须n≠n1 —— 异步 转子转速大于定子旋转磁场转速， 发电！
笼型异步风力发电机的工作原理
转差率
异步电机的特点之一是转子转速n和定子旋转磁场的同步转 速n1不同。
把同步转速n1与转子转速n的差与同步转速n1的比值，称为 转差率，用s表示，即
电机 正反 转控 制图
笼型异步发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
I2'
jXm E1= E'2
1
s
s
R2
➢一相等值电路 ➢定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗 ➢转子可变电阻反映发电机的负载状况
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率。
定速笼型异步风力发电机系统
三相笼型异步风力发电机
笼型异步风力发电机的内部结构
风扇
机座 定子铁心
定子绕组
端盖
转子铁心
转子绕组 （端环）
笼型异步风力发电机的工作原理
旋转磁场
➢ 向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流， 可以产生一个旋转磁场。
➢ 如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场 作旋转运动。旋转磁场在一个圆周内，呈现出 的磁极（N、S极）数目称为极数，用2P表示。
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
定义：
转子电流控制技术是指通过电力电子开关和
脉宽调制（PWM）来控制绕线型异步发电机转子
电流的一项技术。
系统的结构特征：
（1）采用变桨风力机； （2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环； （3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调
s n1 n n1
则转子转速n可表示为： n＝(1－s)n1
笼型异步发电机 中转差率S 与运行状态的关系?
笼型异步风力发电机的工作原理
异步电机的运行状态
发电机状态
S n1
nT
电动机状态
S n1
nT
N
N
n n＞n1＞0
n1
0＜n＜n1
0
s＜0
0
0＜s＜1
1s
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
➢ 旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速 n1取决于电流的频率 f 和极对数 P：
n1
60 f P
—— 同步转速
笼型异步风力发电机的工作原理
定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1 旋转
在转子导条中产生感应电动势 e e 在转子绕组中产生感应电流 i
S
n1 Y
C
e, i f
i 在磁场中产生电磁力f f 产生电磁转矩T
R1
I1 U1
R2 / s
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
1 s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ pa
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
电磁 －Tm
10
制动
s
电磁转矩：
T
2πf1[(R1
m1 pU12
R2 s
整发电机的机械特性。
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
绕线型转子异步发电机
➢转子采用类似于定子的三相交流绕组，一般 接成Y接；
➢转子三相绕组可在转子内部联接，也可经滑 环—电刷装置将转子三相绕组端接线引出；
➢转子三相绕组的端接线在转子内部短接时， 发电机的机械特性类似于笼型异步发电机；外 接附加电阻时，机械特性变软。
（2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子 转速变化形成的动能，提高风能利用率；
风力发电机及其系统
2010年8月
风力发电机组的内部结构
机舱＋轮毂＋桨叶＋变桨系统＋偏航系统 ＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜
典型风力发电机系统
• 定速笼型异步风力发电机系统 • 转子电流受控的异步风力发电机系统 • 双馈异步风力发电机系统 • 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 • 变速笼型异步风力发电机系统 • 电励磁直驱同步风力发电机系统 • 永磁直驱同步风力发电机系统 • 混合励磁直驱同步风力发电机系统 • 横向磁通永磁同步风力发电机系统
铁损耗：
p Fe m1I 02Rm
定、转子铜损耗：
pCu1 m1I 12R1
p Cu2 m1I22R2
机械输入功率：
Pm
m1I 22
1 s
s
R2
电磁功率： PM
m1E2I 2 cos 2
m2E 2I 2 cos 2
m1I 22
R2 s
笼型异步发电机的功率流程图
• 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组 的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路 情况下的损耗就是铜损。
笼型异步发电机的功率表述
pCu1
R1 I1 U1
P1
jX1
jX 2 R2
I0
Rm
pFe
I2 E1 E2
jXm
PM
pCu2
1
s
s
R2
Pm
定子输出功率：
P1 m1U1I1 cos1
R2 s
)2
(
X1
X 2 )2]
发电机状态： 0＜n1＜n ，s＜0
T Tm
电动机状态： 0＜n＜n1 ，0＜s＜1
软特性 vs. 硬特性
笼型异步发电机的运行特点
（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应 选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；
（2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负 载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流斩波控制电路：
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电流
RCC异步风力发电机系统的特点
优点：
（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变 桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可 明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;