第一章绪论
能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系，极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果；资源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发了不少国与国之间、地区之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。
风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染物排放的可再生的自然资源。
风能的开发利用已有数千年历史。在蒸气机发明以前，风能就曾作为重要的动力，由于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等。在几千年前，埃及的风帆船就在尼罗河上航行。中国是最早使用帆船和风车的国家之一，至少在三千年前的商代就出现了帆船。
受化石能源资源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。特别是自20世纪90年代初以来，风力发电的发展十分迅速，世界风电机装机容量的年平均增长率超过了30％，从1993年的216万kW上升到20XX年的4030万kW。
我国对现代风力机的研制可以追溯到20世纪50年代，但系统的研究始于20世纪70年代。20世纪80年代中期开始，我国从国外引进了一些大、中型风力发电机组并入电网。1986年山东荣成市建成中国第一个风电场，年均发电量为33万kwh，以后相继在福建平潭、广东南澳岛、新疆达坂城及内蒙古朱日和等地建立了风电场。
进入20世纪90年代以来，我国风电发展势头强劲，成为我国发展速度最快的能源工业，但是，我国安装的大型风力发电机组中90%是从国外进口。我国对现代并网型风力发电机的研究工作始于20世纪80年代，我国自行研制出的有20kw,30kw,75kw,120kw,200kw,600kw和1MW风力发电机组。
目前世界上有几十种型号的大型风力发电机组在商业化运行，大体可分为四种类型。第一种为双绕组定桨距恒速机型，以Bounsl,BOUNS2,Nordex60和Nordex63为代表。第二种为变滑差变速机型，主要代表VestasV63,VstasV66,VstasV80.第三种是采用双馈发电机转差励磁方案，实现变速变距运行的机型，主要代表机型有DeWind公司的
DeWindD6,D9，Tacke公司的TW-1.5，TW-2.0和Nordex80。第四种是采用直接驱动的永磁发电机，直接采用交-直-交功率变换系统送电，如德国Enercon E66、意大利Gamma60型等。当前国外大型风力发电机组的发展趋势是单机容量越来越大，机组运行越来越可靠，而维护量越来越小。
从国内外近几年风电产业发展看，随着风电产业的不断发展，风力发电机组控制技术也在不断发展，以满足其自身对风速变化、成本、环境及稳定运行等方面的要求，其主要发展趋势为：
（1）变桨距调节方式迅速取代失速调节方式。从目前市场看，变桨
距调节方式能充分克服失速调节不能充分利用风能的缺陷，因此，得到了迅速的应用。
（2）变速运行方式迅速取代恒速运行方式。由于变速运行方式能够
最大限度地利用风能，提高风力机的运行效率，因而被广泛采用。
第二章风力机的基本理论
风力机是一种叶片式机械，风机的桨叶与机翼类似，可用机翼升力理论描述。本章介绍了风力机的结构及分类、风力机空气动力学基础、桨叶受力分析以及风轮气动功率的调节等内容。
第一节风力机的结构及分类
风力发电是将风的动能转换为机械能，再带动发电机发电，转换成电能。
本节主要介绍风力机组的基本结构及分类。
一、风力机的结构
风力机的样式虽然很多，但其原理和结构总的来说还是大同小异的。这里以水平轴风力机为例作介绍。它主要由以下几部分组成：风轮、传动机构（增速箱）、发电机、机座、塔架、调速器（限速器）、调向器、停车制动器等，如图2-1所示。
(1)轮毂。风力机叶片都要装在轮毂上。轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，再传到风力机驱动的对象。同时轮毂也是控制叶片桨距（使叶片作俯仰转动）的所在，在设计中应保持足够的强度。
（2）调速或限速装置。在很多情况下，要求风力机不论风俗如何变化，转速总保持恒定或不超过某一限定值，为此，采用了调速或限速装置。当风速过高时，这些装置还用来限制功率，并减小作用在叶片上的力。调速或限速装置有各种各样的类型，但从
原理上来看大致有三类：第一类是使风轮偏离主风向；第二类是利用气动阻力；第三类是改变叶片的桨距角。
图2-1 风力机的结构和组成
（3）塔架。风力机塔载有机舱及转子。通常高的塔架具有优势，因为离地面越高，风速越大。它可以为管状的塔架，也可以是格子状的塔架。管状的塔架对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子达到塔顶。格状塔架的优点在于它比较便宜。风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行中的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切联系，如果说塔架对小型风力机影响还不太大的话，对大、中型风力机的影响就不容忽视了。
（4）机舱。机舱包含着风力机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力机塔架进入机舱。
（5）叶片。捕获风能并将风力传送到转子轴心。现代600kw风机上每个叶片的测量长度大约为20m，而且被设计得很像飞机的机翼。
（6）低速轴。风力机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600kw风电机上，转子转速相当慢，大约为19—30r/min。轴中有用于液压系统的导管来激发空气动力闸的运行。
（7）齿轮箱。风力机转子旋转产生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传动到发电机。使用齿轮箱，可以将风力机转子上的较低速转、较高转矩转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。风力机上的齿轮箱通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。对于600kw或750kw机组的齿轮比大约为1:50。
（8）高速轴及其机械闸，用于空气动力闸失效或风力机被维修时使用。
（9）发电机。通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风机上，最大电力输出通常为500—1500kw或者更大（海上风力机电力输出功率已到达5000kw）。
（10）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。
（11）电子控制器。包含一台不断监控风力机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（及齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力机操作员。
（12）液压系统。用于重置风力机的空气动力闸。
（13）风速计及风向标。用于测量风速及风向。
（14）冷却系统。发电机在运转时需要冷却。在大部分风力机上，使用大型风扇来空冷，还有一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。
二、风力发电机组的分类
按照不同的分类方式，风力发电机组可分为以下几种类型：
1.按风轮桨叶分类
（1）失速型。高风速时，因桨叶形状或因叶尖的扰流器动作，限制峰立即的输出转矩与功率。
（2）变桨型。高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。
2.按风轮转速分类
（1）定速型。风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与恒速发电机对应。
（2）变速型。
1）双速型。可在两个设定转速之间运行，改善风能转换率，与双速发电机对应；
2）连续变速型。在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。
3.按传动机构分类
（1）齿轮箱升速型。用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）。
（2）直驱型。直接连接低速风力机和低速发电机（避免齿轮箱故障）
4.按发电机分类
（1）异步型。
1）笼型单速异步发电机；
2）笼型双速变极异步发电机；
3）绕线式双馈异步发电机。
（2）同步型。
1）电励磁同步发电机；
2）永磁同步发电机。
5.按并网方式分类
（1）并网型。并入电网，可省却储能环节。
（2）离网型。一般需配置电池等直流储能环节，可带交、直流负载或与柴油发电机、光伏电池并联运行。
第二节风力机的空气动力学基础
一、风力机基础理论
1.风速
风场的风速资料是设计风力机最基本的资料。风场的实际风速是随时间不断变化的量，因此风速一般用瞬时风速和平均风速来描述。瞬时风速是短时间发生的实际风速，也称有效风速。平均风速是一段较长时间内瞬时风速的平均值。
某地一年内发生同一风速的小时数与全年小时数（8760h）的比值称为该风速的风速频率，如图2-2(a)所示，它是风能资源和风能电站可研报告的基本数据。风速与地形、地势、高度、建筑物等密切相关，风能桨叶高度处的风速才是风力机设计风速，因此，设计风电场还要有风速沿高度的变化资料，如图2-2（b）所示。
图2-2 平均风速频率图
（a）风速频率曲线 (b)不同高度风速变化曲线
风的变化是随机的，任意地点的风向、风速和持续的
时间都是变的，为定量的衡量风力资源，通常用风能玫瑰
图来表示，如图2-3所示。图上涉嫌长度是某一方向上风
