风电机组控制系统
摘要：风电机组控制系统作为风电机组的重要组成部分，我们有必要对其进行详细的研究论述。本文主要介绍风电机组控制系统的组成结构和风电机组在运行时不同区域的基本控制策略，以及不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况。
关键词：风电机组 控制系统 构成
一、风电机组控制系统的组成结构
从实现功能的角度可以将控制系统分为：主控系统、变流控制系统、变桨距控制系统、偏航控制系统、液压控制系统及安全链保护。这些控制系统通常采用分布式控制系统，主控制器只有一个，且位于地面的塔筒柜里，而从控制器有好几个，这些从控制器之间是通过光纤、工业以太网、profibus 、CANbus 等进行通信的。为了能够更直观更清晰地了解控制系统的总体结构，以下将展示其结构图，具体如图1： 主控制器运行监控机组起停远程通信故障监测及保护动作电网、风况检测
人机界面
输入用户命令、变更参数
显示系统运行状态、统计
数据和故障
变桨距控制柜
桨距角调整
转速控制功率控制系统安全链系统紧急停机保护
偏航控制系统自动调向控制解缆控制液压站控制刹车机构压力控制机械刹车控制变流控制柜
交流励磁控制
并网控制
图1 控制系统的总体结构图
二、风电机组在运行时不同区域的基本控制策略
根据风速情况以及风力机功率特性，变速恒频风力发电机组的运行可以划分成很多区域，分别为：待机区、启动并网区、最大风能追踪区、转速限制区、功率限制区、切出保护区。
（1）待机区：控制系统的带电工作，保证所有执行机构和信号均处于正常状态。
（2）启动并网区：当风速达到切入风速时，风电机组起动，通过变桨距机
构调节桨距角使风力机升速，达到并网转速时，执行并网程序，使发电机组顺利切入电网，并带上初负荷。待发电机出口三相电压的电网电压满足同期条件时，接触器合闸，发电机并入电网。
（3）最大风能追踪区：风力发电机组运行在额定风速以下时，发电机输出功率未达到额定功率，此时控制目标为保持最佳叶尖速比，快速稳定的电机变速控制，尽可能将风能转化为输出的电能，实现风能最大捕获。
（4）转速恒定区：这一区域内发电机转速达到最大值，并保持恒定，风速逐步增大，机组功率因为发电机扭矩的增大而增加。而这个阶段，为了保护机组的安全运行，不再进行最大风能追踪，该区域的转速限制主要是通过调节发电机的电磁转矩实现的，功率曲线也较前一阶段平滑。
（5）功率恒定区：如果风速继续增大，发电机和变流器将达到其功率额定值，此时，只能减小风轮吸收的能量才能保障机组的安全，于是加入变桨距控制，增大桨距角，继续减小风能利用系数Cp，以维持机组的输出功率稳定在额定值。
（6）切出保护区：当风速继续增大，超过切出风速时，从保护机组的角度出发要将风力机叶片调至顺桨状态，风力发电机组切出电网，实现安全停机。
三、不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况
（1）关于主控系统
主控制器是电控系统的核心，要完成对机组运行参数和状态的检测和监控，同时要建立良好的人机交互界面和远程通讯的功能。
在主控系统的硬件上，几乎所有的厂家都选择PLC作为主控制器PLC系统因为构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长，也能进行连续过程的PID回路控制，并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化；使用方便，编程简单，开发周期短，现场调试容易；能适应风电场恶劣的运行环境，可靠性强，所以完全适用于风电领域。
（2）关于变桨系统
变桨距是指风电机组安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力情况大为改善。
作为变桨系统，主要有两大技术路线，如下：
1.电动变桨方式：几乎所有的国内风机制造商以及GE、Enercon、Suzlon、Siemens都是采用该种变桨方式，驱动电机有直流电机和交流电机之分，传动方式有齿轮齿圈传动和齿形皮带传动（仅有金风一家）之分。
2.液压变桨方式：以Vestas和Gamesa两大国际风机巨头为代表。
两种变桨方式各有优缺点，两种系统在基本功能方面几乎是一致的，而在细节方面各有利弊，目前在电动型应用领域更为广泛。
（3）关于变流系统
电力电子变流器作为风力发电与电网的接口，要满足风电机组控制、配合实现风能的最大捕获、向电网输送优质电能等要求。近来低电压穿越功能的提出，使得变流器愈显重要。
在变流器方面，除金风风机采用全功率变流器以外，其余厂家采用的基本都是双馈型机组，变流器的容量为机组额定容量的1/3，在变流器的产品中也存在着两种不同的技术路线。
1.基于磁场定向原理的矢量控制变流器：科孚德、GE变流器、Gamesa变流器、深圳禾望等，国内外厂家都采用该种控制方法的变流器。
2.基于直接转矩控制原理的变流器：以ABB公司的ACS800型变流器为典型代表。
以上两种变流器虽然代表不同的技术，但是在风力发电领域的应用中都有很好的表现。目前金风、联合动力都有机型通过了中国电科院的测试。
目录 引言 (2) 一、风力发电机组简介 (2) 风力发电机原理 (2) 风力发电机组结构 (3) 二、风力发电机组传动系统 (5) 风力发电机组齿轮箱的概况 (5) 风力发电机组中的联轴器 (10) 三、风力发电机组的分类特点 (11) 垂直轴风力发电机组 (11) 水平轴风力发电机组 (12) 直驱型风力发电机 (12) 双馈式风力发电机 (12) 四、风力发电控制系统简述 (13) 风电控制系统基本功能 (13) 五、参考文献 (13)
风力发电机组传动系统设计 引言 随着科技的不断进步，社会的不断发展，能源问题将会成为未来人类必须解决的问题之一，同时可再生能源结构会成为未来能源的倾向之一。现如今风能作为一种无污染的可再生能源备受人们的关注，在一定程度上，风力发电将会成为未来最具潜力的新能源之一。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在大力提倡。 一、风力发电机组简介 风力发电机原理 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护
