变桨距风力发电机组
变桨距风力发电机组的运行状态
变桨距风力发电机组的运行状态从空气动力学角度考虑。
当风速过高时，只有通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的角度，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，才能使功率输出保持稳定。
同时，风力机在启动过程中也需要通过变距来获得足够的启动转矩。
变桨距风力发电机组根据边距系统所起的作用可分为三种运行状态，即风力发电机组的启动状态（转速控制）、欠功率状态（不控制）和额定功率状态（功率控制）。
1）启动状态变距风轮的桨叶在静止时，节距角为90°，这时气流对桨叶不产生转矩，整个桨叶实际上是一块阻尼板。
当风速达到启动风速时，桨叶向0°方向转动，直接到气流对桨叶产生一定的攻角，风轮开始启动。
在发电机并入电网以前，变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制。
转速控制器按照一定的速度上升斜率给出速度参考值，变桨距系统根据给定的速度参考值，调整节距角，进行所谓的速度控制。
为了确保并网平稳，对电网产生尽可能小的冲击，变桨距系统可以在一定时间内保持发电机的转速在同步转速附近，寻找最佳时机并网。
虽然在主电路中也采用了软并网技术，但由于并网过程的时间短，冲击小，可以选用容量较小的晶闸管。
为了使控制过程比较简单，早期的变桨距风力发电机在转速达到发电机同步转速前对桨叶节距并不加以控制。
在这种情况下，桨叶节距只是按所设定的变桨距速度，将节距角向0°方向打开，直到发电机转速上升到同步转速附近，变桨距系统才开始投入工作。
转速控制的给定值是恒定的，即同步转速。
转速反馈信号与给定值进行比较。
当转速超过同步转速时，桨叶节距就迎风面积小的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。
当转速在同步转速附近保持一定时间后发电机即并入电网。
2）欠功率状态欠功率状态是指发电机并入电网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功率以下的低功率状态下运行。
与转速控制道理相同，在早期的变桨距风力发电机组中，对欠功率状态不加控制。
定桨距与变桨距-风力发电机组
2 变桨距调节型风力发电机组
变奖距是指安装在轮载上的叶片通过控制改变其桨距角的大小。其调节方法为：当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到45”，当转速达到一定时，再调节到0“，直到风力机达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，使发电机的输出功率保持在额定功率。
l 定桨距失速调节型风力发电机组
定奖距是指桨叶与轮载的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定风速69，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。为了提高风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机）。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶县有较高的气动效率，提高发电机的运行效率。
桨距
螺旋桨的桨叶都与旋转平面有一个倾角。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转，那么螺旋桨每转一圈，就会向前进一个距离，连续旋转就形成一段螺旋。
同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋的距离，就称为浆距。
显然，桨叶的角度越大，浆距也越大，角度与旋转平面角度为0，浆距也为0。
这个“距”，就是桨叶旋转形成的螺旋的螺距。
随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制
直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。
变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。
直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。
通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。