速频率和平均风速三次方的乘积，用以评估各方向的风能
优势。
2.风能的计算
有流体力学可知，气流的动能为： 图2-3 风能玫瑰图 212
E mv = （2-1） 式中，m —气体的质量；
v —气体的速度（可视为距离风力机一定距离的上游风速）。
设单位时间内气流流过截面积为S 的气体的体积为V ，则
V Sv = (2-2) 如果以ρ表示空气密度，该体积的空气质量为：
m v Sv ρρ== (2-3) 这时气流所具有的动能为： 312
E Sv ρ= （2-4） 式中，ρ—空气密度，kg/m 3；
V —气体体积，m 3 ；
v — 风速，m/s ；
E —风能，J 。
式（2-4）即为风能的表达式。
从风能共识可以看出，风能的大小与气流密度和通过的面积成正比，与气流速度的立方成正比。其中ρ和v 随地理位置、海拔、地形等因素而变化。
3.风力机气动理论
风轮的作用是将风能转换为机械能。由于流经风轮后的风速不可能为零，因此风所拥有的能量不可能完全被利用，也就是说只有风的一部分能量可以被吸收，成为桨叶的机械能。那么风轮究竟能吸收多少风能呢？作为风力机的气动理论—贝兹理论讨论了这
个问题。
贝兹理论是由德国的贝兹（Betz ）于1926年建立的。他假定风轮是理想的，既没有轮毂，又具有无限多的叶片，气流通过风轮时没有阻力，并假定经过整个风轮扫及面全是均匀的，而且通过风轮前后的速度都为轴向方向。
现研究理想风轮在流动的大气中的情况，如图2-4所示，并规定：
1v —距离风力机一定距离的上游风速；
v —通过风轮时的实际风速；
2v —离风轮远处的下游风速。
图2-4 风轮气流图
设通过风轮的气流其上游截面为1S ，下游截面为2S 。由于风轮的机械能量仅由空气的动能降低所致，因而2v 必然低于1v ，所以通过风轮的气流截面积从上游至下游是增加的，即2S 大于1S 。如果假定空气是不可压缩的，由连续条件可得：
1122S v Sv S v == （2-5） 风作用在风轮上的力可由Euler 理论写出：
12()F Sv v v ρ=- （2-6） 故风轮吸收的功率为：
212()P Fv Sv v v ρ==- （2-7） 此功率是由动能转换来的。从上游至下游动能的变化为： 22121()2
E Sv v v ρ?=- (2-8) 令式（2-7）和（2-8）相等，得到： 121()2
v v v =+ （2-9） 作用在风轮上的力和提供的功率可写为：
22121()2
F S v v ρ=
- （2-10） 2212121()()4P S v v v v ρ=-+ （2-11） 对于给定的上游速度1v ，可写出以2v 为函数的功率变化关系，将式（2-11）微分得： 22112221(23)4
dP S v v v v dv ρ=-- （2-12） 式20dP dv =有两个解：①21v v =-，没有物理意义；②2113
v v =，对应于最大功率。 把②带入P 的表达式，得到最大功率为： 3max 1827
P Sv ρ= （2-13） 将式（2-13）除以气流通过扫掠面S 时风所具有的动能，可推得风力机的理论最大效率（或称理论风能利用系数）为： 31max max 3311816270.593112722
Sv P Sv Sv ρηρρ===≈ （2-14） 式（2-14）即为著名的贝兹理论极限值。它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。
能量的转换将导致功率的下降，它随所采用的风力机和发电机的型式而异，因此，风力机的实际风能利用系数0.593P C <。风力机实际能得到的有用功率输出是： 3112
s P P Sv C ρ= (2-15) 对于每平方米扫风面积则有： 3112P P v C ρ=
（2-16） 4.风力机的特性系数
在讨论风力机的能量转换与控制时，以下特性系数具有特别重要的意义。
（1）风能利用系数P C 。风力机从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数P C 表示，由式(2-15)可知： 3112P P
C v S ρ= （2-17）
式中，P —风力机实际获取的轴功率，W ；
ρ—空气密度，kg/m 3;
S —风轮的扫风面积，m 2;
v —上游风速，m/s 。
（2）叶尖速比。为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比λ： 2Rn R v v
πωλ== （2-18） 式中，n —风轮的转速，r/s ；
ω—风轮角频率，rad/s ；
R —风轮半径，m ；
v —上游风速，m/s 。
（3）转矩系数T C 和推力系数F C 。为了便于把气流作用下风力机所产生的转矩和推力进行比较，常以λ为变量作成转矩和推力的变化曲线。因此，转矩和推力也要无因此变化。 221212
T T
T C v SR
v SR ρρ== (2-19) 221212
F F F C v S v S ρρ== （2-20） 式中，T —风轮气动转矩，N m ；
F —推力，N 。
第三节 风力机桨叶受力分析 一、风轮在静止情况下叶片的受力分析
风力机的风轮有轮毂及均匀分布安装在轮毂上的若干桨叶组成，在安装这些桨叶时，必须对每支桨叶的翼片按同一方向旋转，桨叶围绕自身轴心线转过一个给定的角度，即使每个叶片的翼弦与风轮旋转平面（风轮旋转时桨叶所扫过的平面）形成一个夹角β，称为安装角（也就是桨叶节距角）。如图2-5所示为风轮静止时的受力情况。设风轮的中心轴位置与风向一致，当气流以速度V 流经风轮时，在桨叶I 和桨叶II 上将产生气动力F 和'F 。将F 及'F 分解成沿气流方向的分力x F 和对'x F （阻力）及垂直气流方向的
分力y F ，和'y F （升力），阻力'x F 和x F 形成对风轮的正压力，而升力y F 和'y F 则对风轮中心轴产生转动力矩，从而使风轮转动起来。
图2-5 风轮静止时桨叶受力分析
二、风轮在转动情况下叶片的受力分析
下面分析风轮起动后以某种速度稳定旋转时叶片的受力情况。若风轮旋转角速度为W ，则相对于叶片上距转轴中心r 处的一小段叶片元（叶素）的气流速度r W 将是垂直于风轮旋转面的来流速度V 与该叶片元的旋转线速度r ω的矢量和，如图2-6所示，这时以角速度ω旋转的桨叶，以旋转中心相距r 处的叶片元的攻角α已经不是V 与翼弦的夹角了。I 与r W 与旋转平面间的夹角，称为倾斜角，I αβ=+。
以相对速度r W 吹向叶片元的气流，产生气动力F ，F
可以分解为垂直于r W 方向的升力y F ，以及与r W 方向一致的
阻力x F ，也可以分解为在风轮旋转面内使桨叶旋转的力1y F
以及对风轮正面的压力1x F 。
由于风轮旋转时叶片位于不同半径处的线速度是不同 图2-6 旋转桨叶的气流速度和受力
情况
的，因而相对于叶片各处的气流速度V 在大小和方向上也是不同的。如果叶片各处的安装角β都一样，则叶片各处的实际攻角α将不同。这样除了攻角接近最佳值的一小段叶片升力较大外，其他部分所得到的升力则由于攻角偏离最佳值而变得不理想。所以，这样的叶片不具备良好的气动特性。为了在沿整个叶片长度方向均能获得有利的攻角数值，就必须使叶片每一个截面的安装角随着半径的增大而逐渐减小。在此情况下，才有可能使气流在整个叶片长度均以最有利的攻角吹向每一叶片元，从而具有比较好的气动
性能，而且各处受力比较均匀，也增加了叶片的强度。这种具有变化的安装角的叶片称为螺旋桨型叶片，而各处安装角均相同的叶片称为平板型叶片。现在一般都采用螺旋桨型叶片。
三、桨叶受力计算
利用叶素特性，取距离风力机转轴r 处长度为dr 的叶片微元进行分析。
2
21[cot()](221)2sin()1cot()[tan()](222)2
y l x d v dF l C I dr dF lv C I dr ρεαβαβραβεαβ=++-+=+++- 其中，d l
C C ε= 式中，v ——作用在叶片微元上的风速，m/s ；
l ——翼型的弦长，m ；
l C ——升力系数；
d C ——阻力系数。
升力系数l C 和阻力系数d C 的值可按相应的攻角查取所选翼型的气动特性曲线得到。
自然界的风是瞬息万变的，不仅在时间上不断变化，在空间上的分布也是不均匀的。影响风速变化的因素很多，除了气候、地形环境等因素外，高度的影响也是十分显著的。
00
()n H v H v H = 式中，0v ——距地面0H 观测到的风速，m/s ；
H v ——高度H 的风速，m/s ；
n ——大约在0.1～0.4的系数，具体数值依据地表粗糙度进行选择；
0H ——近似等于机舱中心高度，m 。
桨叶在转动过程中，由于风速的不同，在桨叶上产生的力x F 也不同，x F 使桨叶产生垂直于风轮扫掠面的拍打振荡，同时使传动机构和塔架等产生受激振荡，大大降低风力机的机械寿命，并会产生大量的噪音。特别是对风轮直径已经上百米的大型风力机而言，这一问题更为突出。
第四节 风轮气动功率调节
气动功率调节是风力发电机组的关键技术之一。风力发电机组在超过额定风速（一般为12～16m/s ）以后，由于机械强度和发电机、变频器容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出保持在额定值附近，同时减小叶片承受载荷和整个风力机受到的冲击，保证风力机不受损害。功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距
调节、主动失速调节三种方式，调节原理如图2-7和图2-8所示。图2-8中，w V 为轴
向风速；β为桨距角，桨叶回转平面与桨叶截面弦长之间的夹角；α为攻角，相对气流速度与弦线间的夹角；F 为作用在桨叶上的力，可以分解为d F 、l F 两部分。其中l F 与速度w V 垂直，称为驱动力，使桨叶旋转；d F 与速度w V 平行，称为推力，作用在塔架上。
1.定桨距失速调节