风电在线监测系统介绍 来源：亚泰光电伴随着风能的快速发展和风电机组的广泛安装使用，风电机组的运行故障问题日益突出。风电机组的安全、稳定、无故障运转不仅可以提供稳定的电力供应，也可以大幅降低风电的成本，是整个产业链健康发展的关键环节。 据资料显示，20年间欧美风电行业中机组容量为1MW的风力发电机组，其总投资的65％～90％都消耗在运行、维护上，非计划停机又用去了其中的75％。国际工程保险协会在年报中介绍，支付给丹麦风电业的理赔费用的40％是由于机械故障，主要是齿轮箱和轴承的故障。而中国的风电设备的维护损耗更是惊人，甚至有一大批的风力发电机的正常累计工作时间都不超过l000小时。 由于风电机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，使得风电机组故障频发。近年来，国内外风力发电机故障率最高的部件当数齿轮箱。我国的风场齿轮箱损坏率高达40～50％，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎达到100％。国外在对风力发电机各主要部件的故障统计中，齿轮箱的故障率也是居高不下，据西班牙纳瓦拉水电能源集团公司最近几年对风电机组主要部件的故障统计：由齿轮箱、发电机、叶片引起的故障是风电机组故障的主要原因，其中齿轮箱的故障发生率在逐年增高，故障百分比已超过60％，是机组中故障发生率最高的部件。我国已建成的风电场的风力机有相当部分是上世纪90年代中期由国外购进的，这些机组寿命为15、20年，保修期一般为2年，随着机组运行对间的加长，目前这些机组陆续出现了故障，（包括风轮叶片、电机、增速齿轮，及控制系统等等）导致机组停止运行，严重影响发电量，造成经济损失。而且，风电机组的费用非常高昂，在国内，中小型风电机的投入成本在一万元/每千瓦左右，或更高。在风能资源特别丰富地区的大型机组，初期建设投入成本一般在八千元/每千瓦左右，维护费列入电价中，使得风电的价格居高不下，而使风电成本比火电成本高出2/3，所以风电虽无污染，能再生是十分理想的清洁而又可持续发展的能源，却未普遍应用。 风电机组的主要部件造价昂贵而且更换非常困难，如果合理采用状态监测和故障预警的技术，通过实时状态检测和智能故障预警技术可以有效地发现事故隐患并实现快速准确的系统维护,保障机组安全运行，做到防范于未然，必能大大地降低风机的故障率，有效地减少维修费用，必能提高风电的竞争能力，推动风能行业的跨越式发展。 风电总投资的65%以上都消耗在运行维护上，其中齿轮箱维护约占一半以上。采用在
风力发电机机舱内部传动系统动画，直观！ ★ 风力发电机将风能转换为机械功的动力机械，将广义地说，它是一以大气为工作介质的能量利用机械。风力发电利用的是自然能源。风力发电机由机舱、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成，下面小编来详述详述风力发电机结构图，如下：机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。 转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米， 而且被设计得很像飞机的机翼。 轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。 低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。 齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。
发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置:借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。 电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热)，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。 液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。 冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。 塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。
风力发电技术与风电场工程 第五章练习题 习题答案 一、填空题 1、风力发电机组机械传动系统是指将风轮获得的空气动力以机械方式传递到发电机的整个轴系及其组成部分，由主轴、齿轮箱、联轴器、制动器和过载安全保护装置等组成。 2、传统的采用齿轮箱增速的风力发电机组传动系统形式按照主轴轴承的支撑方式，以及主轴与齿轮箱的相对位置来区分，主要有两点式、三点式、一点式和内置式四种。 3、直驱型风力发电机组的发电机分为外转子和内转子两种形式。 4、半直驱指采用比传统机组齿轮增速比较小的齿轮增速装置，使发电机的技术减少，从而缩小发电机的尺寸，便于运输和吊装。 5、主轴支撑风轮并将风轮的扭矩传递给齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给底座。 6、作用在主轴的载荷除了与风轮传来的外载荷有关外，还与风轮（主轴）的支撑形式的相对位置有关。 7、联轴器用于连接两传动轴，一般由两个半联轴节及连接件组成。 8、联轴器除了能传递所需的转矩外，还应具有补偿两轴线的相对位移或位置偏差，从而减小振动与噪声以及保护机器等性能。 9、常用的联轴器有刚性联轴器和弹性联轴器两种。 10、主轴与齿轮箱输入轴（低速轴）连接处应用刚性联轴器，在发电机与齿轮箱输出轴（高速轴）连接处应采用弹性联轴器。 