一、变速变桨距控制概述1.基本控制要求在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。
在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。
而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。
这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。
随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。
随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。
这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。
空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。
显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。
2.主动失速变桨距在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。
按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。
减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。
尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。
向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动性，一旦大部分叶片失速，就没有足够的变桨距调节来控制转矩。
风力发电机组变桨距控制系统的研究
风力发电机组变桨距控制系统的研究风力发电机组变桨距控制系统的研究近年来，随着环境问题的加剧和清洁能源的重要性逐渐凸显，风力发电作为一种潜在的可再生能源广泛应用。
风力发电机组是将风能转化为电能的关键设备，而变桨距控制系统则是提高风力发电效率的重要技术手段之一。
本文将对风力发电机组变桨距控制系统的研究进行探讨，从控制系统的结构、控制策略以及实际运行效果等方面进行分析。
1. 控制系统的结构风力发电机组的变桨距控制系统主要由传感器、执行器、控制器和信号传输部分组成。
传感器用于感知风力、转速以及叶片位置等信息，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器获取的信息，通过控制策略对执行器发出信号，调节叶片角度，从而实现对风力发电机组的变桨距控制。
2. 控制策略目前，常用的控制策略主要有定角度控制和最大功率控制两种。
定角度控制是通过固定叶片角度来控制风力发电机组的输出功率，通常适用于恒定风速下的风机运行。
而最大功率控制则是根据风速大小实时调整叶片角度，以实现风力发电机组在不同风速下的最佳输出功率。
最大功率控制策略可以提高风力发电机组的效率，适应不同风速环境，并降低对外部条件的敏感性。
3. 实际运行效果根据实际应用情况和研究成果分析，风力发电机组的变桨距控制系统在提高发电效率、保护设备安全方面取得了显著效果。
通过使用最大功率控制策略，风力发电机组可以根据风速变化实时调整叶片角度，充分利用风能，并在恶劣天气条件下及时响应，减轻设备负荷。
同时，变桨距控制系统的应用也大大降低了由于风电机组运行时桨叶受损引起的事故风险，增加了设备的可靠性和安全性。
4. 研究展望尽管风力发电机组变桨距控制系统已取得一定的研究进展，但仍存在一些挑战和待解决的问题。
首先，尽管最大功率控制策略可以提高发电效率，但在不同风速区间的切换问题仍需要进一步优化。
其次，传感器的稳定性和可靠性也是需要关注的焦点，特别是在恶劣环境下的应用。
另外，随着风力发电技术的发展，新型的控制策略和技术工具也需要不断研发和应用，以进一步提高风力发电机组的性能和可靠性。
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》范文
《风力发电变桨距自抗扰控制技术研究及其参数整定》篇一一、引言随着全球能源结构的转型，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
其中，变桨距技术作为一种关键技术，其性能直接影响风力发电机组的效率和稳定性。
