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双馈风电机组系统控制仿真设计

双馈风电机组系统控制仿真设计
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国内风电机组的技术来源

国内风电机组的技术来源 链接:https://www.doczj.com/doc/8513875158.html,/tech/22894.html 国内风电机组的技术来源 根据对国内正在制造和生产的风电机组的调查分析,其主要技术来源大致可分为以下五类: 第一类:引进国外的设计图纸和技术,或者是与国外设计技术公司联合设计, 在国内进行制造和生产。象金风科技引进的1.2MW. 1.5MW直驱风电机组,现在已在国内大批量生产和供货。还有浙江华仪、广东明阳、国电联合动力的1.5MW双馈风电机组,重庆海装、上海电气的2MW双馈风电机组等都是采取这种方式引进的,现在这些公司的产品有的已经批量生产,有的样机已经下线。 第二类: 购买国外成熟的风电技术,在国内进行许可生产。象金风科技和浙江运达的754kW定桨距风电机组,华锐风电、东方汽轮机的1.5MW的双馈风电机组,都在国内成功大批量生产并实现产业化,这些机组是国内的主力机型。还有重庆海装的850kW,保定惠德、武汉国测、吴忠仪表的1MW,上海电气的1.25MW,北重的2MW等都是采取这种方式引进的,现在这些公司的产品已经批量生产。 第三类: 与国外公司合资,引进国外的成熟技术在国内进行生产。象航天安迅能、恩德风电的1500kW双馈风电机组,在国内已成功生产并实现产业化。还有湘电风能、瑞能北方的2000kW等公司都是采取这种方式引进的,现在这些公司的产品有的已经批量生产,有的样机已投入试运行。 第四类: 国外的风电机组制造公司在国内建立独资企业,将其成熟的设计制造技术,在国内进行生产。象歌美飒风电的850kW 、苏司兰的1250kW、通用电气的1500kW、维斯塔斯的2000kW机组都是采取这种方式进行生产的,目前已经投入大批量生产。 第五类: 采用国内大学和科技公司自行开发的设计制造技术,在国内进行生产的风电机组。例如:沈阳华创、江苏新誉、浙江运达、三一重工开发的1.5MW机组,上海万德的1.5MW机组都是采取这种方式进行生产的。目前,沈阳华创、江苏新誉、浙江运达开发的1.5MW双馈风电机组都已经投入批量生产,并在风电场进行运行。 原文地址:https://www.doczj.com/doc/8513875158.html,/tech/22894.html 页面 1 / 1

双馈式风力发电机剖析

双馈式风力发电机 【摘要】随着地球能源的日益紧缺,环境污染的日益加重,风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视,风力发电技术成为世界各国研究的重点。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。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位,从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。 关键词:风能风力发电变速恒频双馈式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。 风力发电:把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。 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,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。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。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。(现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)