11、机组制动包括机械制动、气动制动和发电机制动。 12、在风力发电机组中，最常用的机械制动器为液压盘式制动器。 13、常见的轮齿失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。 14、在标准条件下齿轮箱的机械效率应达到大于97%。 15、齿轮箱的润滑方式有飞溅式、压力强制润滑式或混合式。 16、为了提高承载能力，齿轮一般都采用优质合金钢制造。 17、齿轮箱第一次换油应在首次投入运行500小时后进行，齿轮箱应每半年检修一次。 18、齿轮箱常见的故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和油温高等。 19、齿轮箱油温最高不应超过80℃，不同轴承间的温差不得超过15℃。 20、偏航系统有被动偏航系统和主动偏航系统两种。 21、机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。 22、偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置等部件组成。 23、目前变桨系统执行机构主要有液压变桨距和电动变桨距两种，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。 24、目前变桨距机组大多采用三个桨叶统一控制的方式，即三个桨叶变换是一致
风电机组状态检修的研究 摘要：本文介绍风电机组的组成和典型故障，阐述风电机组状态检修方法的内容、构成等，重点分析其数据收集系统和运行状态评估方法。 关键词：风电机组；状态检修；状态评估 1引言 随着世界经济的快速发展，能源紧缺和环境污染问题日益突显，我国在改革 开发初期就提出了可持续发展战略，其中一项最重要的措施就是要大力开发和利 用可再生能源，风能是一种清洁型的可再生能源，其分布范围广，可利用数量多，是目前应用技术最成熟的新能源种类。我国也出台了一系列政策鼓励风力发电的 开发和建设，目前的装机总量已超过百兆千瓦，并仍处于一个快速增长的阶段。 与此同时，风力发电站的安全稳定运行以及风能的有效利用成为目前关注的焦点，也是风能利用的挑战。近年来，随着我国风电站的建设发展，风电机组的各种故 障也层出不穷，其造成的停机时间严重降低了风电机组的效率，增加维护成本， 如果不能够进行有效的检修和控制，可能会造成严重的安全事故，危及从业人员 的生命安全。状态检修技术是目前应用比较广泛的先进的检修技术，能够明显降 低风电机组的故障概率，减少停机时间，降低维护成本。 2风电机组简介 2.1风电机组的组成 风电机组是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的系统，其主要结 构有叶轮、传动系统、发电机、控制系统、偏航系统、塔架等，其中传送系统的 主要部件有主轴、齿轮箱、轴承、联轴器等，主要用于传递机械能，是风电机组 的主要机械部件，也是容易发生机械故障的部位；控制系统主要由传感器和控制 柜组成，对风电机组起到监测保护和运行控制的作用。 2.2风电机组的典型故障 风电机组的故障主要分为机械故障、电气故障和液压故障三种，而机械故障 中齿轮箱故障是比较常见的故障，电气故障中发电机和变频器等的故障也是风电 机组比较多发的故障种类。齿轮箱故障主要是由油温变化和气流变化引起的齿轮 点蚀、齿轮胶合、齿轮疲劳磨损、轮齿折断等；发电机故障主要有发电机振动过大、噪声过大、温度过高、轴承过热等，主要由定子绕组短路、转子绕组故障和 偏心振动等原因引起的，而轴承故障为主要故障原因；变频器故障主要有短路、 过电流、过载、过电压、过温、接地等故障。 3风电机组的状态检修 3.1风电机组状态检修的内容 风电机组的状态检修首先需要通过控制系统收集风电机组各组成部分的数据 参数，如风电机组的当前运行功率和风速、传送系统中齿轮箱的油温和轴承的温度、以及风电机组目前的运行状态等，以此掌握风电机组的各种参数，为状态检 修的决策提供原始依据。 其次由远程实时监测系统对经常发生故障的部位进行在线监测，了解风电机 组的常见故障种类，并进行分类统计汇总，分析常见故障的机理然后采用科学的 诊断方法对故障进行诊断分析。此外，风电机组的故障预测是实时状态检修的关 键技术，根据实时监测获取的各项数据参数，建立对应的预测模型，通过专业的 软件对比分析数据与实测数据，实现对故障的预测。 最后通过对风电机组的各种参数进行监测、收集、整理、分析、诊断、预测
2017年度申报专业技术职务任职资格 评审答辩论文 题目：风电场风电机组优化有功功率控制的研究 作者姓名：李亮 单位：中核汇能有限公司 申报职称：高级工程师 专业：电气 二Ο一七年六月十二日
摘要 随着风电装机容量的与日俱增，实现大规模的风电并网是风电发展的必然趋势。然而，由于风能是一种波动性、随机性和间歇性极强的清洁能源，导致风电并网调度异于常规能源。基于此，本文将针对风电场层的有功功率分配开展工作，主要工作概括如下： (1)对风电机组和风电场展开研究，分析风力发电机组运行特性、风力发电机组控制策略、风电场的控制策略。 (2)提出了一种简单有效的风电场有功功率分配算法，可以合理利用各机组的有功容量，优化风电场内有功调度分配指令，减少机组控制系统动作次数，平滑风电机组出力波动。 (3)优化风机控制算法后，通过现场实际采集数据将所提方法与现有方法进行了比较，验证了所提方法的合理性。 关键词：风电机组、风电场、有功功率控制、AGC