定桨距是指风轮的桨叶与轮毂刚性连接。当气流流经上下翼面形状不同的叶片时，因凸面的弯曲而使气流加速，压力较低，凹面较平缓而使气流速度减缓，压力较高，因而产生升力。如图2-8（a ）所示，桨距角β不变，随着风速增加攻角α增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，与未分离时相比，上下翼面压力差减小，致使阻力增加，升力减小，造成叶片失速，从而限制了功率的增加。因此，定桨距失速控制没有功率反馈系统和变桨距执行机构，因而整机结构简单，部件少，造价低，并具有较高的安全系数。但失速控制方式依赖于叶片独特的翼型结构，叶片本身结构较复杂，成型工艺难度也较大，随着功率增大，叶片加长，所承受的气动推力大，使得叶片的刚度减弱，失速动态特性不易控制，所以很少使用在兆瓦级以上的大型风力发电机组控制上。
图2-7 失速调节风力机风轮气流特性
(a)撕裂气流 (b)紧贴气流 (c)撕裂气流（失速）
图2-8 气动功率调节原理图
(a)定桨距失速(b)变桨距 (c)主动失速
2.变桨距调节
变桨距型风力发电机组能使风轮叶片的安装角随风速而变化，如图2-8（b ）所示，高于额定功率时，桨距角向迎风面积减小的方向转动一个角度，相当于增大桨距角β，
减小攻角α。变桨距调节的风力机在阵风时，塔架、叶片、基础受到的冲击较之失速调节型风力发电机组要小得多，可减小材料使用率，降低整机重量。它的缺点是：需要有一套比较复杂的变桨距调节机构，要求风力机的变桨距系统对阵风的响应速度足够快，才能减轻由于风的波动引起的功率脉动。
3.主动失速调节
主动失速调节方式是前两种功率调节方式的组合，如图2-8（c）所示。在低风速时，采用变桨距调节，可达到更高的气动效率。风力机达到额定功率后，使桨距角β向
减小的方向转过一个角度，相应的攻角α增大，使叶片失速效应加深，从而限制风能的捕获。这种调节方式不需要很灵敏的调节速度，执行机构的功率相对减小。典型风轮叶片及风力机叶型叠合图如图2-9所示。即高速采用定桨距调节方式，低速采用变桨距调节方式。
（a） (b)
图2-9 典型风轮叶片及风力机型叠合图
(a)典型风轮叶片 (b)风力机叶型叠合图
第三章风力发电机组的控制系统
风力发电机组控制系统是机组正常运行的核心，其控制技术是风力发电机组的关键技术之一，与风力发电机组的其他部分关系密切，其精确的控制、完善的功能将直接影响机组的安全与效率。我国风力发电事业还处于起步阶段，控制技术与国外先进技术有很大差距，这也是风电成本比国外高很多的主要原因。因此，有必要对风力发电机组的控制技术进行深入研究。目前我国已成功开发并掌握了中小型风力发电机组控制系统这一关键技术，目前有待解决的是大型兆瓦级风力发电机组控制系统的国产化。
第一节风力发电机组控制系统的基本组成
控制系统贯穿到风力机的每个部分，相当于风力发电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。目前风力发电有待解决的两个问题是：发电效率和发电质量。这两个问题都和风力发电机组控制系统密切相关。对此，国内外学者进行了大量的探索和研究，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。
对于不同类型的风力机，控制单元有所不同，但主要是因为发电机的结构或类型不同而使得控制方法不同，从而形成多种结构和控制方案。在大多数情况下，风力发电机组控制系统由传感器、执行机构和软/硬件处理器系统组成，其中处理器系统负责处理传感器输入信号，并发出输出信号控制执行机构的动作。例如，传感器一般包括如下装置：（1）风速仪；（2）风向标；（3）转速传感器；（4）电量采集传感器；（5）桨距角位置传感器；（6）各种限位开关；（7）振动传感器；（8）温度和油位指示器；（9）液压系统压力传感器；（10）操作开关、按钮等。
执行机构一般包括液压驱动装置或电动变桨局执行机构、发电机转矩控制器、发电机接触器、刹车装置和偏航电机等。
处理器系统通常由计算机或微型控制器和可靠性高的硬件安全链组成，以实现风机运行过程中的各种控制功能，同时必须满足当严重事故发生时，能够保障风力发电机组处于安全的状态。
风力发电控制系统的基本目标分为三个层次，即保证风力发电机组安全可靠运行、获取最大能量和提供高质量的电能。控制系统主要由各种传感器、变距系统、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、通信接口电路、监控单元等组成。具体控制内容有信号的数据采集和处置、自动解缆、并网和解列控制、停机
制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控等。不同类型的风力机控制单元的组成有所不同，但发电机组多采用的控制系统结构示意图如图3-1所示。
图3-1风力发电机组控制系统结构示意图
针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统（DCS）工业控制计算机。采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置。就地进行采集、控制、处理，避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接。同时DCS现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时刻随时修改控制参数，并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令。目前计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，由于其功能强大，很多厂家已开始采用PLC构成控制系统。20世纪90年代中期以后现场总线技术（FCS）发展迅速，可以断定，基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。
第二节风力发电机组的基本控制要求
控制与安全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。
一、风力发电机组的控制思想
我国风电场运行的机组多数以定桨距失速型机组为主，所谓失速型风力发电机组就是当风速超过风力发电机组额定风速时，为确保风力发电机组功率输出不再增加，导致风力发电机组过载，通过空气动力学的失速特性，使叶片发生失速，从而控制风力发电
机组的功率输出。定桨距失速型风力发电机组控制系统控制思想和控制原则以安全运行控制技术要求为主，功率控制由叶片的失速特性来完成。风力发电机组的正常运行及安全性取决于先进的控制策略和优越的保护功能。控制系统应以主动或被动的方式控制机组的运行，使系统运行在安全允许的规定范围内，且各项参数保持在正常工作范围内，控制系统可以控制的功能和参数包括功率极限、风轮转速、电气负载的连接、起动及停机过程、电网或负载丢失时的停机、扭缆限制、机舱时风、运行时电量和温度参数的限制。如风力发电机组的工作风速是采用BIN法计算出10min的平均值，从而确定小风脱网风速和大风切出风速，其中每个参数的极限控制均采用回差法，上行点和下行点不同，视实际运行情况而定。对于变桨距风力发电机组与定桨距恒速型风力发电机组控制方法略有不同，即功率调节方式不同，它采用变桨距方式改变风轮能量的捕获，从而使风力发电机组的输出功率发生变化，最终达到限制功率输出的目的。
保护环节应以失效保护为原则进行设计，即当控制失败，风力发电机组内部或外部故障引起机组不能正常运行时，系统安全保护装置动作，保护风力发电机组处于安全状态。引起控制系统自动执行保护功能的情况有：超速、发电机过载和故障、过振动、电网或负载丢失、脱网时的停机失败等。保护环节为多级安全链互锁，在控制过程中具有“逻辑与”的功能，而在达到控制目标方面可实现“逻辑或”的结果。此外，系统还设计了防雷装置，对主电路和控制电路分别进行防雷保护。控制线路中每一电源盒信号输入端均设有防高压元件，主控柜设有良好的接地并提供简单而有效的疏雷通道。
二、风力发电机组安全运行的基本条件
风力发电机组在起停过程中，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的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。
1.控制系统安全运行的必备条件
（1）风力发电机组的开关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内。
（6）各项保护装置均在正常位置，并且保护值均与批准设定的值相符。
（7）各控制电源处于接通位置。
（8）监控系统显示正常运行状态。
（9）在寒冷和潮湿地区，停止运行一个月以上的风力发电机组投入运行前应检查绝缘装置，合格后才允许起动。
（10）经维修的风力发电机组的控制系统在投入起动前，应办理工作票终结手续。
2.风力发电机组工作参数的安全运行范围
（1）风速
自然界风的变化时随机的没有规律的，当风速在3-25m/s的规定工作范围时，只对风力发电机组的发电有影响，当风速变化率较大且风速超过25m/s以上时，则会对机组的安全性产生威胁。
（2）转速
风力发电机组的风轮转速通常低于40r/min，发电机的最高转速不超过额定转速的30%，不同型号的机组数字不同。当风力发电机组超速时，对机组的安全性将产生严重威胁。
（3）功率
在额定风速以下时，不作功率调节控制，只有在额定风速以上应作限制最大功率的控制，通常运行安全最大功率不允许超过设计值的20%。
（4）温度
运行中风机的各部件运转将会引起升温，通常控制器环境温度应为0-30度，齿轮箱油温小于120度，发电机温度小于150度，传动等环节温度小于70度。
（5）电压
发电电压允许的范围在设计值的10%，当瞬间值超过额定值的30%时，视为系统故障。
（6）频率
风力机组的发电频率限制在（50±1）Hz，否则视为系统故障。
（7）压力
机组的许多执行机构由液压执行机构完成，所以各液压站系统的压力必须监控，由
压力开关设计额定值来确定，通常低于100Mpa。
3.系统的接地保护安全要求
（1）配电设备接地，变压器、开关设备和互感器外壳、配电柜、控制保护盘、金属构架、防雷设施及电缆头等设备必须接地。
