当风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，即恒频。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机的转速不变，从而得到恒定的频率；变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，通过其他控制方式来得到恒定的频率。
过去采用的恒速恒频发电机存在风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足，成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍变速恒频发电是2O世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术，通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，或变桨距控制．实现转速的调节．可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换效率；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波．减少损耗．提高系统效率，因此可以大大提高风电场并网的稳定性。尽管变速系统与恒速系统相比．风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵．但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大．因而发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究 变速恒频发电技术 变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。 目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。
1.5MW风力发电机组变桨系统原理及维护 国电联合动力技术有限公司 培训中心 （内部资料严禁外泄）
UP77/82 风电机组变桨控制及维护 目录 1、变桨系统控制原理 2、变桨系统简介 3、变桨系统故障及处理 4、LUST与SSB变桨系统的异同 5、变桨系统维护 定桨失速风机与变桨变速风机之比较 定桨失速型风电机组 发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。 优点：机械结构简单，易于制造； 控制原理简单，运行可靠性高。 缺点：额定风速高，风轮转换效率低； 电能质量差，对电网影响大； 叶片复杂，重量大，不适合制造大风机
变桨变速型风电机组 风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。 优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上； 电能质量提高，电网兼容性好； 高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全； 叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机 缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。 变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。
变桨系统组成部分简介 变桨控制系统简介 ?主控制柜 ?轴柜 ?蓄电池柜 ?驱动电机 ?减速齿轮箱 ?变桨轴承 ?限位开关 ?编码器 ?变桨主控柜
变桨轴柜
?蓄电池柜 ?电机编码器 GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。 ?限位开关
风力发电机组变桨系统介绍
一．概述 双馈风机
风轮：风轮一般由叶片、轮毂、盖板、连接螺栓组件和导流罩组成。风轮是风力机最关键的部件，是它把空气动力能转变成机械能。大多数风力机的风轮由三个叶片组成。叶片材料有木质、铝合金、玻璃钢等。风轮在出厂前经过试装和静平衡试验，风轮的叶片不能互换，有的厂家叶片与轮毂之间有安装标记，组装时按标记固定叶片。组装风轮时要注意叶片的旋转方向，一般都是顺时针。固定扭矩要符合说明书的要求。 风轮的工作原理：风轮产生的功率与空气的密度成正比。风轮产生的功率与风轮直径的平方成正比；风轮产生的功率与风速的立方成正比；风轮产生的功率与风轮的效率成正比。风力发电机风轮的效率一般在0.35—0.45之间(理论上最大值为0.593)。贝兹（Betz）极限 风机四种不同的控制方式: 1.定速定浆距控制(Fixed speed stall regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在发电时不进行空气动力学控制 2.定速变浆距控制(Fixed speed pitch regulated) 发电机直接连到恒定频率的电网,在大风时浆距控制用于调节功率 3.变速定浆距控制(Variable speed stall regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples),允许转子速度通过控制发电机的反力矩改变.在大风时,减慢转子直到空气动力学失速限制功率到期望的水平. 4.变速变浆距控制(Variable speed pitch regulated) 变频器将发电机和电网去耦(decouples), 允许通过控制发电机的反力矩改变转子速度.在大风时,保持力矩, 浆距控制用于调节功率.