我国大型风电机组技术发展情况

截至2013年底,国内约30家大型风电机组整机制造企业已向国内外风电市场提供了合格的大型风电机组整机产品。2013年在我国风电场建设中,国产风电机组的市场占有率达到94%,大幅超过外资企业。其中,在国内新增总装机占比中,金风科技的份额最大,占23.31%;联合动力第二,占9.25%;广东明阳第三,占7.99%。通过对我国大型风电机组发展情况的分析,归纳出我国大型风电机组技术主要呈现如下特点。 1 水平轴风电机组是主流 水平轴风电机组的应用已近100年。由于水平轴风电机组的风轮具有风能转换效率高、传动轴较短、控制和制动技术成熟、制造成本较低、并网技术可靠等优点,近年来大型并网水平轴风电机组得到快速发展,使大型双馈式和直驱永磁式等水平轴风电机组成为国内大型风电场建设所需的主流机型,并在国内风电场建设中占到100%的市场份额。 2 垂直轴风电机组有所发展 大型垂直轴风电机组因具有全风向对风、变速装置及发电机可置于风轮下方或地面等优点。近年来相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展,单机试验示范正在进行,在美国已有大型垂直轴风电机组在风电场运行,但在我国还无垂直轴风电机组产品在风电场成功应用的先例。 3 风电机组单机容量持续增大 近年来,国内风电市场中风电机组的单机容 我国大型风电机组技术发展情况 中国农业机械化科学研究院 ■ 沈德昌 量持续增大,2012年新安装机组的平均单机容量达1.65 MW , 2013年为1.73 MW 。2013年我国风电场安装的最大风电机组为6 MW 。 随着单机容量不断增大和利用效率的提高,国内主流机型已从2005年的750~850 kW 增加到2014年的1.5~2.5 MW 。 近年来,海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展。我国华锐风电的3 MW 海上风电机组已在海上风电场批量应用。3.6、4、5、5.5、6和6.5 MW 的海上风电机组已陆续下线或投入试运行。目前,华锐、金风、联合动力、湖南湘电、重庆海装、东方汽轮机、广东明阳和太原重工等公司都已研制出5~6.5 MW 的大容量海上风电机组产品。 4 变桨变速功率调节技术得到全面应用 由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全高效等优点,近年在大型风电机组上得到广泛应用。结合变桨距技术的应用及电力电子技术的发展,大多数风电机组制造厂商采用了变速恒频技术,并开发出变桨变速风电机组,在风能转换效率上有了进一步完善和提高。从2012年起,国内定桨距并网风电机组已停止生产,在全国安装的风电机组全部采用了变桨变速恒频技术。2 MW 以上的风电机组大多采用3个独立的电控调桨机构,通过3组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。 5 双馈异步发电技术仍占主导地位 外资企业如丹麦V estas 公司、西班牙Gamesa 收稿日期:2014-11-27 通信作者:沈德昌 ,男,研究员,中国农业机械化科学研究院。shendc06@https://www.doczj.com/doc/8513875158.html,

风电机组状态监测与故障诊断相关技术研究

新能源与风力发电? EMCA2014,41(2 =============================================================================================== )风电机组状态监测与故障诊断相关技术研究 张文秀1, 武新芳2 (1.南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京 210094; 2.上海电力学院能源与机械工程学院,上海 200090) 摘 要:对风电机组进行状态监测和故障诊断,可有效降低机组的运行维护成本,保证机组的安全稳定运行三首先概述了状态监测与故障诊断研究的研究情况,然后介绍了风电机组的状态监测技术和状态监控系统的应用开发情况,接着针对机组中的主要故障组件及整个风电系统,介绍了国内外状态监测和故障诊断方法的研究现状与研究进展,最后探讨了风力发电系统状态监测的发展趋势以及未来的研究方向三关键词:风电机组;状态监测;故障诊断;研究现状;发展趋势 中图分类号:TM307+.1∶TM614 文献标志码:A 文章编号:1673?6540(2014)02?0050?07 Research on Condition Monitoring and Fault Diagnosis Technology of Wind Turbines ZHANG Wenxiu1, WU Xinfang2 (1.School of Energy and Power Engineering,Nanjing University of Science&Technology, Nanjing210094,China;2.School of Energy and Mechanical Engineering,ShangHai University of Electric Power,Shanghai200090,China) Abstract:The technologies of condition monitoring and fault diagnosis can effectively reduce the cost of operation and maintenance,as well as ensure the security and stability of wind turbine.The research of condition monitoring and fault diagnosis were overviewed,then the status of the wind tubine monitoring technology and application development conditions of monitoring system were introduced,and aiming at the main failure parts for wind turbine and the wind power system,the research status and progress of condition monitoring and fault diggnosis methods in domestic and abroad were introduced.Finally the development trend of wind power generation system status montoring and research direction in the future were discussed. Key words:wind turbines;condition monitoring;fault diagnosis;research status;development trend 0 引 言 近年来,风能作为一种绿色能源在世界能源结构中发挥着愈来愈重要的作用,风电装备也因此得到迅猛发展三根据世界风能协会(WWEA)的报告,截止2009年底,全球风力发电机组发电量占全球电力消耗量的2%,根据目前的增长趋势,预计到2020年底,全球装机容量至少为1.9×106MW,是2009年的10倍[1]三在 九五”期间,我国风力发电场的建设快速发展,过去十年中,我国的风力发电装机容量以年均55%的速度高速增长,2010年已达1000万kW三 随着大规模风电场的投入运行,出现了很多运行故障,因而需要高额的运行维护成本,大大影响了风电场的经济效益三风电场一般处于偏远地区,工作环境复杂恶劣,风力发电机组发生故障的几率比较大,如果机组的关键零部件发生故障,将会使设备损坏,甚至导致机组停机,造成巨大的经济损失[2]三对于工作寿命为20年的机组,运行维护成本一般占到整个风电场总投入的10%~ 15%,而对于海上风电场,整个比例高达20%~ 25%[3]三因此,为了降低风电机组运行的风险,维护机组安全经济运行,都应该发展风电机组状态监测和故障诊断技术三 状态监测和故障诊断可以有效监测出传动系统二发电机系统等的内部故障,优化维修策略二减 05