（2）塔筒与地基接地装置，接地体应水平敷设。塔内和地基的角钢基础及支架要用截面25mm×4mm的扁钢相连作接地干线，塔筒做一组，地基做一组，两者焊接相连形成接地网。
（3）接地网形式以闭合环型为好，当接地电阻不满足要求时，克服架外引式接地体。
（4）接地体的外缘应闭合，外缘各角要做成圆弧形，其半径不宜小于均压带间距的一半，埋设深度应不小于0.6m，并敷设水平均压带。
（5）变压器中性点的工作接地和保护接线，要分别与人工接地网连接。
（6）避雷线宜设单独的接地装置。
（7）整个接地网的接地电阻应小于4Ω。
（8）电缆线路的接地电缆绝缘损坏时，在电缆的外皮、铠甲及接线头盒均可带电，要求必须接地。
（9）如果电缆在地下铺设，两端都应接地。低压电缆除在潮湿的环境需接地外，其他正常环境下不必接地。高压电缆任何情况都应接地。
三、自动运行的控制要求
（1）开机并网控制。当风速10min平均值在系统工作区域内，机械闸松开，叶尖复位，风力作用于风轮旋转平面上，风力发电机组慢慢起动，当发电机转速大于20%的额定转速持续5min，转速仍达不到额定转速的60%，发电机进入电网软拖动状态，软拖方式视机组型号而定。正常情况下，风力发电机组转速连续增高，不必软拖增速，当转速达到软切转速时，风力发电机组进入软切入状态；当转速升到发电机同步转速时，旁路主接触器动作，机组并入电网运行。对于有大、小发电机的失速型风力发电机组，按风速范围和功率的大小确定大、小电机的投入。大电机和小电机的发电工作转速不一致，通常为1500r/min和1000r/min，在小电机脱网、大电机并网的切换过程中，要求严格控制，通常必须在几秒内完成控制。
（2）小风和逆功率脱网。小风和逆功率脱网是将风力发电机组停在待风状态，当
平均风速小于小风脱网风速达到10min或发电机输出功率负到一定值后，风力发电机组不允许长期在电网运行，必须脱网，处于自由状态，风力发电机组靠自身的摩擦阻力缓慢停机，进入待风状态。当风速再次上升，风力发电机组又可自动旋转起来，达到并网转速，风力发电机组又投入并网运行。
（3）普通故障脱网停机。机组运行时发生参数越限、状态异常等普通故障后，风力发电机组进入气动刹车，软脱网，待低速轴转速低于一定值后，再抱机械闸，如果是由于内部因素产生的可恢复故障，计算机可自行处理，无需维护人员到现场，即可恢复正常开机。
（4）紧急故障脱网停机。当系统发生紧急故障，如风力发电机组发生飞车、超速、振动及负载丢失等故障时，风力发电机组进入紧急停机程序，机组投入气动刹车的同时执行90度偏航控制，机舱旋转偏离主风向，转速达到一定限制后脱网，低速轴转速小于一定之后，抱机械闸。
（5）安全链动作停机。安全链动作停机指电控制系统软保护控制失败时，为安全起见所采取的硬性停机，叶尖气动刹车、机械刹车和脱网同时动作，风力发电机组在几秒钟的时间内停下来。
（6）大风脱网控制。当风速平均值大于25m/s达到10min时，风力发电机组可能出现超速和过载，为了机组的安全，这时风力发电机组必须进行大风脱网停机。风力发电机组先投入气动刹车，同时偏航90度，等功率下降后脱网，20s后或者低速轴转速小于一定值时，抱机械闸，风力发电机组完全停止。当风速回到工作风速区后，风力发电机组开始恢复自动对风，待转速上升后，风力发电机组又重新开始自动并网运行。
（7）对风控制。风力发电机组在工作风速区时，应根据机舱的控制灵敏度，确定每次偏航的调整角度。用两种方法判定机舱与风向的偏离角度，根据偏离的程度和风向传感器的灵敏度，时刻调整机舱偏左和偏右的角度。
（8）偏转90度对风控制。风力发电机组在大风速或超转速工作时，为了风力发电机组的安全停机，必须降低风力发电机组的功率，释放风轮的能量。当平均风速大于25m/s达到10min时或风力发电机组转速大于转速超速上限时，风力发电机组作偏转90度控制，同时投入气动刹车，脱网，转速降下来后，抱机械闸停机。在大风期间实行90度跟风控制，以保证机组大风期间的安全。
（9）功率调节。当风力发电机组在额定风速以上并网运行时，对于失速型风力发
电机组由于叶片的失速特性，发电机的功率不会超过额定功率的15%。一旦发生过载，必须脱网停机。对于变桨距风力发电机组，必须进行变桨距调节，以减小风轮的捕风能力，以便达到调节功率的目的，通常桨距角的调节范围为-2度到86度。
（10）软切入控制。风力发电机组在进入电网运行时，必须进行软切入控制，当机组脱离电网运行时，也必须进行软脱网控制。利用软并网装置可完成软切入/软切出的控制。通常软并网装置主要由大功率晶闸管和有关控制驱动电路组成。控制目的就是通过不断监测机组的三相电流和发电机的运行状态，限制软切入装置通过控制主回路晶闸管的导通角，以控制发电机的端电压，达到限制起动电流的目的。在电机转速接近同步转速时，旁路接触器动作，将主回路晶闸管断开，软切入过程结束，软并网成功。通常限制软切入电流为额定电流的1.5倍。
四、控制保护要求
（1）主电路保护在变压器低压侧三相四线进线处设置低压配电低压断路器，以实现机组电气元件的维护操作安全和短路过载保护，该低压配电低压断路器还配有分动脱扣和辅助触点。
（2）过电压、过电流保护主电路计算机电源进线端、控制变压器进线端和有关伺服电动机进线端，均设置过电压、过电流保护措施。
（3）防雷设施及熔丝主避雷器与熔丝，合理可靠的接地线为系统主避雷保护，同时控制系统由专门设计的防雷保护装置。
（4）热继电保护运行的所有输出运转机构如发电机、电动机、各传动机构的过热、过载保护控制装置。
（5）接地保护由于设备因绝缘破坏或其他原因可能引起出现危险电压的金属部分，均应实现保护接地。
第三节风力发电机组控制技术发展趋势
一、风力发电机组控制技术发展现状
20世纪80年代中期——定桨距恒速风力发电机组
已解决的问题：软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术。
存在的问题：低风速运行时风能转换效率低。为解决该问题，引入双速风力发电机组，将发电机分别设计成4极和6极。
20世纪90年代——变桨距变速风力发电机组
电气控制技术教案 科别：电气控制线路2 课题：项目一认识低压电器（一）课次：1 课时：2 授课人： 教学方法：一体化教学（实物对照说明） 教具：电器元件、多媒体教学设备、实物投影仪 教学目的： ◎熟悉电气控制电路中常用的低压电器的功能、型号意义、基本 结构和工作原理，熟记它们的图形符号和文字符号。 技能目标 ◎学会正确选用、安装、使用和检测、维修电气控制电路中常用 的低压电器。 教学重点： 低压断路器、刀开关，转换开关的结构特点和控制作用，场合的使用，图文符号的识别 教学难点： 低压断路器、刀开关，转换开关的工作原理与选用；电器元件使用的场合，图文符号的识别。 教学过程：(包括组织教学，复习旧课，讲授新课，巩固新课，布置作业) 从教室内的电器引入低压概念→低压电器指认→观察实物→边讲边操作→学生动手拆装→认识电器元件→复习本次课的内容→小结并布置练习内容 课后小结：
常用低压电器（一） 电器是一种能够根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，实现对电路或非 电对象进行切换、控制、保护、检测和调节的元件或设备。 根据工作电压的高低，电器可分为高压电器和低压电器。 工作在交流额定电压 1 200V及以下、直流额定电压 1 500V及以下的电器称为低压电器。低压电器是组成各种控制设备的基础配套组件，它的正确使用是电力拖动系统安全、可靠 运行的基础和重要保证。 分类方法类别说明及用途 按低压电器的用途和所控制的对象分低压配电电器 包括低压开关、低压熔断器等，主要用于低压配电系统 及动力设备 低压控制电器 包括接触器、继电器、电磁铁等，主要用于电力拖动及 自动控制系统 按低压电器的动作方式分自动切换电器 依靠电器本身参数的变化或外来信号的作用，自动完成 接通或分断等动作的电器，如接触器、继电器等 非自动切换电 器 主要依靠外力（如手控）直接操作来进行切换的电器， 如按钮、低压开关等 按低压电器的执行机构分有触头电器 具有可分离的动触头和静触头，主要利用触头的接触和 分离来实现电路的接通和断开控制，如接触器、继电器 等 无触头电器 没有可分离的触头，主要利用半导体元器件的开关效 应来实现电路的通断控制，如接近开关、固态继电器等 低压电器的作用：在电力拖动控制系统中，低压电器主要用于对电动机进行控制、调节和保护。在低压配电电路或动力装置中，低压电器主要用于对电路或设备进行保护以及通断、转换电源或负载。
工厂电气控制技术复习资料 、单选题 1. 某调速系统调速范围为150 —1500转/分，要求静差率为 0.02，此时该系统的静态转 速降是（A ）。 = 1500 n max、 150 10n（仁） n 二n max、二1500 0.02 _ 3 n ~ D（1 —、）一10（1-0.02）一3 A. 3 B . 5 C . 10 D . 30 2. 某直流调速系统最高理想转速为 1450转/分，最低理想空载转速 250转/分，额定负载 静态速降为50转/分，该系统调速范围为（ C ）。 A . 3 B . 6 C . 7 D . 8 6-n N - n02 50 150 二 0.2 D n max6 n N (1450-50) 0.2 二7 n n N(1-、) 50(1-0.2) 3.某直流调速系统额定最高转速为1450转/分, 该系统调速范围为10,静差率为0.1 , 额疋负载时转速降洛为（C ）。 A . 5.11 B .10.11 C .16.11 D .20.11 n 二n max、_ D(1-、) 1450 0.1 - 10(1-0.1) 16.1 1 4 ?双闭环调速系统在启动过程中调节作用主要靠（ D ）的作用。 A. P调节器 B . I调节器 C .速度调节器 D .电流调节器 5 .采用晶闸管通断控制法的交流电路（ B ）。 A .存在高次谐波 B .不存在高次谐波 C .存在少量的高次谐 D .有时存在高次谐波有时不存在高次谐波 6 .晶闸管调速系统中，PI调节器中的电容元件发生短路就会出现（ A ）。 A .调速性能下降 B .超速运行 C .无法调速 D .低速运行 7 .异步电机串级调速采用的电路是（ B ）电路。 A .无源逆变 B .有源逆变 C .普通逆变 D .整流 8 .为了保持小容量调速系统晶闸管不受冲击电流的损坏，在系统中应采用（ D ）。 A .电压反馈 B .电流正反馈 C .转速负反馈 D .电流截止负反馈 9.转速负反馈调速系统在稳定运行过程中，转速反馈线突然断开，电动机的转速会（A ）。D
