萝莉病第二章 风力机控制 三、旋转桨叶的气动力(叶素分析)风向
i -uI 倾斜角 dD气流阻力 安装角(桨距角、节距角): 回转平面与桨叶截面弦长的夹角
I相对 速度
I
运动旋转方向 u
R 2 Rn
w
vdL气流升力
dF气流W产生的气动力1 Cl w2 dS 2 1 dD Cd w2 dS 2 dL
轴向推力dFa=dLcosI+dDsinI 旋转力矩dT=r(dLsinI-dDcosI) 驱动功率dPw=ωdT
风输入的总气动功率P=vΣFa旋转轴得到的功率Pu=Tω 风轮效率η=Pu/P
第二章 风力机控制 五、涡流理论(叶片数的影响及实际风力机Cp曲线)有限叶片数由于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所下降。 实际风力机曲线如下图所示：Cp
Betz极限 理想的Cp曲线 型阻损失
失速损失
实际的Cp曲线
0
第三章 定桨距风力发电机组 一、定桨距风力发电机组的特点1、风轮结构 主要特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨叶的迎风角度不随风速变化而变化。 需解决的问题：高于额定风速时桨叶需自动将功率限制在额定功率附近(失速特性)。 脱网(突甩负荷)时桨叶自身具备制动能力。 添加了叶尖扰流器，降低机械刹车结构强度， 2、桨叶的失速调节原理 因桨叶的安装角β不变，风速增加→升力增加→升力变缓→升力下降→阻力增加→叶片失速 叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。失速部分 功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。 3、叶尖扰流器 叶尖部分可旋转的空气阻尼板，正常运行时，在液压控制下与叶片成为整体，风力机脱网时 液压控制指令将扰流器释放并旋转80o~90o,产生阻力停机，即产生空气动力刹车。 空气动力刹车是按失效思想设计，即起到液压系统故障时的机组停机保护。 4、双速发电机功率 大发电机功率曲线 如6极200kW 和4极750kW P1 切换点 P2 风速 小发电机功率曲线
第三章 定桨距风力发电机组 一、定桨距风力发电机组的特点5、功率输出 功率的输出主要决定于风速，叶片的失速特性功率曲线是在标准空气密度 ρ=1.225kg/m3测出 的，一般温度
变化±10oC,空气密度变化±4%。因此气温升高，密度下降，输出功率减少。 750kW机组可能会出现30~50kW的偏差， 6、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响 由于机组的桨叶节距角和转速都是固定不变的，使机组功率曲线上只有一点有最大功率系数。 额定转速低的机组，低风速下有较高的功率系数；额定转速高的机组，高风速下有较高的功率 系数。即为双速电机依据。 设计的最大功率系数并不出现在额定功率上，因风力发电机并不经常工作在额定风速点。定桨 距风力发电机应尽量提高低风速的功率系数和考虑高风速的失速性能。1000 功率输出/kW 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 2 4 6 8 10 12 14 16 18Cp
800 600400 200
0
风速/(m/s)
功率/kW
第三章 定桨距风力发电机组 二、定桨距风力发电机组的基本运行过程1、待机状态 风速v>3m/s但没达到切入转速或机组从小功率切出，没有并网的自由转动状态。 控制系统做好切入电网的准备； 机械刹车已松开； 叶尖阻尼板已收回； 风轮处于迎风状态； 液压系统压力保持在设定值； 风况、电网和机组的所有状态参数检测正常，一旦风速增大，转速升高，即可并网。 2、风力发电机组的自启动及启动条件 机组在自然风作用下升速、并网的过程。需具备的条件为： 电网：连续10分钟没有出现过电压、低电压；0.1秒内电压跌落小于设定值；电网 频率在设定范围内；没有出现三相不平衡等现象。 风况：连续10分钟风速在机组运行范围内(3.0m/s~25m/s) 机组：发电机温度、增速器油温在设定值范围以内；液压系统各部位压力在设定值 以内；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动器摩擦片正常；扭缆开关复位；控制系 统DC24V、AC24V、DC5V、DC±15V电源正常；非正常停机故障显示均已排除；维护 开关在运行位置。
第三章 定桨距风力发电机组 二、定桨距风力发电机组的基本运行过程3、风轮对风 偏航角度通过风向测定仪测定。10分钟调整一次，调整中释放偏航刹车。 4、制动解除 启动条件满足后，控制叶尖扰流器的电磁阀打开，压力油进入桨叶液压缸，扰流 器被收回与桨叶主体合为一体。控制器收到扰流器回收信号后，压力油进入机械盘 式制动器液压缸，松开盘式制动器。 5、风力发电机组的并网 当转速接近同步转速时，三相主电路上的晶闸管被触发开始导通，导通角随与同 步转速的接近而增大，发电机转速的加速度减少；当发电机达到同步转速时晶闸管 完全导通，转速超过同步转速进入发电状态；1秒后旁路接触器闭合，电流被旁路， 如一切正常晶闸管停止触发。
第三章 定桨距风力发电机组 三、风力
发电机组的基本控制要求1、控制系统的基本功能 根据风速信号自动进行启动、并网或从电网切出。 根据风向信号自动对风。 根据功率因数及输出电功率大小自动进行电容切换补偿。 脱网时保证机组安全停机。 运行中对电网、风况和机组状态进行监测、分析与记录，异常情况判断及处理。 2、主要监测参数及作用 电力参数：电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数 等。判断并网条件、计算电功率和发电量、无功补偿、电压和电流故障保护。发 电机功率与风速有着固定的函数关系，两者不符可作为机组故障判断的依据。 风力参数：风速；每秒采集一次，10分钟计算一次平均值。v>3m/s时发电机， v >25m/s停机。风向；测量风向与机舱中心线的偏差，一般采用两个风向标进行补 偿。控制偏航系统工作，风速低于3m/s偏航系统不会工作。 机组参数：转速；机组有发电机转速和风轮转速两个测点。控制发电机并网和脱 网、超速保护。温度；增速器油温、高速轴承温度、发电机温度、前后主轴承温 度、晶闸管温度、环境温度。振动；机舱振动探测。电缆扭转；安装有从初始位 臵开始的齿轮记数传感器，用于停机解缆操作。位臵行程开关停机保护。刹车盘 磨损；油位；润滑油和液压系统油位。
第三章 定桨距风力发电机组 三、风力发电机组的基本控制要求 各种反馈信号的检测：控制器在发出指令后的设定时间内应收到的反馈信号包括回 收叶尖扰流器、松开机械刹车、松开偏航制动器、发电机脱网转速降落。否则故障 停机。 增速器油温的控制：增速器箱内由PT100热电阻温度传感器测温；加热器保证润滑 油温不低于10oC;润滑油泵始终对齿轮和轴承强制喷射润滑；油温高于60oC时冷却 系统启动，低于45oC时停止冷却。 发电机温升控制：通过冷却系统控制发电机温度，如温度控制在130~140oC,到 150~155oC停机。 功率过高或过低的处理：风速较低时发电机如持续出现逆功率(一般30~60 s), 退出电网，进入待机状态。功率过高，可能为电网频率波动(瞬间下降),机械惯 量不能使转速迅速下降，转差过大造成。也可能是气候变化，空气密度增加造成。 当持续10min大于额定功率15%或2s大于50%应停机。 风力发电机组退出电网：风速过大会使叶片严重失速造成过早损坏。风速高于25 m/s持续10min或高于33m/s持续2s正常停机，风速高于50m/s持续1s安全停机，侧 风90oC。
