目錄雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組的運行過程及控制系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u目錄 r/min、v3分別為轉(zhuǎn)速與風(fēng)速時。發(fā)電機運行位置B2,風(fēng)力機運行位置B1。發(fā)電機運載比風(fēng)力機產(chǎn)生機械功率大,風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不高。風(fēng)輪轉(zhuǎn)速降低,發(fā)電機功率持續(xù)更改,與P2線更改相同。風(fēng)力機械輸出功率與v線更改相同。其運行越來越慢,風(fēng)輪周期、機組功率差距變低，運行位置B3完成兩者交叉。風(fēng)速測量不可靠原因?qū)е?實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、風(fēng)速兩者相互協(xié)同困難變多,所以風(fēng)速的變化去改變轉(zhuǎn)速是不可能被完成。出于風(fēng)機不被風(fēng)速左右,將轉(zhuǎn)速取代風(fēng)速,即能完成功率與轉(zhuǎn)速間函數(shù)關(guān)系,且三次方關(guān)系依舊存在高效功率P和轉(zhuǎn)速三次方相同變化：Popt=0.5ρπR2Cpmax(R/λopt)3=Kω3K=0.5ρπR3Cpmax(R/λopt)3Popt是高效輸出功率,也是必要目標功率；K是最好輸出功率參數(shù)。高強度風(fēng)力利用是風(fēng)力機結(jié)合Cpmax線運行，基于理論角度,完成發(fā)電機組高強度風(fēng)力利用捕捉。轉(zhuǎn)速、功率兩個因素對發(fā)電機輸出產(chǎn)生制約，并且兩個因素還是發(fā)電機自己自帶性質(zhì)。所以Cpmax恒定區(qū)域、恒速區(qū)域均存在此時期內(nèi)風(fēng)力機轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。想要發(fā)電機組與λopt變化相同，那必須保證電機組處在最高效轉(zhuǎn)動條件，且運轉(zhuǎn)雖風(fēng)速表現(xiàn)出函數(shù)辯護同時處于Cpmax恒定區(qū)域(或恒定葉尖速比)內(nèi)。運轉(zhuǎn)能夠穩(wěn)定，功率比額定功率小，并且轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一定速度內(nèi)，不在雖風(fēng)速變強。若達到恒定區(qū)，Cp數(shù)據(jù)技術(shù)在風(fēng)速變大情況下還會變小，可是功率會在實現(xiàn)容許最大功率之前繼續(xù)進行變大。變槳不需要操作是實現(xiàn)變速控制,且風(fēng)力機槳葉節(jié)距角穩(wěn)定不變時。4.2恒功率變槳控制使用風(fēng)葉處于開頁最大條件是處于風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電中,風(fēng)速比額定風(fēng)速小,通過調(diào)節(jié)把槳距角調(diào)調(diào)節(jié)為0°(最大開槳位置)實現(xiàn):恒功率變槳控制時風(fēng)速大于12m/s條件下運行。風(fēng)葉調(diào)度調(diào)節(jié)是電機組通過前六秒風(fēng)速均值結(jié)合表1數(shù)據(jù)實現(xiàn)。風(fēng)葉距角的細小調(diào)節(jié)根據(jù)，之前完成操作且運行兩秒后所得到電機功率且集合表2數(shù)據(jù)實現(xiàn)。表中,?Pe=Pe-1500kW,式中,?P目前功率誤差:Pe目前發(fā)電機功率。表1恒功率運行時風(fēng)速與槳距角的關(guān)系表2槳距角的調(diào)整值變槳控制程序框圖如圖15所示。