浅谈风力发电及其控制技术 发表时间：2020-03-10T13:22:48.110Z 来源：《中国电业》2019年20期作者：黄晓芳[导读] 随着我国电力事业的快速发展，新能源的应用也日益成熟摘要：随着我国电力事业的快速发展，新能源的应用也日益成熟，文章主要以风力发电为基础，对我国风力发电现状进行分析，并探讨控制技术在其中的应用，结合实际情况提出几点建议。 关键词：风力发电；控制技术；风力技术；发电控制引言 近年来，我国风力发电事业迅猛发展，在理论研究和技术应用两方面都取得了较突出的成果。随着风力发电的广泛应用，风能的最大化利用成为当前研究的重要课题。风能的最大化利用关键在于风力发电机组的最大风能捕获以及与风电场内其他风力发电设备的合理配套，从而实现风能资源的优化利用。 1我国风力发电的产能现状我国地大物博,风场资源丰富,利用风能可发电量超过10亿千瓦,这些风力资源地区主要分布在地广人稀的地区,例如西北地区、华北、东北以及东南沿海部分地区。我国20世纪实现了对小型发电机的自主研发和批量生产,缓解和满足了农牧民和岛屿地区人们的用电需求。东部沿海地区风能资源丰富,目前许多重大的风力发电设备就主要建于东部沿海地区,如建于重大的跨海大桥周边,其他主要分布于风能较丰富的丘陵地区。当然,我国风电事业也不是一帆风顺的,前些年由于风电行业的无序发展导致一系列的问题,例如风机事故、弃风限电等问题。之后国家要求各地区相关部门在审核风电项目时,要向国家能源局提交申请,有效地遏制了地方政府无限制的风能资源开发,也解决了风能过剩的问题。近两年,部分经营不好实力较弱的风电企业也退出市场,我国风电行业走向成熟化,并实现稳定发展的业态。 2风力发电控制技术的应用 2.1风轮的控制技术 第一，利用功率信号的反馈进行控制。利用功率信号的反馈进一步控制风轮的功率信号,当风轮运行时,它们的功率与实际条件的改变是一致的,然后再对功率的关系作出分析,之后绘制出最大功率的曲线图,完成以上工作后接着做后面的工作。在实际操作时,还应该对比最大功率与系统中的实际输出功率,获取它们的差值大小,之后再进行风轮桨矩的调整工作,这样才有助于风轮的运行功率最大化。这种方式使成本无须花费过多,但是风机在正常运行时要获得最大功率曲线较为困难。第二，对叶尖速比的控制。受到风力作用的影响,风轮中叶片尖端转动时具有线速度,并且将其称为叶尖速。其中叶尖速比表示为叶尖速与同一时间风速的比值。对叶尖速比进行控制的主要方法是控制叶轮的转速,从而进一步改善风机的运行系统。因为风速是不断变化的,所以很难有效地确定出最合适的叶尖速比,应该适当地改变和调节叶尖速,并调节好风轮转矩,从而更好地调整风轮外边缘的速度,使叶尖速比得到最优控制。 2.2自适应控制技术的应用 自适应控制技术是信息控制技术中的一种,其应用对业务理解要求比较高,将这项技术应用到风力发电机组控制系统中,可以对系统的各项性能情况进行分析并优化控制,确保各项控制参数的合理性及最优化。传统的风力发电机组控制系统需要构建参数模型来对各项参数进行调节,其对模型的完整性要求比较高。但是这类模型在工程实践转化过程中具有较大的难度,所以无法保证风力发电机组的控制效果。而自适应控制技术的合理应用可以对系统中各方面的变化情况进行实时掌握,并根据外界环境进行调整,具有明显的应用优势,提升风力发电机组的控制效率及发电性能。 2.3现代化的控制技术 风力发电中现代化的控制技术可以分为以下几种类型:鲁棒控制技术、变结构控制技术、智能控制技术以及自适应控制技术,风力发电机组控制系统中,以变结构控制技术为主,该技术运用广泛是因为具有很快的反应力、设计较为简单、实现难度不大;处理一些多变量问题时,鲁棒控制技术可以发挥出很好的作用,具有较强稳定性的鲁棒控制技术还能有效地处理好参数不准、建模出现误差或者物质系统受影响的问题;而智能控制技术最突出的方法是模糊控制,它无须过度依赖数学模型,只需凭借专家经验就能克服一些非线性因素带来的影响。目前,一套准确的风力发电机组被控对象数学模型的实现概难度很大,所以对风力发电机组进行控制的过程中,可以多使用模糊控制方法。 2.4风电无功电压自动控制技术 该技术主要是由多个系统共同参与实现风电场无功自动化控制的一种方法,具体包括风电场无功电压自动控制子站及相关的监控系统等。其中子站可作为模块集成到综合监控系统中,也可采用外挂的方法使其独立运行,其负责对风电场内设备的无功电压运行状态进行监视,利用通信线路将调节设备的无功电压控制指令发给相应的监控系统。监控系统的控制方式有两种,一种是远程控制,另一种是就地控制。在远控模式下,子站会自动对无功电压控制目标进行追踪,而在就地控制模式下,子站可按预先给定的并网点电压目标曲线进行控制。子站的运行及控制状态可以通过人工进行设置,同时,风电场内的各类控制设备可通过人工进行闭锁和解锁,设备的投退则可由系统自动控制。当电网处于稳定运行状态的条件下,子站能够对风电机组的无功调节能力进行充分利用,实现调节电压的目标,如果机组的无功调节能力不足,则会由动态无功补偿装置完成无功调节。此外,子站能够对风电机组的无功补偿状态进行协调,从而有效避免了不合理的无功输出。 3风力发电并网控制技术的发展策略 3.1做好谐波抑制措施 风力发电机组并网过程中,要提升其电能质量控制效果,并结合静止无功补偿器来有效抑制谐波危害问题,这种补偿器是用多台可投切电容器、电抗器和谐波滤波装置构成的,这一设备最大的特点是反应速度快,对于无功功率的变化能够实现实时跟踪。针对风速变化导致的电压变化也能够实现有效的调节,实现有效的谐波滤除,提升整体电网的电能供应质量。 3.2优化风能发电的输电结构 目前我国风力资源地区分布不均衡,必须加大对远距离电力传输装备和技术的研发力度。第一,要研发适合我国国情的远距离电力传输装备和技术,逐步解决我国不同地区风电资源分布平衡的问题;第二,要加大投资力度,全世界范围内引进优秀人才,让风力发电技术给风力资源匮乏地区带去便利和经济效益,与此同时,让环境欠发达地区享受风电资源带来的益处。通过发电与用电地区的分配平衡,将风能的利用率持续提升,减少对于化石燃料的依赖,减低污染性气体的排放,坚持走低碳环保路线,促进生态平衡。 3.3电压波动与闪变控制
教案
教与学互动设计 教师活动内容学生活动 内容 时间 [引入新课] 在日常生活中和生产活动中有很多场合都离不开电机，很多电器是用直流电机带动的，如家里的洗衣机、微波炉；工厂中的大型轧钢机、龙门刨床等；我们把能将直流电能与机械能之间相互转换的电力机械称为直流电机。 按用途可分为直流电动机和直流发电机。 （一）、自主、合作、探究（讲授新课） 本课程的性质、内容、任务和要求 本课程是高等职业院校机电一体化专业核心课程“机电设备电气控制技术”中重要的组成模块，是本专业学生必修的综合技术课程。 通过本课程的学习和项目训练，使学生了解电动机、变压器、常用低压电器等电气设备的基本结构、工作原理、工作特性及铭牌数据，掌握电动机、变压器、常用低压电器等电气设备的使用，并培养学生具备电机维护维修、企业机电设备电气控制系统安装、调试与维护等的基本职业能力，并为学生后续专业课程的学习做前期准备。 一、直流电机的特点和用途 1、直流电机的特点 （1）优点 与交流电动机相比，具有优良调速性能和起动性能。 能提供无脉动的大功率直流电源，输出电压可以精确地调节和控说明开设 本课程的 目的和意 义，介绍本 课程的学 时安排，说 明本课程 的考核方 法 学生在老 师讲解的 基础上学 生归纳（教 师补充） 10分 35分
制。 （2）缺点 制造工艺复杂，成本高； 运行时电刷与换向器之间易产生火花，可靠性差； 2、直流电机的用途 在某些要求调速范围大、速度高、精密度好、控制性能优异的场 合，直流电动机现占有较大的比重。如：矿场卷扬机、厢轿式高 速电梯、城市电车、地铁列车、电动自行车等等。 直流发电机主要用作直流电源，如直流电动机的电源，直流电焊 机电源等。 二、直流电机的基本结构 教师讲解， 学生思考、 理解 35分
工厂电气控制技术测试题 1电磁机构的吸力特性与反力特性的配合关系是()。 A、反力特性曲线应在吸力特性曲线的下方且被此靠近; B、反力特性曲线应在吸力特性曲线的上方且彼此靠近; C、反力特性曲线应在远离吸力特性曲线的下方； D、反力特性曲线应在远离吸力特性曲线的上方。正确答案：A 2关于接触电阻，下列说法中不正确的是()。 A、由于接触电阻的存在，会导致电压损失 B、由于接触电阻的存在，触点的温度降低 C、由于接触电阻的存在，触点容易产生熔焊现象 D、由接触电阻的存在，触点工作不可靠 正确答案：B 3为了减小接触电阻，下列做法中不正确的是()。 A、在静铁芯的表面上嵌有短路环； B、加一个触点弹簧； C、接触面xx; D、在触点上镶一块纯银块 正确答案：A 4由于电弧的存在，将导致()。 A、电路的分断时间加长; B、电路的分断时间缩短; C、电路的分断时间不变;
D、电路的分断能力提高 正确答案：A 5在接触器的铭牌上常见到AC3 AC4等字样，它们代表()。 A、生产厂家代号 B、使用类别代号； C、国标代号； D、名称代号。 正确答案：B 6电压继电器的线圈与电流继电器的线圈相比，具有的特点是( A、电压继电器的线圈匝数多、导线细、电阻小； B、电压继电器的线圈匝数多、导线细、电阻大； C、电压继电器的线圈匝数少、导线粗、电阻小； D、电压继电器的线圈匝数少，导线粗，电阻大。 正确答案：B 7增大电压继电器的返回系数，应采的办法是()。 A、减小非磁性垫片的厚度； B、增大非磁性垫片的厚度； C、减小衔铁吸合后的气隙； D、增大衔铁释放后的气隙。)。正确答案：B 8在延时精度要求不高，电源电压波动较大的场合，应选用()