本文将着重探讨风力发电变桨距自抗扰控制技术的相关研究，并对其参数整定进行深入分析。
二、风力发电变桨距技术概述风力发电变桨距技术是指通过调整风力发电机组叶片的桨距角，来改变机组对风的捕获能力和产生的电力。
当风速过高时，通过调整桨距角减小风的捕获量，防止机组过载；当风速较低时，增大桨距角以提高机组的发电效率。
自抗扰控制技术作为一种先进的控制策略，具有较好的鲁棒性和抗干扰能力，对于提高风力发电机组的性能具有重要意义。
三、自抗扰控制技术研究自抗扰控制技术是一种基于非线性控制理论的控制策略，其核心思想是通过引入非线性状态误差反馈和扩张状态观测器等手段，实现对系统状态的实时观测和误差的实时补偿。
在风力发电变桨距控制中，自抗扰控制技术能够有效地抑制风速波动、机组振动等干扰因素对系统的影响，提高机组的稳定性和发电效率。
四、参数整定研究参数整定是自抗扰控制在风力发电变桨距控制中应用的关键环节。
针对风力发电系统的非线性和时变性特点，合理的参数整定方法能够提高系统的动态性能和鲁棒性。
目前，常用的参数整定方法包括试凑法、遗传算法、神经网络等方法。
其中，遗传算法和神经网络等方法能够通过对大量数据的分析和学习，自动寻找到最优的参数组合，提高整定效率和整定精度。
五、实例分析以某风力发电场为例，采用自抗扰控制技术对风力发电机组的变桨距系统进行控制。
通过对比不同参数整定方法的效果，发现采用遗传算法整定的自抗扰控制器在风速波动和机组振动等干扰因素下表现出较好的鲁棒性和稳定性。
同时，通过对机组发电效率的统计和分析，发现采用自抗扰控制技术的机组在各种工况下均表现出较高的发电效率。
六、结论本文对风力发电变桨距自抗扰控制技术及其参数整定进行了深入研究和分析。
风力发电机组变桨矩系统的
2023-11-09contents •风力发电机组概述•变桨矩系统概述•变桨矩系统的主要部件•变桨矩系统的控制策略•变桨矩系统的优化与改进建议•变桨矩系统的应用与发展趋势目录01风力发电机组概述风力发电机组是一种将风能转化为电能的系统，由风轮、发电机、塔筒等主要部件组成。
定义具有可再生、清洁、无污染等特点，是绿色能源领域的重要组成部分。
特点风力发电机组的定义与特点风轮叶片在风的驱动下旋转，将风能转化为机械能。
风的捕获机械能的转化电能的输出风轮通过主轴将机械能传递到齿轮箱，再由齿轮箱将机械能转化为电能。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的工作原理0201分类根据风力发电机组容量、功率等级、转速等因素，可以分为恒速型、变速型等不同类型。
组成风力发电机组主要由风轮、发电机、塔筒、齿轮箱、控制系统等组成。
风力发电机组的分类与组成02变桨矩系统概述变桨矩系统定义变桨矩系统是一种用于控制风力发电机组功率输出的装置，它可以根据风速和发电机组运行状态，改变桨叶的桨距角，从而控制风能捕获量。
变桨矩系统特点变桨矩系统具有高精度、高可靠性、高效能等特点，它能够实现快速响应、平稳控制，确保风力发电机组在复杂风况下的稳定运行。
变桨矩系统的定义与特点变桨矩系统的作用与重要性变桨矩系统的作用变桨矩系统的主要作用是调节发电机组的功率输出，以适应不同的风速和负荷条件。
它可以通过改变桨叶的桨距角，控制风能捕获量，从而降低载荷、提高发电效率。
变桨矩系统的重要性由于风力发电机组面临的风况复杂多变，因此变桨矩系统的应用对于确保发电机组的稳定运行至关重要。
它不仅可以提高风能利用率，降低载荷，还可以延长发电机组的使用寿命。
变桨矩系统的组成变桨矩系统通常由变桨电机、减速箱、轴承、传感器等组成。
其中，变桨电机是驱动桨叶变桨的核心部件，减速箱用于将电机的转速降低到适合桨叶旋转的速度，轴承用于支撑桨叶并确保其灵活旋转，传感器则用于监测变桨系统的运行状态。
风力发电机组变桨距控制策略
2023-11-10CATALOGUE 目录•风力发电机组简介•变桨距控制策略的基本理论•变桨距控制策略的实现方法•变桨距控制策略的优化方法•变桨距控制策略在实际中的应用及案例分析01风力发电机组简介风力发电机组的基本构造风力发电机组的核心部件，由叶片和轮毂组成，用于捕捉风能并将其转化为机械能。
风轮齿轮箱发电机塔筒连接风轮和发电机的重要部件，将风轮的转速提升到发电机所需的速度。
将机械能转化为电能的重要部件，由定子和转子组成。
支撑风轮和发电机的高耸结构，通常由钢铁或混凝土制成。
风力发电机组通过旋转的风轮捕捉风的动能，并将其转化为机械能。
风的捕捉机械能的转化电能的产生机械能通过齿轮箱的传递，将转速提升到发电机所需的速度。
发电机将机械能转化为电能，通过电缆输送到电网。
03风力发电机组的运行原理0201按风向分类水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。