圖15變槳控制的程序框圖4.3未并網(wǎng)時的變槳控制控制系統(tǒng)根據(jù)額定功率、欠功率或發(fā)電機脫網(wǎng)狀態(tài)給出正確運行時所需要的漿距定值,變槳執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)給定槳距角與當前槳距角的差值計算出槳距角給定值槳距角調(diào)整到滿足系統(tǒng)要求的位置,并根據(jù)當前實際風(fēng)速,給定槳距角變距速率（1）低風(fēng)速段起動(風(fēng)速<5m/s)當風(fēng)力發(fā)電機組無故障且滿足風(fēng)速為3~5ms制系統(tǒng)將槳距角定位至接近45°的嚙合角,提供高起動扭矩(如15右上角所示)風(fēng)葉距角實現(xiàn)45°到0°變化,需要發(fā)機運行速度與并網(wǎng)運行速度相同，且電機運行速度要逐步變大，系統(tǒng)才能進行調(diào)節(jié)。在運行結(jié)束后，為完成最高效率風(fēng)力利用，風(fēng)葉會在0°即最高開葉點停留。系統(tǒng)還會自動以減少成本為目的停止在風(fēng)速小于3m/s情況下對葉角測量。（2）葉距角直接實現(xiàn)90°到0°是在中風(fēng)速大于即5m/s且小于額定風(fēng)速條件下，系統(tǒng)沒必要測量葉距角來得到高強度運行扭矩。系統(tǒng)由風(fēng)速值調(diào)節(jié)葉距角變化速度,運行結(jié)束,葉距不在進行調(diào)節(jié)即在0°位置停留,完成最強程度風(fēng)力利用。（3）大于12m/s為高風(fēng)速，風(fēng)速比額定風(fēng)速高，低于起始運行額定風(fēng)速，風(fēng)中能量完全可以實現(xiàn)額定功率時,控系統(tǒng)將葉距角完成90°慢慢減少到設(shè)置葉距角數(shù)值,結(jié)合風(fēng)速數(shù)據(jù)決定葉距角降低速率,確保風(fēng)力發(fā)電機組起始運行中葉輪轉(zhuǎn)速實現(xiàn)穩(wěn)定變化,當實現(xiàn)適宜環(huán)境完成電機起始運行后,葉將結(jié)束此風(fēng)速中額定功率葉距角理應(yīng)停留點,去完成電機組穩(wěn)定額定功率輸松。未并網(wǎng)葉變化控制程序如圖16：圖16未并網(wǎng)時的變槳控制程序框圖第五章風(fēng)力發(fā)電機的啟動和關(guān)閉程序5.1風(fēng)力發(fā)電機待機程序（1）通電：即上電，是將所有數(shù)值標定到最初設(shè)定的程序包括軟件重新啟動或每次關(guān)機程序完成后首先進入的程序。（2）手動模式*啟動手動模式后系統(tǒng)正常關(guān)機后進入手動模式。*系統(tǒng)處于手動模式時，“應(yīng)用”的“creawmenu”有效。*人工完成子系統(tǒng)手動運行完成工作者手動命令。風(fēng)力發(fā)電機組手動模式禁止所有自動控制，系統(tǒng)保證風(fēng)力發(fā)電機的操作。風(fēng)力發(fā)電機組和與其對應(yīng)的電網(wǎng)和網(wǎng)的功能停止工作。*人機的接口提供了調(diào)整角度功能，但比平時更多的整葉不能離開順槳的位置。*在手動模式下，系統(tǒng)依然監(jiān)視故障狀況，特別是超出了手動操作的容許范圍時*手動模式下發(fā)生故障時對“crewmenu”的操作也將被禁止注意（3）待機*待機狀態(tài)下沒有故障時，系統(tǒng)處于游離狀態(tài)。*風(fēng)力發(fā)電機組仍出現(xiàn)一定故障時，系統(tǒng)仍處于待機狀態(tài)。（4）等風(fēng)*槳葉保持原槳的角度，變流系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)。*偏差大于系統(tǒng)設(shè)定的風(fēng)速時，跟蹤風(fēng)向。*風(fēng)速滿足發(fā)電范圍，且飛機在一定風(fēng)向范圍內(nèi)時，風(fēng)力發(fā)電機進入啟動狀態(tài)。（5）啟動*啟動后，電機、電網(wǎng)同步聯(lián)網(wǎng)。