编号：（ ）字 号 本科生毕业设计 题目： 姓名： 学号： 班级： 二〇一四年六月 基于PCS7的变桨距风力发电机组 偏航控制系统设计
xx 矿业大学 本科生毕业设计 姓名：学号： 学院：信息与电气工程学院 专业：电气工程与自动化 设计题目：基于PCS7变桨距风力发电机组偏航控制系统设计指导教师：职称：教授 二〇一四年六月徐州
xx矿业大学毕业设计任务书 学院信电学院专业年级电气工程与自动化2010级姓名 任务下达日期：2013年12月30日 毕业设计日期：2013年12月30日至2014年6月10日 毕业设计题目：基于PCS7变桨距风力发电机组偏航控制系统设计毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求： 1、了解风力发电机组工作的基本原理； 2、掌握WinCC和STEP 7软件； 3、掌握基本过程控制策略； 4、构建偏航控制系统及其控制策略； 5、翻译英文文献一篇。 院长签字：指导教师签字： 年月日
xx矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力； ③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成绩：指导教师签字： 年月日
xxx矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度； ⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成绩：评阅教师签字： 年月日
大型风力发电机组变桨距控制系统探究 发表时间：2017-10-23T17:09:49.417Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：宋德喜 [导读] 摘要：随着可持续发展战略的提出，我国正在大力开发清洁能源，风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约资源，而且可以减少环境污染，保护生态环境，因此，风电产业得到了迅速的发展。 （龙源陕西风力发电有限公司陕西西安 710065） 摘要：随着可持续发展战略的提出，我国正在大力开发清洁能源，风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约资源，而且可以减少环境污染，保护生态环境，因此，风电产业得到了迅速的发展。本文针对大型风力发电机组变桨距控制系统进行了简单的探究，以提出对风力发电技术有用的建议。 关键词：风力发电机组；变桨距控制系统；探究 风力发电作为一种具有良好经济效益和社会效益的新能源，越来越受到各国的重视。变桨距控制技术成为了当前风力发电技术的发展趋势和方向。而变桨距控制系统作为大型风力发电机组控制系统的核心部分之一，对机组稳定、安全、高效的运行具有重要的作用，稳定的变桨距控制已成为了大型风力发电机组控制技术的研究热点和难点之一。本文主要讨论大型风力发电机组变桨距控制系统的详细情况，为我国风力发电机组变桨距控制系统的国产化研究提供一些设计思路和理论方法。 一、变桨距机构和变桨距控制策略 （一）变桨距机构 变桨距机构是通过改变安装在轮毂上的叶片桨距角的大小，使叶片剖面的攻角发生变化来迎合风速变化，从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力状况大为改善，变桨距机构的特点是：叶片的桨距角可以随时进行自动调节。风力发电机起动时，可以通过改变桨距角来获得足够的起动转矩；风速过高时，叶片可以沿纵轴方向旋转，改变气流对叶片的攻角，从而改变获得的空气动力转矩，控制吸收的风能，以保持一定的输出功率，同时减少风力对整个机组的冲击。在并网过程中，变桨距控制还可以实现快速无冲击并网。变桨距控制系统与变速恒频技术相结合，可以提高整个风力发电系统的发电效率和电能质量。 （二）变桨距控制策略 对于大型风力发电来说，控制策略的优越与否将决定风力发电的经济效益和社会效益。由于风能资源在不同的地域，因不同的海拔、温度以及地理环境下产生的气流速度是不一样的，因此，风能是一种稳定性较差的能源，随机变化的风速将对桨叶产生大小不断变化的气动力，导致风轮回转平面捕获到的风能的大小处于不断变化之中，风力机的输出功率也随着风速的变化而变化，当这种变化很剧烈时就会对风力发电机组的机械结构造成损伤，减少风电机组的工作寿命。因而要提高风电机组的功率调节能力。针对目前广泛使用的变桨距风力发电机组，其控制策略应以额定风速为界，在高于额定风速阶段通过调节桨叶的桨距角来限制风力机捕获的风能，使其输出功率稳定在额定功率附近；在低于额定风速阶段，保持桨距角为0，使风能利用系数为最大值，风力机的输出功率随风速变化而变化，因此要保持风力发电机组运行在最佳叶尖速比，跟踪最大功率点。 二、变桨距控制原理及运行过程 （一）变桨距控制原理 变桨距控制技术简单地说就是通过调节桨叶的节距角，改变气流对桨叶的攻角，进而控制风能捕获的气动转矩和气动功率。