Abstract With increasing wind power capacity, to achieve large-scale wind power is an inevitable trend of wind power development. However, since the wind is a volatile, random and intermittent strong clean energy, resulting in wind power dispatch is different from conventional energy sources. And the wind farm is an organic combination for a large number of wind turbines, wind farms under active intelligent distribution layer hair is also included in the grid scheduling section. Based on this, the active allocation and scheduling for grid scheduling side active layer wind farm work, the main work is summarized as follows: (1)Wind turbines and wind farms to expand research, in-depth analysis of the operating characteristics of wind turbines, wind turbine control strategy, control strategies of wind farms. (2)This paper proposes a simple and effective wind power active power allocation algorithm, can reasonable use each unit capacity, according to the optimization of wind farms in active dispatching command, decrease The Times of turbine control system action smooth wind power output fluctuation unit. (3)After optimization of the fan control algorithm, through the practical field data collected will be presented method are compared with those of the existing method, the rationality of the proposed method was verified. Keywords:wind turbine, wind farm, active power control
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 风电机组控制安全系统安全运行的技术要求(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-5841-15 风电机组控制安全系统安全运行的 技术要求(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 控制与安全与系统是风力发电机组安全运行的大脑指挥中心，控制系统的安全运行就是保证了机组安全运行，通常风力发电机组运行所涉及的内容相当广泛就运行工况而言，包括起动、停机、功率调解、变速控制和事故处理等方面的内容。 风力发电机组在启停过程中，机组各部件将受到剧烈的机械应力的变化，而对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化。所以转速的控制是机组安全运行的关键。风力发电机组组的运行是一项复杂的操作，涉及的问题很多，如风速的变化、转速的变化、温度的变化、振动等都是直接威胁风力发电机组的安全运行。
一控制系统安全运行的必备条件 1、风力发电机组开关出线侧相序必须与并网电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。 2、风力发电机组安全链系统硬件运行正常。 3、调向系统处于正常状态，风速仪和风向标处于正常运行的状态。 4、制动和控制系统液压装置的油压、油温和油位在规定范围内。 5、齿轮箱油位和油温在正常范围。 6、各项保护装置均在正常位置，且保护值均与批准设定的值相符。
第五章全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 (1) 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 (1) 5.1.2同步发电机 (1) 5.1.3永磁同步风力发电机结构及特点 (3) 5.1.4电励磁同步风力发电机结构及特点 (5) 5.2 全功率变流器风电机组变流器 (5) 5.2.1 电机侧变流器控制策略 (6) 5.2.1 电网侧变流器控制策略 (7) 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 随着现代风电机组的额定功率呈现上升趋势，风轮桨叶长度逐渐增加而转速降低。例如：额定功率为5MW的风电机组桨叶长度超过60米，转子额定转速为10rpm左右。当发电机为两对极时，为了使5MW风力发电机通过交流方式直接与额定频率为50Hz的电网相连，机械齿轮箱变速比应为150。齿轮箱变速比的增加，给兆瓦级风电机组变速箱的设计和制造提出了挑战。风电机组功率及变速箱变速比增大时，其尺寸、重量及摩擦磨损也在增加。作为另外一种选择，风力发电机可以采用全功率变流器以AC/DC/AC的方式与电网相连。 全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变换器组成的背靠背变频系统。这两个变频器分别为电网侧变换器和发电机侧变换器。发电机侧变换器接受感应发电机产生的有功功率，并将功率通过直流环节送往电网侧变换器。发电机侧变换器也用来通过感应发电机的定子端对感应发电机励磁。