风力发电及其控制技术研究 风力发电是当前我国经济社会发展中，是具有代表性的一种环保型的发电方式，对于推动社会经济可持续性增长具有不可比拟的积极作用。本文以风力发电为切入点分析其现存问题，就提出具体的控制技术要点进行深入探究，旨在为相关从业人员积累更多的实践经验。 标签：风力发电;控制技术;发展前景 我国风力发电技术水平在不断提高，但是仍旧有许多问题亟待解决，所以要正视目前风力发電技术存在的问题，积极争取社会各方的支持，在原有的基础上不断突破创新，投入一定的资金，不断完善相关政策，从而实现风力发电技术的良性发展，让风力发电技术真正成为我国电力供应的主流技术。 1加强风力发电控制的重要性 由于自然风速度快慢及方向大小存在着明显差异性，客观上要求相关技术人员重视风力发电控制技术，例如：控制机组切入及切出电网、限制输出功率、检测风轮运行期间中各种故障予以保护等。近几年来我国风力发电控制技术日趋成熟，即由定桨距恒速运行技术向变桨距变速运行技术转变，基本达到预期的生产目标。从风力发电机组角度来看，以调节机组功率为核心技术之一，其调节方法可划分为变桨距调节、定桨距失速调节及主动失速度调节。目前我国风力发电机组基本实现变桨距变速运行，结合风速风向的变化情况基本实现脱网、并网及调向控制各个发电机组，充分发挥变距系统作用，控制机组转速及功率。 2当前我国风力发电技术存在的问题 2.1风力资源分布不均 我国的国土面积十分广阔，每个地区的自然环境也有着很大差异，所以不同地区的风力资源分布十分不均匀，这就给风力发电工作带来了一定的困难。目前我国风力发电影视工作呈现出了，东南沿海和西北内陆发达，中部落后的趋势，风力发电事业发展十分不均衡。 2.2产业结构不合理 风力发电技术在我国不断更新发展，单机容量不断扩充，目前已经取得瞩目的进步，但是当前整个行业的产业结构仍然缺乏完善性，在零部件生产和产品创新方面，大多数发电技术都已经取得良好成果，实现了经济效益，但在核心零件生产过程中，仍没有实现自主式创新和开发，电力企业在进行风力发电技术改造时，大部分设备都来源于国外，国内缺乏独立资助的研发团队，这也进一步导致风力产业结构发展失衡，所以，还需要进一步加速产业结构变革，促进产业结构转型，形成完整的、具有发展潜力的风力发电产业结构。
《电气控制技术与技能训练》教学指南 一、课程的性质与任务 本课程是中等职业学校电气运行与控制、电气技术应用等专业的一门专业核心课程。其任务是通过典型工厂电气控制设备的安装、调试、运行与维修等实践活动，使学生掌握典型低压电气控制设备安装、调试、运行与维修的核心技能，具备分析和解决生产、生活中的实际问题的能力，具备学习后续专业核心课程的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 二、教学提要、课程内容、教学要求
上篇电动机基本控制线路 一、单元提要 本单元主要介绍有触头的低压开关、接触器、继电器、按钮、位置开关等低压电器元件及由它们组成的电动机基本控制线路。掌握电动机基本控制线路的工作原理及安装与检修是检修工厂电气控制设备的基础。对电动机基本控制线路中所涉及到的常用低压电器元件，应掌握其型号及含义、结构、符号、工作原理、选用方法、安装与使用方法和常见故障及处理方法；对常见的电动机基本控制线路应熟记、会画图、会分析、会安装、会检修。更重要的是要掌握这些基本控制线路的特点和在电气控制设备中的运用，找出本质的规律，也就是：继电器和接触器线圈的通、断电造成它们触头闭合与断开，用这些触头又如何去控制另一些电器元件线路或电动机主电路的通、断电，从而实现对电动机的启动、停止、反向、制动和调速等方式的控制；对电动机基本控制线路的安装与检修，应熟悉绘制、识读控制线路的一般原则，能根据工厂电气控制设备的控制要求正确绘制控制线路图，按所设计的控制线路图确定主要材料单，按所给的材料和电气安装规范要求，正确利用工具和仪表熟练安装电器元件，正确配线，最后进行通电试验，并能排除控制线路中的常见故障。 工厂电气控制设备中无论多复杂的控制线路，极大部分都是这些低压电器元件常开、常闭触头的有机组合，都是几种电动机基本控制线路、环节的有机组合。常见的电动机控制线路主要有：点动控制线路、正转控制线路、正反转控制线路、位置控制线路、多地控制线路、降压启动控制线路、调速控制线路及制动控制线路等。 二、知识目标 ●理解常用低压电器的型号及含义。 ●了解常用低压电器的结构。 ●掌握常用低压电器的符号及工作原理。 ●熟悉绘制、识读电气控制线路图的一般原则。 ●掌握电动机基本控制线路及其工作原理。 三、技能目标
烟台汽车工程职业学院 <<工厂电气控制>> 课程标准 专业带头人：杜俊贤 系主任：林治熙 教学中心：信息自动化教研室 批准日期：二〇一一年八月 二〇一一年八月
目录 一、课程概述 (1) （一）课程性质.............................................................. 错误！未定义书签。（二）课程基本理念...................................................... 错误！未定义书签。（三）课程设计思路...................................................... 错误！未定义书签。 二、课程目标..................................................................... 错误！未定义书签。（一）总体目标.............................................................. 错误！未定义书签。（二）具体目标.............................................................. 错误！未定义书签。 三、内容标准 (4) （一）学习目标 (4) （二）活动安排 (4) （三）知识要点 (9) （四）技能要点 (9) 四、实施建议 (10) （一）教学建议 (10) （二）考核评价建议 (10) （三）教材编写建议 (11) （四）实验实训设备配置建议 (12) （五）课程资源开发与利用建议 (18) 五、其它说明 (19)
风力发电及其控制技术 摘要: 风力发电是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，发电机通过输电电缆将电能输送地面控制系统和负荷。风力发电技术是一项多学科的，可持续发展的，绿色环保的综合技术。风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的切入（电网）和切出（电网）、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对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海岛或边远地区甚至海上，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监控，这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求 一、风电控制系统简述 风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力。 风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。 风力发电的基本原理 风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。 风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋 转，再通过增速器将旋转的速度提高来促 使发电机发电的。依据目前的风车技术， 大约3m/s的微风速度便可以开始发电。风 力发电的原理说起来非常简单，最简单的 风力发电机可由叶片和发电机两部分构成 如图1-1所示。空气流动的动能作用在叶 轮上，将动能转换成机械能，从而推动片 叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转
第 1、2 课时 课题: 电磁学基础知识 教学目的和要求: 补充了解磁场的基本物理量以及铁磁材料的性质和磁路欧姆定律，掌握交流铁心线圈电路中的电磁关系并了解其功率损耗情况。 重点与难点: 掌握铁磁材料的性质、交流铁心线圈电路中的电磁关系及其功率损耗。 教学方法: 绘图说明，简单推正，结论分析，应用介绍，案例教学。 预复习任务: 复习前期学的《电工技术基础》相关知识。 一、磁路的基本物理量 磁场可由电流产生，用磁感线来描述。磁场的强弱可用磁感线的疏密程度来表示。磁感线可以看成是无头无尾的闭合曲线。 1)磁感线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则。 2)磁感线总是闭合的，既无起点，也无终点。 3)磁场中的磁感线不会相交，因为磁场中每一点的磁感应强度的方向都是确定的、唯一的。 1.磁通Ф 磁场中穿过某一截面积A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通Ф，单位WB。
磁场中穿过某一截面积A 的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通Ф，单位WB 。 当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。 磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类型。 2．磁感应强度B 描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，是矢量，用B 表示。均匀磁场中，若通过与磁感线垂直的某面积A 的磁通为Ф，则 B = Ф/ A 所以磁感应强度也称磁通密度，单位T 3．磁场强度H 是进行磁场计算时引进的一个物理量，电流产生磁场外，介质被磁化后还会产生附加磁场。单位安每米。 H 代表电流本身产生的磁场的强弱，反映了电流的励磁能力，大小只与该电流的大小成正比，与介质的性质无关； B 代表电流所产生的以及介质被磁化所产生的总磁场的强弱，其大小不仅与电流的大小有关，还与介质的性质有关。 4．磁导率μ 磁感应强度B 与磁场强度H 之比，是衡量物质导磁能力的物理量。 μ = B / H μ为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为 。铁磁材料的 ，例如铸钢的μ约为 的1000 倍，各种硅钢片的μ 约为 的6000～7000 倍。 5．磁场储能 磁场能够储存能量，这些能量是在磁场建立过程中由其他能源的能量转换而来的。电机就是借助磁场储能来实现机电能量转换的。 二、磁性材料的性质 1．高导磁性 磁性物质的内部存在着很多很小的区域，称为“磁畴”，磁化前，无外磁场的作用，杂乱无章地排列，磁场互相抵消，对外界不显示磁性。 0μμ>>0μ0μ0μm A /