*若起動多次失敗,則機組可能存在某個故障*起動過程中的所有階段都需要超時保護5.2風(fēng)力發(fā)電機組啟動程序風(fēng)力發(fā)電單元的啟動順序如圖17所示。風(fēng)力發(fā)電單元的整體啟動過程可以分為以下4個步驟。準備狀態(tài)：以風(fēng)速、溫度等外部因素滿足啟動條件為前提，風(fēng)力發(fā)電單元進入啟動準備狀態(tài)。此時，控制器確認潤滑系統(tǒng)、油壓系統(tǒng)等是否正常運轉(zhuǎn)，并要求執(zhí)行器的準備。變壓器正常待機后，全系統(tǒng)發(fā)生變化，風(fēng)力發(fā)電機啟動。圖17風(fēng)力發(fā)電機組的啟動順序（2）啟動：此時風(fēng)速的快速啟動分為兩種模式。小風(fēng)啟動和強風(fēng)啟動。*小風(fēng)啟動：啟動風(fēng)速比額定風(fēng)速小(WD77-150kW為11.2m/s,WD70-1500kw為1l.5m/s）。控制器對槳葉進行一次調(diào)整狀態(tài),首先槳距角最初設(shè)定值是15°,然后把變槳系統(tǒng)改成以2°/S的速度開始運行時，如果當前的平均風(fēng)速在額定風(fēng)速+2m/s以上，控制器將全部的目標值重新設(shè)定為30°,進入強風(fēng)啟動狀態(tài)。*風(fēng)速大起動:啟動風(fēng)速比額定風(fēng)速大(WD77-150kW為11.2m/s,WD70-1500kw為1l.5m/s),則過入在強風(fēng)啟動狀態(tài)下，控制器進入槳的第一次整頓。首先，槳距角的初步設(shè)定是30°,然后把變槳系統(tǒng)改成2°/s的速度開始運行，當前平均風(fēng)速低于額定風(fēng)速-2m/s時，控制器將目標值重新設(shè)定為15°,進入小風(fēng)啟動狀態(tài)。（3）槳距角第二次整頓：槳距角目標值進行第二次設(shè)置,改變到合適葉距角(WD77-1500kW為0°,WD70-1500kW為-15°)發(fā)電機運行速度值設(shè)值到風(fēng)輪平穩(wěn)條件下最小發(fā)電機運行速度,變?nèi)~功能以2為變化開始,結(jié)合變?nèi)~功能閉環(huán)設(shè)置,實現(xiàn)發(fā)電機運行速度恒定且和并網(wǎng)同步運行速度。并數(shù)據(jù)中穩(wěn)定后實現(xiàn)并網(wǎng)。（4）并網(wǎng)：變流器發(fā)現(xiàn)發(fā)電機運行速度達到并網(wǎng)同步后,網(wǎng)側(cè)變壓器對直流母線的電容進行充電。之后，轉(zhuǎn)子側(cè)的變流器實現(xiàn)發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)勵磁，在發(fā)電機的定子側(cè)產(chǎn)生電壓，定子感應(yīng)電壓、電網(wǎng)電壓為同頻、同相、同振幅時，主空氣閉合并網(wǎng)完成，即實現(xiàn)發(fā)電。5.3風(fēng)力發(fā)電機組關(guān)機程序表3所示，狀態(tài)機控制4步，安全系統(tǒng)控制2步，即共6步完成關(guān)機。表3風(fēng)力發(fā)電機組關(guān)機程序其中,正常關(guān)機程序依然進行變速閉環(huán)控制，其他的關(guān)機程序都是開環(huán)控制。在關(guān)機期間，程序同時檢測轉(zhuǎn)子是否長時間動作。緊急關(guān)機程序和緊急停止按鈕關(guān)機程序由安全系統(tǒng)觸發(fā)在安全鏈復(fù)位之前，控制器將保持緊急停止狀態(tài)。5.4偏差控制在圖8中畫出了偏航系統(tǒng)的配置框圖。圖8偏航系統(tǒng)的構(gòu)成方框圖（1）偏航啟動：偏航系統(tǒng)啟動后，控制器將初始化。此時，停止偏航，設(shè)定初始化警報信號，在短時間內(nèi)將平均偏航誤差讀入控制器，使風(fēng)力發(fā)電機朝向風(fēng)向。（2）禁止偏航：停止偏航，取消解纜警報信號。