电网侧变换器接受通过直流环节输送来的有功功率，并将其送到电网，即它平衡了直流环节两侧的电压。根据所选的控制策略，电网侧变换器也用来控制功率因数或支持电网电压。 5.1.2同步发电机 发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子是同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。发电机容量大时，一般采用整流励磁系统。同步发电机是一种转子转速与电枢电动势频率之间保持严格不变关系的交流电机。 同步发电机的转子基木上是一个大的电磁铁。磁极有凸极和隐极两种结构。凸极转子结构和加工比较简单，制造成本低。中小容量电机一般采用凸极以降低成本；对大容量、高转速原动机，高速旋转的发电机转子将承受很大的离心力，采用隐极可以更好地固定励磁绕组。 同步发电机转子结构示意图 当转子励磁绕组中流过直流电流时，产生磁极磁场或称为励磁磁场。原动机拖动转子旋
文章编号:100628244(2003)02235202 风力发电机组的传动装置 The D r ive system of the W i nd D r iven Generator 上海电力环保设备总厂 张 展 S hang ha i E lectric p o w er E nv iro m en ta l p rotection E qu ipm en t Ge m era l F actory ZH A N G Z han [摘要]本文简单介绍几种风力发电机增速箱的结构、原理和特点及其在风力发电机组中的应用。 [Abstract ]T h is paper b riefly in troduces structu re 、p rinci p le ,character of the w ind mo to r increaser and ap 2p licati on in w ind mo to r . 关键词:风力发电机 增速箱 Key w o rds :W ind mo to r Increaser 中图分类号:TM 315 文献标识码:B 风力发电机组是将风能转化为电能的机械。风轮是风力发电机组最主要的部件,由浆叶和轮毂组成。浆叶具有良好的空气动力外形,在气流作用下产生空气动力使风轮旋转,将风能转换成机械能,再通齿轮增速箱增速,驱动发电机转变成电能。 风力发电将是可再生洁净能源的自选,风力发电的优点:1)取之不尽可再生,我国幅员辽阔;2)洁净能源,随处可见;3)可不占地或少占地。 目前世界上风电机组在技术和工艺上比较发达,有良好质量保证体系的国家有美国、德国、丹麦、印度、荷兰、比利时等国。 我国风力发电以东北、西北、华北和东南沿海为主,地形平坦、运输条件和安装条件较好的新疆、内蒙及浅海地区以600k W 为宜;运输和安装条件不理想的沿海地区以300k W 为宜。但风机愈大,其经济效益愈明显。 国内主要应用地区有:内蒙、河北、浙江、山东、辽宁、吉林、黑龙江、广东、新疆 上述地区的60%安装600k W 机组为宜,40%安装300k W 为宜。 风力发电要求具有先进性、高可靠性、易维护性及经济性。增速箱是其主要部件之一,显然增速箱是保证上述要求的主要因素。本文将着重介绍风力发电机组中增速箱的有关问题。 1 10k W 风力发电增速箱 10k W 风力发电体能源部的科研项目,由水电 部杭州机械所主持,用于温州地区。 图1示10k W 风力发电增速箱的运动简图。采用两级2K —H (KG W )型行星传动,由行星架输入,太阳轮输出。输入转速n 1=88r m in 时,则输出转速 n 2=1500r m in ,即为发电机的转速,其增速比i =17 。 图1 2K —H 型两级增速箱简图 F ig .1 2K —H type tw o step increaser schem e 增速箱主要特点:1)高速级采用行星架浮动,低速级采用太阳轮浮动,这样使结构简化而紧凑,同时均载效果好。2)输入轴(即低速级行星架)的强度高、刚性大,加大支承,可承受大的径向力、轴向力和传递大的转矩,以适应风力发电的要求。3)行星架采用焊接结构,工艺简单,重量较轻。本增速箱系上海港联传动机械厂制造。 增速箱的测试是在上海交通大学内进行的,分别进行空载跑合,逐一加载至额定载荷,最后进行超载测试,共运行35h 。测得传动效率Γ=0.95左右。空载时的噪声不大于83.8dB (王点平均值),由于增 — 53—2003年6月DR I V E SYST E M T ECHN I QU E July 2003
贝加莱风力发电控制系统 2009-05-18 09:24 1、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展，即使在金融危机的大形势下，风力发电行业仍然不断的加大投资。在2008年，风力发电仍然保持着30%以上的强劲增长势头，包括Vestas、Gemsa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。 国内的风力发电控制技术起步较晚，目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统，价格高昂且交货周期较长。开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程，一方面，由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高，而造成陷入激烈的价格竞争，另一方面，寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。 然而，风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求，这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求，而B&R的控制系统，在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计，在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。 