目前国内外大型风力发电机组变桨距控制的方法有两种，一是统一变桨距控制，它的意思是说，风力机所以叶片的节距角均同时改变相同的角度，它是最先发展起来的变桨距控制方法，是目前应用最为成熟的方法；二是独立变桨距控制，它是指风力机的每支叶片根据自身的控制规律独立地变化节距角。 （二）变桨距控制系统的运行过程 根据风速的大小，变桨距的运行过程可分为4个阶段。在风速小于切入风速时，机组不产生电能，桨距角保持在90°；在风速高于切入风速时，桨距角转到0°，机组开始并网发电，并通过控制变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，捕获最大风能；在风速超过额定值后，变桨机构开始动作，增大桨距角，减小风能利用系数，减小风轮的风能捕获，使发电机的输出功率稳定在额定值；在风速大于切除风速时，风电机组抱闸停机，桨距角变道90°以保护机组不被大风损坏。 三、大型风力发电机组变桨距控制的方式 目前大型风力发电机组的变桨方式可以分为两种，分别是液压变桨距系统和电动变桨距系统。液压变桨距系统用液体压力驱动执行机构；电动变桨系统用伺服电机驱动齿轮实现变距调节功能。 （一）液压变桨距系统 液压变桨距系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动，以此来实现桨叶的变桨距。液压变桨距系统是一个自动控制系统，它由桨距控制器、液压动力泵、数码转换器、变桨系统蓄压器、旋转接头和位移传感器等组成。由于驱动形式的不同，液压变桨距风机又可以分为叶片单独变距和叶片统一变距。 大型风力发电机组上的液压变桨距系统通常要完成3个任务：一是偏航制动。浆叶要保持迎风方向，根据风向随时调整，调整后要锁定，这要靠液压夹紧油缸完成，液压站要长时间保压,尽量减少启动次数。二是主轴制动。紧急情况下不需要主轴旋转，要依靠液压缸夹紧主轴，在布置上与偏航是一样的。三是桨叶变距。根据风速，调节桨叶的迎角，充分利用风力，风速过大时，要自动顺桨，甩掉负荷，避免风车被吹倒。因为随时风速都在变化，浆叶的迎角也要时刻微调，液压上依靠比例阀的调节频繁改变油缸推力和位移，通过机械机构放大，从而改变桨叶角度。 液压变桨距系统的工作过程是：控制系统根据当前的风速，通过预先编制的算法给出电信号，该信号经液压系统进行功率放大，液压油驱动液压缸活塞运动，从而推动推杆、同步盘运动，而同步盘则通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心转动，偏心盘带动叶片进行变距。（二）电动变桨距系统 电动变桨距系统主要由动力源电动机、控制模块、蓄电池与执行机构减速器、齿轮等组成，具有代表的厂商有GE、金风和华锐等。（三）液压变桨距系统和电动变桨距系统的比较
变速恒频风力发电机组的无功功率极限 申洪，王伟胜，戴慧珠 （中国电力科学研究院，北京100085） 摘 要：根据变速恒频风电机组的工作原理，建立了变速恒频风电机组的稳态数学模型，该模型考虑了风力机、双馈电机及其转速控制的稳态特性。在此模型的基础上，提出了计算变速恒频风电机组无功功率极限的方法，并对一变速恒频风电机组进行了计算分析，验证了所提方法的可行性。 关键词：变速恒频风电机；双馈电机；无功功率极限 1 引言 近年来世界风力发电发展迅速，风电装机容量平均每年以高于20%的速度增长。截止到2002年底，全世界风力发电装机容量约为31128MW，其中我国风电装机容量达468.42MW。目前，兆瓦级风力发电机组已逐渐取代600kW级的机组，成为国际上风力发电机市场的主力机型，风电机组正向着大型化、变桨距和变速恒频的方向不断发展和完善。 虽然变速恒频风电机组与固定转速的风电机组相比在性能上有较大改善，但由于风速变化的随机性，变速恒频风电机组的并网运行对电力系统而言仍然是一种波动的冲击功率，因而必须对这种风电机组的并网运行特性进行研究。变速恒频风电机组的发电机采用双馈感应电机，文献[1]~[3]对它的稳态模型进行了研究，建立了基于与定子磁场同步旋转的dq坐标系的数学模型。因为双馈发电机的转速和定子侧的无功功率都可以调节，所以转速控制规律和无功功率控制规律对变速恒频风电机组的稳态特性也有很大的影响。文献[1]、[2]介绍了转速控制和无功功率控制的基本思想，其中转速控制的目标是使风力机的功率系数最优，而无功功率控制则根据其接入的电力系统的实际运行方式可以设定为功率因数恒定或端电压恒定两种控制方式。 风电机组发出的有功功率主要取决于风速的大小，而无功功率则取决于风电机组的无功控制方案。一般风电场位于偏远地区，电网结构薄弱，当无功功率控制的设定值达到风电机组的无功功率极限时，一方面转子绕组发热将导致风电机组停机，另一方面由于不能向系统中提供或吸收足够的无功功率，将导致端电压降低或升高，严重时将导致系统电压失稳。因而研究变速恒频风电机组的无功功率极限是很有必要的。文献[4]对此问题进行了一定的研究，但它只讨论了发电机定子绕组中有功功率和无功功率的稳态运行域问题，并没有解决整个风电机组注入系统的有功功率和无功功率的稳态运行域问题。另外，该文献没有考虑转速控制规律的影响。