风电在线监测系统介绍

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

双馈型风电机组整机控制系统的制作流程

一种双馈型风电机组整机控制系统,其特征在于:包括机舱控制子系统17和塔基子系统18组成,两个子系统之间主要利用以太网交换机14和15通过以太网(光纤介质)进行信息交换,并与SCADA远程监控系统19之间通过Internet(光纤介质)进行信息交换。在机舱控制子系统17和塔基子系统18中均设有界面一致的操作控制屏,操作控制屏通过RS232接口与控制器进行信息交换,以方便各系统的功能调试和整机在现场的运行维护。 权利要求书 1.一种双馈型风电机组整机控制系统,其特征在于:包括机舱控制子系统和塔基子系统组成,两个子系统之间主要利用以太网交换机通过以太网进行信息交换,并与远程监控系统之间通过Internet进行信息交换;在机舱控制子系统和塔基子系统中均设有界面一致的操作控制屏,操作控制屏通过RS232接口与控制器进行信息交换。 2.如权利要求1所述的双馈型风电机组整机控制系统,其特征在于:所述的机舱控制子系统

内有机舱控制器;机舱控制器通过以太网分别与塔基控制子系统和远程监控系统进行数据交换;另外,机舱控制器还分别通过RS485或RS232接口与风速仪和操作控制屏通信,并通过直接的I/O通道与现场传感器和控制设备接口;在机舱控制器旁还通过CS31总线与扩展I/O模块通信;机舱控制器通过Ethernet与太网交换机通信连接。 3.如权利要求2所述的双馈型风电机组整机控制系统,其特征在于:所述的塔基控制子系统实现塔基状态信号的采集与监视,并通过以太网与机舱控制子系统进行数据交换;塔基控制子系统通过以太网交换机与机舱控制子系统和SCADA远程监控系统相连;通过RS232接口与操作控制屏通信;在塔基控制子系统内分别设有塔基控制器和路由器防火墙,塔基控制器和路由器防火墙均通过Ethernet与以太网交换机通信连接;塔基控制器通过RS232接口与显示器进行信息交换,并通过直接的I/O单元场传感器和控制设备接口;路由器防火墙通过Modem与Internet进行信息交换。 4.如权利要求1所述的双馈型风电机组整机控制系统,其特征在于:所述的远程监控系统包括一个城市办公室和一个风电场控制室,城市办公室通过Internet与塔基控制子系统的Modem 通信,进行信息交换;风电场控制室也是通过Internet与塔基控制子系统的Modem通信,进行信息交换。 5.如权利要求1所述的双馈型风电机组整机控制系统,其特征在于:在以太网交换机设有接口,可以直接与手提电脑进行通信。 说明书 一种双馈型风电机组整机控制系统 技术领域 本技术新型涉及一种风力发电机的整机控制,尤其是指一种基于AC500控制器的兆瓦级双馈型风电机组整机控制系统,主要用来对兆瓦级双馈型风力发电机组进行整机控制。