2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素，发电机组的转速等诸多因素的影响，因此，它包含了复杂的控制算法设计需求，而这些，对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求，而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力，不仅仅是这些，还包括了以下一些关键技术： 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制，而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展，复杂控制将越来越多的应用于机器，而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用，PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向而设计了PCC 产品来满足这一未来的需求。 为了满足这种需求，PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统（OS）上，支持高级语言编程，对于风力发电而言，变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂，这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计，并且，代码安全必须事先考虑，以维护在研发领域的投资安全。 2.1.2功能块调用 PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic库
风力发电机齿轮箱简介 摘要 随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高,对能源的需求越来越大，环境的破坏也渐趋严重，新能源的开发及利用是当今社会发展的必然趋势。风能作为一种清洁环保的绿色能源受到世界各国的青睐，而将风能转化为电能的装置--风力发电机的研究也是现在的一大热门主题。本文主要介绍了风力发电机传动系统的主要部分--齿轮箱，对其设计要求、结构类型、零部件进行了介绍，同时结合自身专业知识进对其工作环境、存在的失效故障问题进行了简单研究。 关键词：新能源；风力发电机；齿轮箱；工作环境；失效问题 ABSTRACT With the rapid development of global economy and the increasing of human living standard, the demand for energy is more and more large, the destruction of the environment is also becoming more serious, thedevelopment of new energy and utilization is the inevitable trend of social development.Wind power as a kind of clean and environmental protection green energy is favored by countries around the world, and the device which changes wind energy into electrical energy--wind turbine, theresearch of it is now a hot topic. The paper mainly introduced the drive system of wind turbines--gearbox, the design requirements, structure types and main components of it are introduced. At the same time, according to the own professional knowledge,the work environment and the existing questionabout fault has been simply studied by according to the own professional knowledge. Keywords：new energy sources;wind turbine;gear box;the work environment;the failure problems
风电综合信息化系统解决方案 1 项目概述 伴随我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的依赖程度越来越高，同时电力生产也越来越受到资源和环境的制约。为了实现可持续发展战略，提高电能使用效率已成为我国能源战略的一项重要内容。由于我国资源的严峻形势，发展可持续资源是长久之计，风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源。发展可再生能源是最理想的能源，可以不受能源短缺的影响，但也受自然条件的影响，如需要有水力、风力、太阳能资源，而且最主要的是投资和维护费用高、效率低，所以发出的电成本高。现在许多国家都在积极寻找提高利用可再生能源效率的方法，相信随着地球资源的短缺，可再生能源将发挥越来越大的作用。 为了加强对各个风电场的管理，使风电集团能够直观、动态、综合地掌握下属各风电场生产一线的情况，杜绝风电机组运行和生产经营数据的错报、迟报、漏报，同时便于进行数据统计、分析以及提供技术支持，力控科技为许继许昌风电科技有限公司在总部建设一套风电场生产数据采集、监测、储存、分析、展现系统，以便风电集团能及时获取风电场生产及风电机组运行状态的信息，为集中监测、故障分析、技术支持、经营决策等提供及时、准确的数据基础。 2 系统整体拓扑结构介绍 2.1 集团调度中心系统建设 2.1.1 调度中心系统平台 调度中心信息化平台由实时服务器、历史服务器、关系数据库服务器、报警服务器、GIS地理信息系统服务器、WEB服务器以及各种辅助系统组成。 1) 实时服务器 实时数据服务器主要为系统提供实时数据管理支撑，主要负责处理、存储、管理电站采集传送来的实时数据，并为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。实时数据存放在