变桨控制系统培训教材 1. 变桨控制系统概述 图1 变桨系统 变桨控制系统包括三个主要部件，驱动装置－电机，齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起，通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动，实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障，另两个驱动器可以安全地使风机停机。 变桨控制系统是通过改变叶片迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角，由此控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时，叶片向小迎角方向变化而达 轮毂 变桨轴承 变桨驱动器 雷电保护装置 变桨控制柜 撞块装置 限位开关装置
到限制功率。一般变桨角度范围为0～86度。采用变桨矩调节，风机的启动性好、刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。变桨系统作为基本制动系统，可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。 变桨控制系统有四个主要任务： 1.通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速 度。 2.当安全链被打开时，使用转子作为空气动力制动装置把叶子转回到羽状 位置（安全运行）。 3.调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。 4.通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。 2.变桨轴承 图2 变桨轴承和驱动装置变桨轴承 变桨驱动装置
变桨轴承安装在轮毂上，通过外圈螺栓把紧。其内齿圈与变桨驱动装置啮合 运动，并与叶片联接。 工作原理 当风向发生变化时，通过变桨驱动电机带动变桨轴承转动从而改变叶片对风 向地迎角，使叶片保持最佳的迎风状态，由此控制叶片的升力，以达到控制作用 在叶片上的扭矩和功率的目的。 变桨轴承的剖面图 6 一 12345 7 图3 变桨轴承的剖面图 从剖面图可以看出，变桨轴承采用深沟球轴承，深沟球轴承主要承受纯径向 载荷，也可承受轴向载荷。承受纯径向载荷时，接触角为零。 位置1：变桨轴承外圈螺栓孔，与轮毂联接。 位置2：变桨轴承内圈螺栓孔，与叶片联接。 位置3：S标记，轴承淬硬轨迹的始末点，此区轴承承受力较弱，要避免进入
变速恒频风力发电技术研究 目录 摘要 ............................................................................ I Abstract ........................................................................ II 第一章绪论 . (1) 1.1风力发电研究的背景和意义及现状 (1) 1.2 风力发电系统组成及原理 (2) 1.2.1 风力机工作原理 (2) 1.2.2 风电系统 (3) 1.3 风力发电技术 (4) 1.3.1 定桨距失速调节型风力发电机组 (4) 1.3.2 变桨距调节型风力发电机组 (5) 1.3.3 主动失速调节型风力发电机组 (5) 1.3.4 变速恒频风力发电机组 (5) 1.4变速恒频风力发电技术 (6) 1.4.1 恒速恒频风力发电技术 (6) 1.4.2 变速恒频风力发电技术 (6) 第二章变速恒频风力发电电机及其系统 (10) 2.1变速恒频风力发电机组的运行原理 (10) 2.2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统 (12) 2.3 永磁发电机变速恒频风力发电系统 (13) 2.4 交流励磁双馈型变速恒频发电系统 (13) 2.5无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统 (14) 2.6磁场调制型变速恒频风力发电系统 (15) 第三章变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16) 3.1变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16) 3.2 双馈电机存在的主要问题 (16) 3.3 双馈电机的控制策略综述 (17) 3.3.1 双馈电机标量控制 (17) 3.3.2 双馈电机直接转矩控制 (18) 3.3.3 双馈电机转子磁场定向控制 (19) 3.4变速恒频双馈电机风力发电功率控制 (20) 3.5双馈电机风电场的无功功率控制技术 (22) 3.6风力发电机组的并网控制技术 (22) 3.7结论 (23) 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (26)