（3）偏航標定：以WD1500系列風(fēng)力發(fā)電機組為例,偏航標定有兩種來源,一種是手動狀態(tài)下的偏航標定信號:另一種是非手動狀態(tài)下的偏航標定信號。如果是非手動狀態(tài)下的偏航標定信號,則風(fēng)力發(fā)電機組首先需要停機,然后再進行標定。標定方法為控制首先判斷機艙的位置是否在0位的右側(cè)。在左(右)偏航過程中,如果手動偏航信號消失,或者風(fēng)速不允許大范圍偏航,則結(jié)束標定,停止偏航,將機艙位置標定為0。同時,控制器還會判斷電動機是否處于左(右)偏航狀態(tài),如果處于左(右)偏航狀態(tài),并且機艙當前位置與起動時機艙位置差值大于1080°,則標志著偏航開關(guān)零位失效,需要退出偏航標定,停止偏航,并將機艙位置標定為0。在左(右)偏航過程中,如果出現(xiàn)偏0位信號變化,說明機艙位置已處于0位,退出偏航標定,停止偏航,將機艙位置置0,進入偏航等待狀態(tài)。（4）偏航等待：當偏航系統(tǒng)處于等待狀態(tài)時,偏航電機處于停止狀態(tài)。此時，機艙的位置未校準，風(fēng)速條件可以大幅偏航時，進入自動偏航狀態(tài)校準。如果機艙位置已校準，有電纜報警信號，可在風(fēng)速條件范圍內(nèi)偏航。如果校準了機艙的位置，平均風(fēng)速會比偏航的范圍大。所需的最小風(fēng)速（2.5m/s）,偏航誤差大于8°（或小于-8）°),然后啟動偏航電機跟蹤。（5）偏航：平均風(fēng)速大于偏航所需的最小風(fēng)速（2.5m/s），偏航誤差大于8°(或小于-8°),之后偏航電機啟動并跟蹤。控制器還檢測偏航誤差，誤差不為零時，或從右（左）處有扭纜現(xiàn)象，或有未校準的位置信號時，控制器結(jié)束偏航跟蹤狀態(tài)，切換至等待偏航狀態(tài)。（6）偏航解纜：在等待偏航狀態(tài)下，如果有右（左）扭纜，控制器首先設(shè)置電纜發(fā)出警報信號，停止偏航。另外，風(fēng)機處于待機狀態(tài)時，控制器開始向左（右）偏航。偏航中檢測機艙的位置。如果不為零,或風(fēng)速不允許大范圍偏航,或機艙位置未校準,控制器將解除解纜狀態(tài)，切換至等待偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。（7）人工偏航：需要手動偏航時，使用手動偏航的初始設(shè)定操作需要停止偏航，關(guān)閉電纜的警報裝置，確定偏航角度。此外，控制器判斷風(fēng)速是否允許手動偏航，如果未經(jīng)許可，停止偏航，待允許風(fēng)速手動偏航，并且有手動偏航要求，繼續(xù)手動偏航。此時，如果沒有手動的偏航請求，則手動偏航關(guān)閉，進入等待偏航狀態(tài)。另外，出現(xiàn)偏航校準初始化信號時，而且偏航0開關(guān)失效后，偏航校準進入手動狀態(tài)。安全鏈第六章安全鏈安全鏈能夠?qū)崿F(xiàn)單獨硬件保護,實現(xiàn)反邏輯作用,會實現(xiàn)發(fā)電機組產(chǎn)生損害現(xiàn)象節(jié)點關(guān)聯(lián)為通路,由緊急停止按鈕、主空氣開關(guān)、PLC輸出信號、風(fēng)力發(fā)電機的過旋轉(zhuǎn)速度、過纏繞、過振動等構(gòu)成。只要一個現(xiàn)象發(fā)生就會立即出現(xiàn)停止,230VAC、24VDC電源沒電,接觸器、繼電器、電磁閥等電器停止。風(fēng)力發(fā)電機實現(xiàn)鎖定。安全鏈的緊急停止只能通過手動復(fù)位來重新啟動。注意：由于在安全鏈設(shè)計的過程中,各控制系統(tǒng)廠商對每個串入安全鏈的信號有不同層次的考慮,因此可能存在一定的差異6.1硬件安全鏈（安全鏈繼電器）如圖9所示,基于安全鏈繼電器的安全鏈將主空開脫扣、機艙振動開關(guān)、偏航限界開關(guān)、發(fā)電機過速、風(fēng)輪過速、機艙手動安全停止、塔基手動安全停止、控制器看門狗分為兩條路。發(fā)生某一現(xiàn)象，必回停止運行，接觸器、繼電器、電磁閥、執(zhí)行機構(gòu)等會馬上沒電,制止輸出，將,風(fēng)力發(fā)電機組關(guān)閉。