双馈风机基础知识学习

Introduction “变浆距风力机+双馈发电机”作为新型风力发电机组,是目前研究的热点,国内对双馈发电机的研究主要集中在单机建模、空载并网、柔性并网、并网后有功功率和无功功率的解耦控制、低电压穿越运行。风电场协调控制等方面。 双馈异步发电机其结构与绕线式异步电机类似,定子绕组接电网(或通过变压器接电网),交流励磁电源给转子绕组提供频率、相位、幅值都可调节的励磁电流,从而实现恒频输出。交流励磁电源只需供给转差功率,大大减少了容量的需求。由于发电机的定、转子均接交流电(双向馈电),双馈发电机由此得名,其本质上是具有同步发电机特性的交流励磁异步发电机,双馈风力发电系统中转子侧交直交变流单元功率仅需要25%一40%的风力机额定功率,大大降低了功率变流单元的造价;双馈异步风力发电机体积小,运输安装方便,发电机成本较低。但双馈发电机由于使用定转子两套绕组,增加了发电机的维护工作量,还降低了发电机的运行可靠性。转子绕组承受较高的dv /dt ,转子绝缘要求较高。对于有刷电机,当电网电压突然降低时,电流迅速升高,扭矩迅速增大,需经常更换发电机碳刷、滑环等易损耗部件。 1 变速恒频风力发电机组系统结构 1.1 风轮 风轮是吸收风能并将其转化成机械能的部件。风以一定速度和攻角作用在桨叶上,使桨叶产生旋转力矩而转动,将风能转变成机械能。自然界的风速不是恒定的,风力机获得的机械能是随风速的变化而不断变化。 由风力机的空气动力学特性可知,风力机输出机械功率的为P wt ,产生的气动转矩为T wt [1]。 231(,)2 wt p p C R v λβρπ= 230.5()wt wt T l p T v R C πρλ==Ω 其中,ρ为空气密度(kg/m 3),一般为1.25 kg/m 3;R 为风力机叶片的半径(m );v 为风速(m/s );l Ω为叶片旋转速度;C p 为风力机的功率系数,也称风能利用系数,是评价风力机效率的重要参数,C T 为风力机的转矩系数,由贝兹理论可知,一般C p =1/3 2/5,其理论极限值为0.593。它与风速、叶片转速、叶片直径、浆叶节距角均有关系,是叶尖速比λ和浆距角β的函数。 p T C C λ=

双馈风力发电机组

双馈风力发电机组 一前言 风力发电作为清洁、丰富、可再生能源,日益受到全世界广泛重视,特别是在近年得到了迅猛发展。当风流过风力机叶片,带动风力机转动时,风能转化为机械能,风力机又拖动发电机转子旋转,发电机向电网供电,机械能转化为电能。采用双馈绕线型异步发电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著优势:风能利用系数高,不但能吸收由风速突变所产生的能量波动且避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力,还可以自由调整有功和无功功率,改善系统的功率因数,可实现对频率和电压的方便调节等。目前,双馈风力发电技术是应用最为广泛的风力发电技术之一。 二双馈绕线型异步风力发电系统的组成 变速恒频VSCF(Variable Speed Constant Frequency)双馈绕线型异步风力发电系统主要由风力机、增速齿轮箱、双馈绕线型异步发电机 DFIG(Doubly-fed Induction Generator)、双向变频器和控制单元等组成。双馈发电机定子绕组接工频电网,转子绕组接“交—交”、“交—直—交”或“矩阵式”双向变频器,该变频器可实现对转子绕组的频率、相位、幅值和相序等调节控制。控制系统采用正弦波脉宽调制技术SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)和绝缘栅双极晶体管控制技术IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),可四象限运行,变速运行围一般在同步转速的±35 %左右。

费用低; (2)省去了增速用齿轮箱或仅需一级低速齿轮箱; (3)永磁同步发电机无需集电环和刷架系统,维护更加方便。

风电机组状态检修的研究

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

双馈异步风力发电机(讲)

1.引言: 风力发电机组主要包括变频器,控制器,齿轮箱(视机型而定),发电机,主轴承,叶片等等部件,在这些部件中发电机目前国产化程度最高,它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包 括2种机型:永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时,不需要庞大的齿轮箱,但是机组体积和重量都很大,1.5MW 的永磁直驱发电机机舱会达到5米,整个重量达80吨。同时,永磁直驱发电机的单价较贵,技术复杂,制造困难,但是这种机型的优点是少了个齿轮箱,也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱,再带动异步发电机运行,因为叶片速度很低,齿轮箱可以变速100倍,以让风机在1500RPMF运行,目前流行的是双馈异步发电机,主要有1.25MV Y 1.5MV y 2MW三种机型,异步发电机的机组单价低,1KW大概需6000元左右,而且技术成熟,国产化高。 2.双馈异步发电机的原理: 所谓双馈,可以理解为定子、转子同时可以发出电能, 发电机原理理论上说只要有动力带动电动机,在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩(即风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱

变速,带动电机高速旋转,同时转子接变频器,通过变频器PW M控制以达到定子侧输出相对完美正弦波,同时在额定转速下,转子侧也能同时发出电流,以达到最大利用风能效果。通俗的讲,就是要变频器控制转子电流,反馈到定子上面,保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能,同时在额定转速下,转子也能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW 发电机的定子发电量大概1200KV,转子大约300KV,转子侧发出的功率要在30%以下,总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3.双馈异步发电机的设计难点: 结构设计难点:因机舱封闭体积,风机运行环境非常恶劣,需要气温-30?55度之间正常运行,希望电机尺寸尽量小,风机对发电机重量有严格要求,部分厂家对转子转动惯量也有要求。发电机需要高速运行,但振速要小,通常要小于 2.8mm/s。此外对于水冷的电机入水温度较高,需要考虑维修和维护问题!比如轴承自动加油等!还有就是,整个发电机是倾斜运行的,大概4?5度的倾斜角度,这个在结构设计时候需要考虑??大家看到发电机的轴承就知道了。 电气设计难点:风机需要效率97%以上,由于转子绕组接变频 器,接变频器就会引发谐波电流,会引起铜耗,铁耗等!此外 定子转子承受很大冲击电压,提高绕组温升问题是优先考虑, 转子电流非常大,上千安培,滑环设计也是难点!电机会有轴 电流,需要考虑绝缘问题!同时高空运行需要防雷处理!转子 绕组线规非常大,成型困难!尽量控制转子输出功率尽量小于 30%,以缩小变频器的功率。

风电机组的技术发展趋势

风电机组的技术发展趋势 1、单机容量持续增大,单位成本迅速下降。 风电机组的技术发展趋势 2、风机类型越来越多,控制技术越来越先进。 1.1风电场及变电站主要设备 由风轮、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。 (1) 风轮:由叶片和轮毂组成,是风力发电机组获取风能的关键部件。 (2) 传动系统:由主轴、齿轮箱和联轴节组成(直驱式除外)。 (3) 偏航系统:由风向标传感器、偏航电动机或液压马达、偏航轴承和齿轮等组成。 (4) 液压系统:由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路和液压阀等组成。 (5) 制动系统:分为空气动力制动和机械制动两部分。 (6) 发电机:分为异步发电机、同步发电机、双馈异步发电机和低速永磁发电机。 (7) 控制与安全系统: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。 (8) 机舱:由底盘和机舱罩组成。 (9) 塔架和基础:塔架有筒形和桁架两种结构形式,基础为钢筋混凝土结构。 变压器:利用电磁感应原理制成的一种静止的电气设备,将某种电压等级的交流电能转成频率相同的另一种或几种电压等级的交流电能。 (1)断路器: 作用:控制和保护,断路器除长期承受分断、关合负荷电流外,还可分断或关合短路电流;并具有一定的动、热稳定性。 分类:按其灭弧介质,可分油断路器、空气断路器、六氟化硫(SF6)断路器、真空断路器等。 (2)负荷开关: 作用:控制电路,用来承受和分断、关合负荷电流,具有一定的动、热稳定性,但不能分断短路电流,在一定条件下,可以关合短路电流。 分类:按其灭弧介质,可分产气式负荷开关、压气式负荷开关、六氟化硫(SF6)负荷开关和真空负荷开关。负荷开关与熔断器组合使用,还可使其具有过电流 保护功能。 (3)熔断器: 作用:电路的过电流保护。 分类:分为户外式和户内式两种,户 外式为跌落式熔断器,户内式 为限流型熔断器。 (4)隔离开关: 作用:隔离电源的安全作用。隔离开关具有一定的动、热稳定性,但不可带负荷电流开断电路。隔离开关一般均配合断路器使用,隔离开关也可作接地开关用。 箱式变电所是一种将高压开关设备、变压器、低压配电设备、功率因数补偿装置及电度计量装置等变电站设备组合成一体的快装型成套配电设备。 1、结构紧凑,占地少; 1、箱式变安装周期短,可比老式 2、安装方便,建造快速;土建配电室缩短一倍的时间; 3、投资省,效益高; 2、占地面积小,如一台老式变压 4、组合方式灵活;器的配电室占地在100m2以上,而 5、通用性互换性强;箱式变则仅需约30m2;