毕业论文 风力发电变桨距控制系统研究 学生姓名：XXXX学号：XXXXXX 系部：自动化 专业：自动化 指导教师：XXXXX 二〇一一年六月
诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年月
摘要 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题，却给环境造成了很大的破坏，而风能具有无污染、可再生、低成本等优点，所以其受到世界各国的重视。 可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行，并且要求控制系统有高可靠性。所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术的深入研究就具有相当重要的意义。 本文首先在对风力发电原理，风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手，分析了变桨距控制的基本规律，再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制，电动变桨距控制的方案，最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。 关键词：风力发电，变桨距控制，伺服系统
Abstract Energy and environment is the human survival and development of the pressing problems which should be solved. The traditional fossil fuel can solve the energy shortage, but give environment caused the most damage, and wind have clean, renewable and low cost, so its advantages by world attention. Reliable and efficient wind power generation system research and development have already become the hot new energy technologies. However, because the wind is instability, energy density characteristics such as low and randomness, and wind power plant are usually located in remote areas and even at sea, natural condition is poor, so ask its control system must be able to realize automatic operation, and asked for the control system had high reliability. So for WTG especially large wind generator control technology research is of vital significance. This paper firstly in the principle of wind power generation, based on the study of the wind generator from getting away from a wind turbine propeller air dynamics research, analyses from the basic control variable OARS, coupled with the current domestic law change from the mainstream of the OARS were designed control technology from control hydraulic change propeller, electric control scheme of variable propeller from last, based on this, advances a more ideal control strategy - half oar active stall control. Keywords: Wind power, From control variable oar ,Servo system