风力发电机组控制系统
风力发电机组控制系统功能研究 风力发电机组控制系统简介 风力发电机组由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，其相当于风电系统的神经。因此控制系统的质量直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全性。 自热风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对封以及运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程控制，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求。与一般的工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。他不仅要监视电网、风况和机组运行参，对机组进行控制。而且还要根据风速和风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率。 控制系统的组成 风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。 风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。 控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最
风电机组检测与控制课程设计指导书 河北工业大学 风能与动力工程系
一、设计目的 风电机组齿轮箱是双馈型风力发电机组的重要组成部分，是机组中的能量传递机构。齿轮箱的可靠性直接影响了风力发电机组的正常运行。随着国内政策对清洁能源大力支持，特别是对风能发电应用技术的开发，风电机组的单机容量越来越大，因此齿轮箱的稳定性、故障分析和可靠性研究成为了风力发电领域的一个重要环节。而在风电机组运行过程中，对齿轮箱进行在线监测和定期维护至关重要。 根据所学知识，通过文献检索，针对齿轮箱进行在线状态监测和维护相关内容进行设计。 二、设计内容 1、齿轮箱常见故障及原因分析； 2、齿轮箱在线状态监测； 3、齿轮箱维护。 三、时间安排 2015年1月19日交纸质版 四、要求 1、字数要求：5000字左右； 2、报告格式参考“课程设计格式要求”； 3、2-3名同学一组。
风电机组检测与控制 课程设计报告 设计题目：关于风电机组齿轮箱的研究姓名： 时间：2015年1月10日
目录 1系统概论 (1) 2 齿轮箱常见故障及原因分析 (4) 2.1 断齿 (4) 2.2 点蚀 (4) 2.3 齿面胶合 (4) 2.4.齿根疲劳裂纹 (5) 2.5 齿面接触疲劳 (5) 2.6 轴承损坏 (5) 2.7 断轴 (6) 3、齿轮箱在线状态监测 (7) 4 风力发电机组齿轮箱的维护 (9) 4 结束语 (11)
1 系统概述 1．1 齿轮箱的发展概况 面对当前不可再生能源短缺的境况，许多国家都致力于发展清洁能源，主要有风能、太阳能等，但规模最大的是风力发电。随着风力发电技术的日趋成熟，市场的逐步扩大，风力发电已成为增长最快的可再生能源之一，并具备了与常规能源竞争的能力。而风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组中最重要的部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。风机增速齿轮箱作为风力发电机组的配套产品，是风力发电机组中一个重要的机械传动部件，它的功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，使其得到相应的转速进行发电，它的研究和开发是风电技术的核心，并正向高效、高可靠性及大功率方向发展。在风力发电机组出现的故障中齿轮箱的损坏率在机组部件中最高的由于风力发电机的组装在风电场，齿轮箱受变载荷、强阵风的冲击，环境温度变化较大，齿轮箱故障所占比重较大。随着风力机组的不断升级，风力发电机容量的增大，齿轮箱故障所带来的损失越来越大发生故障是不可避免的若出现故障，对发电机组带来的影响很大，维修也非常困难。所以齿轮箱故障诊断的研究是非常必要的。目前，主要有三种风力发电机，一种依靠齿轮箱增速的双馈异步风力发电机，一种是永磁直驱风力发电机组，第三种是半直驱风力发电机，第一种的生产技术较为成熟，而 1且在风电场中是主流机型，使用较多的机型。双馈感应发电机所加装的电力电子变流器的功率占风力机组的 30，虽然没有了齿轮箱，风力机的故障发生率以及维护成本都大幅下降，但为了将直驱风力发电机组联接电网，要给它加装一个全功率的电力电子变流器，而变流器的价格非常高，增加了发电成本。鉴于以上两个原因风电机组齿轮箱故障研究有重要现实意义。 1.2风力发电机组齿轮箱的介绍 1.2.1风力发电机组齿轮箱的结构及作用 齿轮箱风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动如图 2-1 为齿轮箱剖面结构，图 2-2 为风机齿轮箱的内部结构. 图2-3为齿轮箱外部结构。