双馈异步风力发电机(西莫讲堂)

主讲人:aser 关键词:双馈异步风力发电机 协助讨论: Edwin_Sun lidb856 pat baizengchen g zslzsl xfq7111 wayne 会议摘要: 1. 引言: 风力发电机组主要包括变频器,控制器,齿轮箱(视机型而定),发电机,主轴承,叶片等等部件,在这些部件中发电机目前国产化程度最高,它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括2种机型:永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时,不需要庞大的齿轮箱,但是机组体积和重量都很大,1.5MW的永磁直驱发电机机舱

会达到5米,整个重量达80吨。同时,永磁直驱发电机的单价较贵,技术复杂,制造困难,但是这种机型的优点是少了个齿轮箱,也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱,再带动异步发电机运行,因为叶片速度很低,齿轮箱可以变速100倍,以让风机在1500RPM下运行,目前流行的是双馈异步发电机,主要有1.25MW,1.5MW,2MW三种机型,异步发电机的机组单价低,1KW大概需6000元左右,而且技 术成熟,国产化高。 2.双馈异步发电机的原理: 所谓双馈,可以理解为定子、转子同时可以发出电能,发电机原理理论上说只要有动力带动电动机,在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩(即风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速

到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速,带动电机高速旋转,同时转子接变频器,通过变频器PWM控制以达到定子侧输出相对完美正弦波,同时在额定转速下,转子侧也能同时发出电流,以达到最大利用风能效果。通俗的讲,就是要变频器控制转子电流,反馈到定子上面,保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能,同时在额定转速下,转子也 能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW,转子大约300KW,转子侧发出的功率要在30%以下,总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3. 双馈异步发电机的设计难点: 结构设计难点:因机舱封闭体积,

风电机组控制安全系统安全运行的技术要求(正式)

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。

风电机组检测与控制课程设计报告

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。

第七章 双馈风力发电机工作原理

第七章双馈风力发电机工作原理 我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机,由于其定、转子都能向电网馈电,故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴,但是由于其具有独立的励磁绕组,可以象同步电机一样施加励磁,调节功率因数,所以又称为交流励磁电机,也有称为异步化同步电机。 同步电机由于是直流励磁,其可调量只有一个电流的幅值,所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个:一是可调节的励磁电流幅值;二是可改变励磁频率;三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。 通过改变励磁频率,可改变发电机的转速,达到调速的目的。这样,在负荷突变时,可通过快速控制励磁频率来改变电机转速,充分利用转子的动能,释放或吸收负荷,对电网扰动远比常规电机小。 改变转子励磁的相位时,由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移,这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移,也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功功率,还可以调节有功功率。 交流励磁电机之所以有这么多优点,是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是,实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的,本章的主要内容讲述一种基于定子磁链定向的矢量控制策略,该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制,当前的主流双馈风力发电机组均是采用此种控制策

略。 一、 双馈电机的基本工作原理 设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组,电机的极对数为p ,根据旋转磁场理论,当定子对称三相绕组施以对称三相电压,有对称三相电流流过时,会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场,这个旋转磁场的转速1n 称为同步转速,它与电网频率 1f 及电机的极对数p 的关系如下: p f n 1 160= (3-1) 同样在转子三相对称绕组上通入频率为2f 的三相对称电流,所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为: p f n 2 260= (3-2) 由式3-2可知,改变频率2f ,即可改变2n ,而且若改变通入转子三相电流的相序,还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此,若设1n 为对应于电网频率为50Hz 时双馈发电机的同步转速,而n 为电机转子本身的旋转速度,则只要维持 常数==±12n n n ,见式3-3,则双馈电机定子绕组的感应电势,如同在同步发电机 时一样,其频率将始终维持为1f 不变。 常数==±12n n n (3-3) 双馈电机的转差率1 1n n n S -=,则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为: S f pn f 12 260 == (3-4)

风电机组控制系统

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

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