变速恒频风力发电关键技术研究 发表时间：2018-06-07T10:41:35.750Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：李琳[导读] 摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。 （大唐新能源黑龙江公司 150038）摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。 关键词：变速恒频；风力发电；技术研究前言：根据我国目前生态建设和可持续发展的需要，大力开发可再生能源已经成为了当下应用能源的新型趋势，而风能正是符合这一需求的可再生绿色能源。风力发电技术早在上个世纪就开始进行研究和应用，但是在一定程度上机组性能尚不完善，关键技术的研发未有突破，导致了风能利用率较低。在近些年逐步发展的变速恒频风力发电技术在一定程度上可以对此改善，在技术研究上也有了新突破。 1.风力发电的技术分析 1.1恒速恒频风力发电机组分析 恒速恒频风力发电机组是一种运行后叶轮不能根据风速的变化而发生变化的，是由电网频率决定的风轮转速和电能频率在运行时基本保持不变的风电机组。主要发展于上世纪八十年代和九十年代之间，曾经被我国广泛应用于风力发电，并在此期间不断被研究者优化的一种风力发电形式。恒速恒频风力发电机组最开始的容量只有几十千瓦级，逐步发展为兆瓦级，并且有着一系列优点，例如：性能稳定、操作简便等，但仍属于非智能操作系统。 在恒速恒频风力发电机组中，由两种较为常用的控制方式：主动失速控制和定桨距失速控制。其中，主动失速控制是应用于大容量机组的一种控制方式，这种控制方式可以使机组具有稳定的输出功率，也会有部分机组采用定桨距失速控制，但是，该方式的输出功率不稳定还会造成一定程度上的齿轮箱磨损。 在恒速恒频风力发电系统中，由于外界风速变化无常，但风力发电机本身的转速不会改变，就会造成数据的不准确，风机效率低下等状况。在风力发电中，要提高风力发电系统的发电效率是首要任务，在整个过程中捕获最大风能是要点，所以发电系统一直在向着目标改进发展。随着科学技术的发展，在风力发电方面也有了明显的突破，正如近年来慢慢发展并强大的变速恒频风力发电系统。 1.2变速恒频与恒速恒频的对比分析 变速恒频风力发电机组是当今的主流风力发电机组，是二十世纪末期发展起来的一种高效的风力发电方式。与恒速恒频风力发电机组相比，变速恒频风力发电机组有明显的优势。变速恒频风电机组可以应对不同风速大小，在不同风速下进行自身调节，最大化捕捉风能，提高风能的利用率。恒速恒频发电机组在遇到较大风力时，自身产生的较大电流会使自身结构遭到损害。变速恒频风力发电机组本身可以根据外界风速的变化进行自身调节，减少因力的相互作用而导致装置内部结构遭到破坏的现象，从而大大延长了机组的使用寿命。不仅如此，变速恒频风力发电机组主要是通过对内部转子交流励磁电流幅值、频率以及相位的控制，实现在变速下对于频率的恒定控制，，这种控制方式还可以达到对输出功率的控制，使装置运行更加灵活，以便于整个机组的运作。 2.变速恒频风力发电的关键技术分析 2.1变速恒频风力发电工作原理 在变速恒频风力发电机组中，主要的三个部，分是风力机、发电机和辅助构件。变速恒频风力发电的基本工作原理是风力机构件中的叶轮吸收风能，在风能的作用下发生转动，使之转化为机械能，而后，叶轮的转动带动齿轮箱工作，产生机械能，再将产生的机械能通过发电机转化为电能，并经过一定转化输入电网，再由电网对各个用户进行传输。 目前的变速风力发电系统完全实现了机械自动化，属于智能运作系统，不需要人工调节，可以根据风速风力进行自身调节，适应外界变化。对于变速恒频发电机组而言，在额定风速以上运行时，可以使叶轮上的载荷控制在安全值内，并且，有效的调节风电机组吸收的能量。风力机的叶轮由于质量较大，具有较大的惯性，在变桨控制产生作用时，叶轮不会及时发生变化，通常情况下会滞后一定时间才能有所表现，这一情况很容易使功率有大幅度的波动。所以，在额定风速上运行时，需要用发电机转矩来进行快速的调节，来保证输出稳定的能量。当机组处于额定风速以下时，可以通过提高对发电机转矩的控制，使机组变速运行，以达到提高能量转换率的目的。 2.2变速恒频发电系统 交流励磁双馈发电系统：这种发电系统内部的主要结构有叶轮、齿轮箱、发电机、四象限变频器、交流励磁控制器、检测装置以及风力发电控制器等，其内部还存在滑环和电刷。馈电方式为装置内部转子绕组通过交流—交流的方式或是交流—直流—交流方式的变频器提供相关数据可以调节的电源，定子绕组接电网。交流励磁控制器还可以通过对于转子变频器输出的电压、幅值、相位以及频率的控制来调节转矩和定子的无功功率。在装置中，变频器提供给转子低频旋转磁场，且满足公式：ω1=ωs±ωr。其中ω1代表定子磁场同步转速，ωs代表整个磁场旋转速度，ωr代表转子机械旋转速度。 无刷双馈发电系统：这种电力系统的深入研究始于上世纪七十年代末，在此期间的几十年中，主要由美国Wisconsin大学、Ohio州立大学等高等院校对无刷双馈发电系统进行深入研究。其内部结构主要有电网、功率绕组、控制绕组、变频器、无刷电机、风力机等。在其内部定子上，一般有两套三相对称绕组，一个为主绕组，一个为副绕组。一般由工频交流电源直接为主绕组供电，如果副绕组短路，系统能够在异步运行方式下运作。无刷双馈发电系统内部的转子一般分为磁阻转子和笼形转子两类，其中，磁阻转子以ALA型较为常见，笼形以笼形短路绕组转子较为常见。 在风力发电系统的研究中表明，无电刷和滑环的发电转子在应用中更为稳定耐用，可靠性强。并且，发现在所有的发电系统研究中双馈型有刷及无刷的变速恒频控制在性能上都较为优越，较为常用，可以在此结论的基础上进一步对于双馈型变速恒频空间展开研究，进一步发展我国变速恒频风力发电的应用。 3.结语