密级：公司秘密 东方汽轮机有限公司 DONGFANG TURBINE Co., Ltd. 2.0MW108C型风力发电机组主控制系统 说明书 编号KF20-001000DSM 版本号 A 2014年7 月
编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准 <**批准签字**> <**批准签字日期**> 编号
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目录 序号章 节名称页数备注 1 0-1 概述 1 2 0-2 系统简介 1 3 0-3 系统硬件11 4 0-4 系统功能 5 5 0-5 主控制系统软件说明12 6 0-6 故障及其处理说明64
0-1概述 风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。 风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。 风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。 图0-1-1
一、选择题 （每题4个选项，只有1个是正确的，将正确的选项填入括号内） 1.电气图中，断路器的符号为（）。 （A）K （B）D （C）L （D）DL 2.不属于笼型异步电动机降压启动方法的是（）启动。 （A）自耦变压器降压（B）星形一三角形换接 （C）延边三角形（D）在转子电路中串联变阻器 3.中小容量异步电动机的过载保护一般采用（）。 （A）熔断器（B）磁力启动器 （C）热继电器（D）电压继电器 4.笼型异步电动机的延边三角形启动方法，是变更（）接法。（A）电源相序（B）电动机端子 （C）电动机定子绕组（D）电动机转子绕组 5.属双速异步电动机接线方法的是（）。 （A）YY/YY （B）YY/△ （C）YY/Y （D）△△/Y 6.异步电动机的反接制动是指改变（）。 （A）电源电压（B）电源电流 （C）电源相序（D）电源频率 7.异步电动机的能耗制动采用的设备是（）装置。 （A）电磁抱闸（B）直流电源 （C）开关与继电器（D）电阻器 8. 在电动机的连续运转控制中，其控制关键是。 ①自锁触点②互锁触点 ③复合按钮④机械联锁 9. 下列低压电器中可以实现过载保护的有。 ①热继电器②速度继电器 ③接触器④低压断路器⑤时间继电器 10. Y－△降压启动可使启动电流减少到直接启动时的。 ① 1/2 ② 1/3 1 ③ 1/4 ④3 11. 下列属于低压配电电器的是。 ①接触器②继电器 ③刀开关④时间继电器 12. 表示电路中各个电气元件连接关系和电气工作原理的图称为。 ①电路图②电气互联图 ③系统图④电气安装图 13. 交流接触器是利用配合动作的一种自动控制电器。 ①电动力与弹簧弹力②外施压力与弹簧弹力 ③电磁力与空气阻尼力④电磁力与弹簧弹力 14.对绕线型电动机而言，一般利用（）方法进行调速。 （A）改变电源频率（B）改变定子极对数
第一章绪论 能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系，极大地推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果；资源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发了不少国与国之间、地区之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。 风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染物排放的可再生的自然资源。 风能的开发利用已有数千年历史。在蒸气机发明以前，风能就曾作为重要的动力，由于船舶航行、提水饮用和灌溉、排水造田、磨面和锯木等。在几千年前，埃及的风帆船就在尼罗河上航行。中国是最早使用帆船和风车的国家之一，至少在三千年前的商代就出现了帆船。 受化石能源资源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视风能的开发利用。特别是自20世纪90年代初以来，风力发电的发展十分迅速，世界风电机装机容量的年平均增长率超过了30％，从1993年的216万kW上升到20XX年的4030万kW。 我国对现代风力机的研制可以追溯到20世纪50年代，但系统的研究始于20世纪70年代。20世纪80年代中期开始，我国从国外引进了一些大、中型风力发电机组并入电网。1986年山东荣成市建成中国第一个风电场，年均发电量为33万kwh，以后相继在福建平潭、广东南澳岛、新疆达坂城及内蒙古朱日和等地建立了风电场。 进入20世纪90年代以来，我国风电发展势头强劲，成为我国发展速度最快的能源工业，但是，我国安装的大型风力发电机组中90%是从国外进口。我国对现代并网型风力发电机的研究工作始于20世纪80年代，我国自行研制出的有20kw,30kw,75kw,120kw,200kw,600kw和1MW风力发电机组。 目前世界上有几十种型号的大型风力发电机组在商业化运行，大体可分为四种类型。第一种为双绕组定桨距恒速机型，以Bounsl,BOUNS2,Nordex60和Nordex63为代表。第二种为变滑差变速机型，主要代表VestasV63,VstasV66,VstasV80.第三种是采用双馈发电机转差励磁方案，实现变速变距运行的机型，主要代表机型有DeWind公司的
电机与电气控制技术教 案 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
第 1、2 课时 课题: 电磁学基础知识 教学目的和要求: 补充了解磁场的基本物理量以及铁磁材料的性质和磁路欧姆定律，掌握交流铁心线圈电路中的电磁关系并了解其功率损耗情况。 重点与难点: 掌握铁磁材料的性质、交流铁心线圈电路中的电磁关系及其功率损耗。 教学方法: 绘图说明，简单推正，结论分析，应用介绍，案例教学。 预复习任务: 复习前期学的《电工技术基础》相关知识。 一、磁路的基本物理量 磁场可由电流产生，用磁感线来描述。磁场的强弱可用磁感线的疏密程度来表示。磁感线可以看成是无头无尾的闭合曲线。 1)磁感线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则。 2)磁感线总是闭合的，既无起点，也无终点。 3)磁场中的磁感线不会相交，因为磁场中每一点的磁感应强度的方向都是确定的、唯一的。 1.磁通Ф 磁场中穿过某一截面积A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通Ф，单位WB。 磁场中穿过某一截面积A的总磁线数称为通过该面积的磁通量，简称磁通Ф，单位WB。 当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通；还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通。 磁通经过的闭合路径叫磁路。磁路和电路一样，分为有分支磁路和无分支磁路两种类型。 2．磁感应强度B 描述磁介质中实际的磁场强弱和方向的物理量，是矢量，用B表示。均匀磁场中，若通过与磁感线垂直的某面积A的磁通为Ф，则 B = Ф/ A 所以磁感应强度也称磁通密度，单位T 3．磁场强度H
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 大型风力发电机组控制系统的安全保护功能(新编版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
大型风力发电机组控制系统的安全保护功 能(新编版) 1制动功能 制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，在硬件上主要由叶尖气动刹车和盘式高速刹车构成，由液压系统来支持工作。制动功能的设计一般按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保护状态。在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，控制器根据机组发生的故障种类判断，分别发出控制指令进行正常停机、安全停机以及紧急停机等处理，叶尖气动刹车和盘式高速刹车先后投入使用，达到保护机组安全运行的目的。 2独立安全链 系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链采用反逻辑
设计，将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后，将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，从而最大限度地保证机组的安全。发生下列故障时将触发安全链：叶轮过速、看门狗、扭缆、24V电源失电、振动和紧急停机按钮动作。 3防雷保护 多数风机都安装在山谷的风口处或海岛的山顶上，易受雷击，安装在多雷雨区的风力发电机组受雷击的可能性更大，其控制系统最容易因雷电感应造成过电压损害，因此在600kW风力发电机组控制系统的设计中专门做了防雷处理。使用避雷器吸收雷电波时，各相避雷器的吸收差异容易被忽视，雷电的侵入波一般是同时加在各相上的，如果各相的吸收特性差异较大，在相间形成的突波会经过电源变压器对控制系统产生危害。因此，为了保障各相间平衡，我们在一级防雷的设计中使用了3个吸收容量相同的避雷器，二、三级防雷的处理方法与此类同。控制系统的主要防雷击保护：①主电路三相690V输入端（即供给偏航电机、液压泵等执行机构的前段）