圖9基于安全鏈繼電器的安全鏈6.2軟件安全鏈如圖10所示，倍福安全鏈模塊可自由編程。I/O點可以重復(fù)使用。當I/O點多、安全鏈控制點和監(jiān)視點復(fù)雜時，有明顯的優(yōu)勢。但是，因為是軟件的安全鏈，在可靠性和安全等級方面比硬件的安全鏈要差強人意。圖10倍福控制系統(tǒng)安全鏈三種功能實現(xiàn)了倍?？刂葡到y(tǒng)的安全鏈（KL1904、KL1404、KL6904）實現(xiàn)軟件保護。也就是說，將KL1904作為輸入模塊，將所有安全鏈節(jié)點連接到KL1904模塊，構(gòu)建KL6904模塊進行邏輯運算。KL1404是安全鏈輸出。機艙的安全鏈信號通過光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳送到塔底，在塔底進行光電轉(zhuǎn)換成電信號。6.3安全繼電器方式安全繼電器的輸入由串聯(lián)的閉合接點的組構(gòu)成。這些觸點是否關(guān)閉直接反映了發(fā)電機組的安全狀態(tài)。連接在一點的觸點被稱為安全鏈。安全鏈上的觸點是看門狗信號、過振、緊急停止按鈕、過卷、超速等,如圖11所示。虛線內(nèi)部有安全繼電器輸入信號。其總是關(guān)上鏈接位置里,當有觸點失效,安全繼電器沒電,合力送出關(guān)合風(fēng)力發(fā)電機組馬上關(guān)閉。安全繼電器24VDC電源。安全繼電器有電，燈1亮，安全繼電器電源正常。安全鏈上的看門狗信號、過振動、緊急按鈕、過纏繞、過旋轉(zhuǎn)速度等觸點信號全部關(guān)閉時，燈2亮。執(zhí)行機內(nèi)復(fù)位、下板復(fù)位或遠程復(fù)位、安全繼電器輸出觸點閉合，燈3亮。圖11安全繼電器的輸入信號圖針對安全鏈繼電器而言,安全繼電器安全水平不高。安全繼電器無變成與倍福系統(tǒng)比,比較落后。結(jié)論結(jié)論（1）質(zhì)量高發(fā)電可由原動機完成。雙饋感應(yīng)發(fā)電機由改變轉(zhuǎn)子勵磁電流幅值、頻率、相位,原動機速度變化可穩(wěn)定發(fā)出恒定頻率電里,提高機組速度,使機組期限變大。（2）原動機變速實現(xiàn)范圍控制,同步速上下30%限度運行;方便更改設(shè)置，機械力降低。機組控制變得便捷高效。（3）勵磁電流進行調(diào)節(jié),更改有功功率:勵磁電流相位改變,改變無功功率。有功功率、無功功率單獨改變,完成改變功率角對發(fā)電機平穩(wěn)運作。使交流勵磁將發(fā)電機得到無功功率,結(jié)合電網(wǎng)無功功率改變,處理電網(wǎng)電壓變大壞處,電網(wǎng)高效、高質(zhì)量。（4）雙饋感應(yīng)促使互相磁性,準確改變給與能源,完成穩(wěn)定高效并網(wǎng)，變頻控制功率為電機額定容量成分,將變頻裝置減小,性價比提高。（5）低風(fēng)速條件雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組風(fēng)輪機轉(zhuǎn)速小,風(fēng)輪機牽引雙饋電機轉(zhuǎn)子不能實現(xiàn)雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速所需,引入齒輪箱升速,與雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)合發(fā)電。齒輪箱花費大,經(jīng)常發(fā)生錯誤,且可靠性不強，齒輪箱還會形成噪聲污染環(huán)境。（6）當?shù)拓摵蛇\行時,效率低。（7）電機轉(zhuǎn)子繞組帶有滑環(huán)、碳刷,增加維護和故障率。（8）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。謝辭參考文獻[1]李位峰,等,2013中國風(fēng)電發(fā)展報告,北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2013[2]2012年度中國風(fēng)電建設(shè)統(tǒng)計評價報告,水利水電規(guī)劃設(shè)計總