水平轴风力发电机组的风轮轴与地面平行，而垂直轴风力发电机组的风轮轴与地面垂直。
风力发电机组的分类按容量分类小型、中型和大型风力发电机组。
小型风力发电机组的功率通常在几百瓦到几千瓦之间，中型风力发电机组的功率在几兆瓦到几十兆瓦之间，而大型风力发电机组的功率通常在几百兆瓦到几兆瓦之间。
按运行原理分类恒速风力发电机组和变速风力发电机组。
恒速风力发电机组的风轮转速保持不变，而变速风力发电机组的风轮转速可以根据风速进行调整。
02变桨距控制策略的基本理论变桨距控制是一种用于调节风力发电机组功率输出的技术，通过改变桨叶的桨距角实现对风能捕获的优化控制。
在风速较高时，通过减小桨距角增加风能捕获，以提升发电机组的功率输出；在风速较低时，通过增大桨距角减小风能捕获，以避免过度捕获风能导致发电机组振动和疲劳损坏。
变桨距控制的概念和意义变桨距控制系统的基本结构变桨距控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。
传感器负责监测风速、风向和发电机组运行状态；控制器根据传感器信号和预设的控制逻辑对执行器进行指令输出；执行器根据指令调整桨叶的桨距角。
风力发电机变桨距控制技术研究
风力发电机变桨距控制技术研究随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，逐渐受到人们的关注。
而风力发电机的变桨距控制技术的研究与应用，对于提高风力发电机的效率和稳定性具有重要意义。
风力发电机的变桨距控制技术是指根据风力发电机所接收的风速信号，通过控制变桨距来调整叶片的角度，以实现最佳功率捕获。
变桨距控制技术可以根据实时风速变化，调整叶片的角度，使其在不同风速下都能运行在最佳工作状态，从而提高风力发电机的发电效率。
风力发电机的变桨距控制技术主要包括传感器、控制器和执行器三个部分。
传感器用于感知风速信号并将其转化为电信号，控制器通过对风速信号的处理和分析，得出最佳的变桨距控制策略，最后通过执行器来实现叶片角度的调整。
在风力发电机的变桨距控制技术研究中，需考虑以下几个方面。
首先，需选择合适的传感器来准确感知风速信号，以确保控制器的准确性。
其次，需要在控制器中设计合理的算法，以根据实时风速变化来调整叶片的角度。
同时，还需考虑到不同风速下的功率输出特性和风力发电机的安全性能，以确保变桨距控制技术的可靠性和稳定性。
此外，风力发电机的变桨距控制技术还面临一些挑战。
例如，风速信号的准确性和稳定性对于变桨距控制的精度和效果至关重要。
此外，变桨距控制技术的实施成本也是一个重要的考虑因素。
因此，研究人员需要不断改进传感器和控制器的技术，并降低成本，以实现风力发电机变桨距控制技术的普及和应用。
综上所述，风力发电机的变桨距控制技术是提高风力发电机效率和稳定性的重要手段。
通过合理选择传感器、设计优化的控制算法，并考虑到功率输出特性和安全性能，可以实现风力发电机在不同风速下的最佳工作状态。
未来，随着技术的进一步发展和成本的降低，风力发电机变桨距控制技术有望在风力发电行业中得到更广泛的应用。
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393.6 湖北
192.7
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137.2
250.5 贵州
100.6
246.5 台湾
104.8
237.6 海南
64.0
234.2
195.0 全国合计 25,300.0
据中国气象科学院预测，我国经济可开发风能资源为：
• 气流流过翼型时，受到与气流平行的阻力FD，翼型受到向上的合力FL为升力 。阻力是风对风轮的正面压力，由风力机的塔架承受；升力是推动风轮旋转 的动力。
• 升力系数CL与阻力系数CD之比称为升阻比。
FD
1 2
Lw2CD
叶素扫掠出的平面
叶素——叶片半径r处长度为r的微元
升力和阻力
• A点称为前缘，B点称为后缘，连接AB的直线段称为翼弦 （弦线）。翼弦的长度为L。
• 翼弦上、下方的弧形表面分别称为上表面和下表面。
• 合成风速矢量（相对风速）与叶片翼弦之间的夹角称为攻角（迎角）。
• 叶片弦线与风轮旋转平面之间的夹角称为桨距角。
• 陆上约有2.53亿千瓦 (年电量5000亿千瓦时 ) • 海上约有7.5亿千瓦 • 合计约10亿千瓦
•
5.风能转换与利用的主要方式
6. 风力机的类型
• 按风轮轴与地面的相对位置，分为水平轴型和竖轴（立轴）型 • 按叶片工作原理，分为升力型和阻力型
• 按风力机的用途分类，有风力发电机、风力提水机、风力铡草机、风力 脱谷机等