恒速恒频风力发电系统的数学模型 为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型风轮机、传动机构和异步发电机的模型。本文以恒速恒频风力发电系统为研究对象，它主要由风力机和异步风力发电机等主要元件组成。我们着重于风电场与系统相互影响问题的研究，与之密切相关的环节，其数学模型将详细地描述。数学模型的建立为研究风电场的运行特性和风电场并网运行带来的稳定问题以及研究电力系统接入一定规模的风电场的可行性提供了基本的工具。 2.1 风电场及风力发电机组简介 风力发电场是将多台并网风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电，简称风电场。风力发电形式可分为“离网型”和“并网型”“离网型”有：(1)单机小型风力发电机；(2)并联的小型或大型孤立的风力发电系统；(3)与其它能源发电技术联合的发电技术，如风力／柴油发电机联合供电系统。“并网型”的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到儿百兆瓦，由于十台甚至成百上千台风电机组构成。并网运行的风力发电场可以得大大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，也是近儿年来风电发展的主要趋势。在日益开放的电力市场环境下，风力发电的成本也将不断降低，如果考虑到环境等因素带来的间接效益，则风电在经济上也具有很大的吸引力。 风电场的发电设备为风力发电机组，发电机经过变压器升压与电力系统连接，如图2．1
图2-1风电场与电力系统连接图 在风场内，风机与变电所之间的连接有两种方式：场地布置相对集中时用电缆直埋；场地布置相对分散时用架空lOkV 线路。一般有两种供电方式如图2-2：一是采用一台风机经一台箱式变电站就近升压；二是采用两台或多台风机经一台箱式变电站就近升压。 2.2 异步发电机的稳态数学模型 为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型、风轮机、传动机构和异步发电机的模型。首先异步发电机与异步电动机在能量转换过程中各功率损耗之间的关系不同，如图2-11。步发电机的功率转换是将输入的机械功率己转换为输出电功率，它的特点在于其转子的转速比定子产生的旋转磁场的转速更高。自然风吹动风轮机叶片，将风能转化为机械能，由此获得的机械功率只扣除掉机械损耗Pm 。和附加损耗mc P 后即为传递到异步发电机转子可转换的机械功率mec P 。在等效电路中对应可变电阻(1-s)／s(s<0)上的电功率，扣除转子铜耗1cu P 和铁心损耗fe P ，得到输入定子绕阻的电磁功率me P ，再扣除定子铜耗1cu P ,即得到注入电网的电功率Pe 。上述功率流向可表达为 ad me mec m P P P p ++= (2-1)
风力发电中的变速恒频技术综述 1引言 风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。进而带动发电机组发电的能源技术。由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。风力发电又进入迅速发展阶段。先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。 图1风力发电机群 最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点： （1）风力发电机单机容量稳步变大。现在单机容量已达到兆瓦级； （2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术； （3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效； （4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。 2 风力发电机的气动功率调节方式 气动功率调节是风力发电的关键技术之一。风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。功率调节方式主要有三种。 （1）定桨距失速调节 这种调节方式下，桨叶与轮毂刚性联接，桨距角度保持不变。随着风速增加，攻角增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，上下翼面压力差减少，阻力增加，升力减少，造成失速，从而限制功率增加。整机结构简单、部件少、安全系数较高，但翼型结构复杂，制造困难，机组额定功率增加后，叶片加长，