风电机组控制系统 摘要：风电机组控制系统作为风电机组的重要组成部分，我们有必要对其进行详细的研究论述。本文主要介绍风电机组控制系统的组成结构和风电机组在运行时不同区域的基本控制策略，以及不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况。 关键词：风电机组 控制系统 构成 一、风电机组控制系统的组成结构 从实现功能的角度可以将控制系统分为：主控系统、变流控制系统、变桨距控制系统、偏航控制系统、液压控制系统及安全链保护。这些控制系统通常采用分布式控制系统，主控制器只有一个，且位于地面的塔筒柜里，而从控制器有好几个，这些从控制器之间是通过光纤、工业以太网、profibus 、CANbus 等进行通信的。为了能够更直观更清晰地了解控制系统的总体结构，以下将展示其结构图，具体如图1： 主控制器运行监控机组起停远程通信故障监测及保护动作电网、风况检测 人机界面 输入用户命令、变更参数 显示系统运行状态、统计 数据和故障 变桨距控制柜 桨距角调整 转速控制功率控制系统安全链系统紧急停机保护 偏航控制系统自动调向控制解缆控制液压站控制刹车机构压力控制机械刹车控制变流控制柜 交流励磁控制 并网控制 图1 控制系统的总体结构图 二、风电机组在运行时不同区域的基本控制策略 根据风速情况以及风力机功率特性，变速恒频风力发电机组的运行可以划分成很多区域，分别为：待机区、启动并网区、最大风能追踪区、转速限制区、功率限制区、切出保护区。 （1）待机区：控制系统的带电工作，保证所有执行机构和信号均处于正常状态。 （2）启动并网区：当风速达到切入风速时，风电机组起动，通过变桨距机
构调节桨距角使风力机升速，达到并网转速时，执行并网程序，使发电机组顺利切入电网，并带上初负荷。待发电机出口三相电压的电网电压满足同期条件时，接触器合闸，发电机并入电网。 （3）最大风能追踪区：风力发电机组运行在额定风速以下时，发电机输出功率未达到额定功率，此时控制目标为保持最佳叶尖速比，快速稳定的电机变速控制，尽可能将风能转化为输出的电能，实现风能最大捕获。 （4）转速恒定区：这一区域内发电机转速达到最大值，并保持恒定，风速逐步增大，机组功率因为发电机扭矩的增大而增加。而这个阶段，为了保护机组的安全运行，不再进行最大风能追踪，该区域的转速限制主要是通过调节发电机的电磁转矩实现的，功率曲线也较前一阶段平滑。 （5）功率恒定区：如果风速继续增大，发电机和变流器将达到其功率额定值，此时，只能减小风轮吸收的能量才能保障机组的安全，于是加入变桨距控制，增大桨距角，继续减小风能利用系数Cp，以维持机组的输出功率稳定在额定值。 （6）切出保护区：当风速继续增大，超过切出风速时，从保护机组的角度出发要将风力机叶片调至顺桨状态，风力发电机组切出电网，实现安全停机。 三、不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况 （1）关于主控系统 主控制器是电控系统的核心，要完成对机组运行参数和状态的检测和监控，同时要建立良好的人机交互界面和远程通讯的功能。 在主控系统的硬件上，几乎所有的厂家都选择PLC作为主控制器PLC系统因为构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长，也能进行连续过程的PID回路控制，并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化；使用方便，编程简单，开发周期短，现场调试容易；能适应风电场恶劣的运行环境，可靠性强，所以完全适用于风电领域。 （2）关于变桨系统 变桨距是指风电机组安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力情况大为改善。 作为变桨系统，主要有两大技术路线，如下： 1.电动变桨方式：几乎所有的国内风机制造商以及GE、Enercon、Suzlon、Siemens都是采用该种变桨方式，驱动电机有直流电机和交流电机之分，传动方式有齿轮齿圈传动和齿形皮带传动（仅有金风一家）之分。 2.液压变桨方式：以Vestas和Gamesa两大国际风机巨头为代表。 两种变桨方式各有优缺点，两种系统在基本功能方面几乎是一致的，而在细节方面各有利弊，目前在电动型应用领域更为广泛。 （3）关于变流系统
风电机组控制及保护性能监督导则 1 概述 本导则规定了风力发电机组功率曲线验证、并网要求、变桨紧急电源、保护性能技术监督的技术要求。 2 适用范围 本导则适用于上风向、管式塔风力发电机组。 3 术语和定义 3.1 低电压穿越low voltage ride through 当电力系统事故或扰动引起并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，风电机组/ 风电场能够保证不脱网连续运行。 3.2 风电场并网点point of connection of wind farm 风电场升压站高压侧母线或节点。 3.3 失电保护grid failure protection 风力发电机组由于电网断电、箱变故障等原因突然与电网脱离后，机组使用紧急电源等使气动刹车动作，叶轮转速降低，刹车制动， 将机组恢复至停机状态。 4 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，
仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 18451.2-2012 风力发电机组 功率特性测试 GB/T 风电场接入电力系统技 NB/T 31018-2011 风力发电机组变桨控制系统技术规范 5 监督范围 风电机组控制及保护性能监督应包括以下项目： a) 功率曲线验证及叶片完好性； b) 并网性能要求，包括低电压穿越、有功、无功控制； c) 变桨系统动力源（变桨蓄电池及蓄能器）； d) 机组控制系统及保护性能：包括主控系统、SCADA 及机组内部通信、变桨系统、变频系统以 及急停、扭缆、振动保护、超速、高温、失电保护、烟雾报警、紧急照明等。 6 监督内容及要求