影响风速的主要因素
• 地理位置
• 障碍物
风能的时空不稳定性是其重要特性
风机安装的位置距离障碍物 的距离至少是障碍物高度的 20倍，而且叶片下缘的高 度至少是障碍物高度的3倍
3.风的能量
• 风能：空气流动的动能 • 风的功率Nv：1s通过面积为A的空气所具有的动能
Nv
1 2Βιβλιοθήκη v3 A• 风能密度E0：1s流过1m2面积的风所具有的动能
• 风速频率：在一定时间内，相同风 速出现的时间长度占测量总时间的 百分比
• 风速变幅：在测量平均风速的限定时间内，最大风速与最小 风速之差
• 起动风速（切入风速）：可使风力机起动运行的风速； • 切除风速（切出风速）：限制风力机超速运行的上限风速 • 有效风速：起动风速和切除风速之间的风速
国内风力机的起动风速一般为3m/s，切除风速为20m/s，有效风速范围为3～ 20m/s。
• 竖轴型风力机 • 特殊型风力机
升力型风力机
• 升力型风机依靠叶片产生的升力作为旋转动力以气流中的 获取能量
阻力型风力机
• 阻力型风机依靠叶片在气流流动方向上的阻挡作用产生的 反作用力作为旋转动力以获取气流中的能量
7. 风轮的基本理论
攻角（迎角） 桨距角 升力、阻力 风轮功率 风能利用系数（风轮功率系数） 尖速比 失速 风轮面积
• 区域风：海陆风、山谷风
夜间”山风” 白天”谷风”
２.风的基本特征
（１）风向：风吹来的方向
• 风向频率（风频）：在一 定的时间范围内，某风向 出现的次数占各风向出现 的总次数的百分比
工业布局时注意风向对工程位置的影响
２.风的基本特征
（２）风速：风在单位时间内吹过
的距离
• 瞬时风速、平均风速
计算风资源时，都用10min的平均风速
第九讲 风能的利用
风能的基本理论：风的形成、风的基 本特征、升力和阻力、风能资源 风能利用技术：风力机的结构、风轮 的基本理论、风力发电及其他应用
1. 风是怎么形成的？
风能是大气运动形成的一种能源形式，其能量来自于大气所吸收的太阳 能。
梯度风——由压力梯度产生的风
地转风——在气压梯度力和科里奥利力平衡时，沿等压线直线运动的风
E0
1 2
v3
• 风能玫瑰图
风向从各方向指向原点， 每条射线的长度代表各方 位风向频率的百分数与相 应风向平均风速立方数的 乘积。 从风能玫瑰图可以看出 哪个方向的风具有能量的 优势，对于风电场选址非 常重要。
4. 我国风能资源分布
4. 我国风能资源分布
我国风能资源可分为四大区域：东部沿海及岛屿地 区、三北（东北、华北、西北）地区、内陆局部地区 和海上风能区。
气转风——受到气压梯度力、科里奥利力和离心力作用，空气沿弯曲的 等压线运动形成的风
科里奥利力——由于地球的自转而产生的作用于气流的偏 向力
F 2 v 科氏力Coriolis force
cor
F r 离心力Centrifugal force cen
• 大气环流
• 按风轮相对于塔架的位置，分为上风式（前置式）和下风式（后置式） • 按风轮的叶片数量，分单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式 • 按叶片的形状，可分为螺旋桨式、十字形、H形、O形、S形等
• 按叶片与轮毂的连接分为定桨型和变桨型
风力发电所采用的风力机，水平 轴型的占绝大多数，达98％以上。
• 水平轴型风力机
我国的风能资源分布
省区 风能储量 省区 风能储量 省区 风能储量
内蒙 西藏 新疆 青海 黑龙江 甘肃 吉林 河北 辽宁 四川
6,177.5 3,993.0 3,433.0 2,421.4 1,722.8 1,143.0
637.5 611.9 605.8 435.8
山东 山西 河南 云南 江西 安徽 湖南 江苏 陕西 广东
２.风的基本特征
• 风级：根据风力强度划分的等级
影响风速的主要因素
• 垂直高度
在离地100ｍ范围内
v
v0
H H0
n
近地的风速边界层越厚，n值越小，通常为0.1～0.4，常用0.142
风速随高度的变化 也不是一成不变的
风能的时空不稳定性是其重要特性
影响风速的主要因素
• 地形地貌
• 按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小来分，有高速风力机 （比值大于3）和低速风力机（比值小于3）；也有把该比值2～5者称为 中速风力机
• 按风机容量大小分类：国际上通常分为小型（100kW以下）、中型（100 ～1000kW）和大型（1000kW以上）3种；我国则分成微型（1kW以下） 、小型（1～10kW）、中型（10～100kW）和大型（100kW以上）4种； 也有的将1000kW以上的风机称为巨型风力机