风力发电变桨系统 摘要：变桨系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变桨系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。 关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。 3 主要部件组成
变频技术在变速恒频风电系统的应用摘要：变速恒频异步风力发电技术特别是双馈异步发电技术在风力发电中得到了广泛的应用。本文在阐述变频技术在风力发电系统应用的基础上，对变速恒频异步风力发电系统的不同的拓扑结构和控制策略进行了分析，并介绍了变速恒频双馈异步风力发电技术的研究热点以及清能华福风电技术XX的产品QHVERT-DFIG-1500B型变流器。 关键字：风力发电、变速恒频、变频技术 一、引言 中国的风能资源十分丰富，目前已经探明的风能储量约为3226GW，其中可利用风能约为253GW，主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿上。根据统计，截至到2006年底，中国大陆地区已建成并网型风电场91座，累计运行风力发电机组3311台，总容量达259.9万kW（以完成整机吊装作为统计依据）。已经建成并网发电的风场主要分布在XX、内蒙、XX、XX、XX等16个省区。根据电监会公布的数据，截至2006年底,中国发电装机容量达到62200万kW，风力发电占全国总装机容量的0.42%。截至到2006年底，全世界总风电装机容量已经达到7390.4万kW，其中德国总装机容量2062.2万kW，位居世界第一，中国2006年风电新增装机容量仅次于美国、德国、印度和西班牙，列第五位；总装机容量列世界第六位。因此，风力发电将成为我国最具大规模开发前景的新能源之一。 风力发电系统主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步
电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定，其运行X围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。变速恒频风力发电系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度X围内按照最佳的效率运行，是目前风力发电技术的发展方向。对于风机来说，其调速X围一般在同步速的50%～150％之间，如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同步电机系统，变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当，这是非常不经济的。双馈异步风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仅仅是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，该结构适合于调速X围不宽的风力发电系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。 本文将从变速恒频异步风力系统的拓扑结构及其控制技术两个方面对变频技术在风力发电中的应用进行综述，以反映变频技术在风力发电中的发展情况。 二、变速恒频异步风力发电系统拓扑。 采用绕线异步电机作为发电机并对其转子电流进行控制，是变速恒频异步风力发电系统的主要实现形式之一。主要的拓扑结构包括交流励磁控制，转子斩波调阻以及由上述两种拓扑结构结合发展而来的混合结构。 1.交流励磁结构 交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的电流进行励磁，这种方式的变频装置通常使用交交变频器，矩阵变换器或交直交变频
安全管理编号：LX-FS-A56593 变速恒频双馈风力发电系统控制技 术的探讨 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
变速恒频双馈风力发电系统控制技 术的探讨 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 变速恒频双馈风力发电系统是当前风力发电的核心技术，在这一系统运行过程中对其进行针对控制具有重要意义。专业的控制是保证变速恒频双馈风力发电系统正常运行的重要前提。针对该发电系统的控制主要是集中在电网低压故障时的双变流器控制以及网侧变流器的控制。本文将结合发电系统原理来探讨如何实现科学高效的专业控制。 变速恒频风力发电技术,是当前运行效率较高,电能质量较优的的发电技术。这项技术在风力发电领域中有着广泛应用。随着我国能源形势的日益紧张,变