概述 电器与电气的区别 计划授课时间：2013.9.10 电器 泛指所有用电的器具，比如：电视机、电冰箱、风扇、电脑，从专业角度上来讲，主要指用于对电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等作用的电工装置、设备和元件。 按工作原理分类。 1）电磁式电器依据电磁感应原理来工作，如接触器、各种类型的电磁式继电器等。 2）非电量控制电器依靠外力或某种非电物理量的变化而动作的电器，如刀开关、行程开关、按钮、速度继电器、温度继电器等。 按动作原理分类 (1)手动电器用手或依靠机械力进行操作的电器，如手动开关、控制按钮、行程开关等主令电器。 (2)自动电器借助于电磁力或某个物理量的变化自动进行操作的电器，如接触器、各种类型的继电器、电磁阀等。 电气 电气就是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学，涵盖电能的转换、利用和研究三方面，包括基础理论，应用技术，设施设备等。 电气含义 电气是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造的/维持于改善限制空间空间和环境的一门科学，叫“电气”只要是以电能传输以及使用的途径只要有两种：一是直接的电的联系，每个电压等级内的所有用电设备，通过导线、断路器或者隔离开关等，均有电的直接联系。二是没有电的直接联系，而是通过气隙内的磁场进行能量交换（传输），比如说变压器的各绕组之间，就是通过气隙联系的。比如电机定子之间也都是通过气隙来联系的。 电气是指电气工程的弱电部分，只要研究信息的处理、变换；电子又可分为两块：电子电路和电子系统。电子电器（电子原件：制作电路板和电子设计的电子零部件，如二极管、三极管、硅类、LED灯。电子器件：有单个和多个电路板组成的一个电子功能器件），电子系统：由电子设备组成的一个系统即——弱电工程系统 电气之于电器，该怎么理解呢？电气/电气工程(EE)，其外延涵盖了微电子，光子学，以及微机应用技术。但似乎又与我们谈论的电气有所偏差。但，可以肯定一点，大家所认同的是，电器是具体的物体形象，电气是不可触摸的分类概念！电气包含电器。“电气”者,外文翻译之词也，盖西方工业之初，动力机械均由蒸汽轮机驱动，后来则有了电，故“电气”者，开始泛指工业动力者也，然现在也无蒸汽轮机了，故干脆以电气泛指电了。 电气：根据字面的含义，感觉就是不可触摸的东西而有些却是能看到摸不着的，上面提到的以前的蒸汽机驱动，还有以前的蒸汽机火车。 从字面上的意思我认为电气在汽车上所包括的：汽车空调系统、汽车气囊、以及汽车上的一些辅助设备，空气净化器等一些设备原件。还包括一些用空气来来连接的一些开关。 电气：电气是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学。电气设备指的是使用强电的设备，电子设备指的是使用弱电的设备。 电器：凡是根据外界特定的信号和要求，自动或手动接通或断开电路，继续或连续地改变电路参数，实现对电路的切换、控制、保护、检测及调节的电气设备均称为电器。 电器的范围要狭隘一些，而电气更为宽泛，与电有关的一切相关事物都可用电气表述，而电器一般是指保证用电设备与电网接通或关断的开关器件。电器侧重于个体，是元件和设备，而电气则涉及到整个系统或者系统集成。电气是广义词，指一种行业，一种专业，不具体指某种产品。电气也指一种技术，比如电气自动化专业，包括工厂电气（如变压器，供电线路）、建筑电气等；电器是实物词，指有具体的物质，比如电视机，空调等。 低压电器的作用与分类 控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。
《新能源发电与控制技术》 一、填空题 1. 一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。 2. 二次能源是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。 3. 终端能源是指供给社会生产、非生产和生活中直接用于消费的各种能源。 4. 典型的光伏发电系统由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器和负载等组成。 5. 光伏发电系统按电力系统终端供电模式分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。 6. 风力发电系统是将风能转换为电能，由机械、电气和控制 3大系统组合构成。 7. 并网运行风力发电系统有恒速恒频方式和变速恒频方式两种运行方式。 8. 风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。 9. 风力同步发电机组并网方法有自动准同期并网和自同步并网。 10. 风力异步发电机组并网方法有直接并网、降压并网和晶闸管软并网。 11. 太阳的主要组成气体为氢和氦。 12. 太阳的结构从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气。 13. 太阳能的转换与应用包括了太能能的采集、转换、储存、运输与应用。 14. 光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。 15. 光伏发电系统主要由太阳电池组件，中央控制器、充放电控制器、逆变器和蓄电池、 蓄能元件及辅助发电设备 3大部分组成。 16. 太阳电池主要有单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、碲化镉太阳电池与 铜铟硒太阳电池 5种类型。 17. 生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。 18. 天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体。 19. 燃气轮机装置主要由燃烧室、压气机和轮机装置3部分组成。 二、简答题 1. 简述能源的分类？ 答：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水力、核能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能、核聚变能。还可以分为：一次能源、二次能源、终端能源，可再生能源、非可再生能源，新能源、常规能源，商品能源、非商品能源。 2. 什么是一次能源？ 所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源,它包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、风力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等. 3. 什么是二次能源？ 由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品,称为二次能源,例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等. 4. 简述新能源及主要特征。 答：新能源是指技术上可行，经济上合理，环境和社会可以接受，能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。新能源的关键是准对传统能源利用方式的先进性和替代性。广义化的新能源体系
《电气控制技术》教学大纲课程编号：32070080 使用专业：电气工程及其自动化 建筑电气与智能化计划学时：54 学时计划学分：3学分 一、本课程的性质和任务 《电气控制技术》是一门培养学生掌握一般工业领域中电气控制技能的专业基础课。在教学内容方面重点使学生理解和掌握工业现场中多种常见的电气控制系统的原理，典型结构及实现方法，培养学生分析、设计一般电气控制系统的能力，使学生了解典型设备对电气控制的要求及控制方法，能够分析、设计基本的控制系统。 主要任务是： 1.学习常用低压电器的基本原理与作用； 2.学习典型电气传动的继电-接触控制系统的基本原理、控制线路的分析及设计方法； 3.了解常用设备的电气控制系统组成及原理； 4.学习可编程序控制器的基本原理及指令系统； 5.学习可编程序控制系统的分析、设计方法。 二、本课程的基本要求 1、对能力培养的要求 (1)要求掌握的基础知识 各种低压电器的原理，功能及符号表示，电器控制系统原理图的识读方法，电器控制典型环节的组成特点及分析方法，常用电器的选择方法，可编程序控制器的基本原理及结构，用可编程序控制器实现电气控制的方法。 (2)要求掌握的基本理论和方法 电磁式低压电器的工作原理，异步电动机起动、调速、制动电气控制的原理，经验设计法继电接触控制线路的一般方法；OMRON PLC、三菱PLC及西门子S7-200的指令系统及编程方法，可编程序控制系统的一般设计方法。 (3)要求掌握的基本技能 设计异步电动机继电接触控制系统的能力，常见工业设备及建筑施设备电控原理的识图、分析能力，可编程序控制系统的设计及调试能力。 2、课程的重点和难点 本课程的重点为继电接触控制系统的基本组成规律，常用电器的选择及经验设计法，PLC的指令系统及编程设计方法。难点为继电接触控制系统和PLC为中心组成的控制系统的读图和设计。 3、先修课程及基本要求 先修课程为《单片机原理及应用》、《电子技术基础》、《电机与拖动基础》。应掌握单片机的组成及各部分工作原理，逻辑代数以及电动机的特性。 三．课程内容