变浆距双馈型风力发电机组的结构和原理-訾恒编著

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。

变速恒频双馈风力发电机基本原理双馈电机的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转子均安放对称三相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对称三相电源激励。

双馈式风力发电机结构原理及功率分析1 双馈式风力发电机的结构双馈发电机（Doubly—Fed Induction Generator，简称DFIG）最初的设想来自于一位英国学者，是在自级联异步电机的基础上发展出来的。

其在结构上与绕线异步电机较为类似，由于其转子和定子两部分都能馈入或馈出能量，因此得名“双馈”，同时，由于双馈式发电机是通过转子来产生交流磁场，所以，双馈式发电机也被形象的称为交流励磁发电机。

双馈式发电机的结构一般是由转子、定子和气隙三个组成的。

在双馈式电机定子的铁心上，均匀的分布着同形状的凹槽，它的主要作用就是用来嵌入定子绕组，使得通过定子的三相电流能够产生旋转磁场，同样，在转子中也有嵌入用绝缘导线组成的三相绕组，如图1，从示意图中可以清楚的看到，转子上引出的三相线先连接到位于转轴上的集电环上，然后再由电刷引出。

一般情况下，定子是直接接到工频电网上，而转子则通过变换器连接到电网上，以用于转子进行交流励磁用。

2 双馈式风力发电机的原理双馈式电机交流励磁变速恒频发电系统图2所示即为双馈式发电机交流励磁变速恒频发电系统的基本组成示意图。

图的最左端为风机的桨叶，当桨叶通过风力的推动转动时，连杆经过齿轮箱的变速后带动发电机转动。

当风速发生变化时，势必带动发电机的转速发生变化，此时，可以通过变频器有针对的控制输入到转子侧的励磁电流的频率，来改变转子磁场的旋转速度，这样，就能使定子侧感应出同步转速，将变速恒频发电变为现实。

n+(-)60f1/p=60f2/p要保持电网的频率不发生变化，我们可以通过控制转子的电流频率，即f1来确保f2恒定不变，达到变速恒频的目的。

当发电机的转速小于同步转速，即ωr<ω1时，整个发电机处于亚同步状态，在此状态下，通过励磁变频器，电网向发电机的转子提供交流励磁，补偿其转差功率，由定子向电网馈出电能；当发电机的转速大于同步转速，即ωr>ω1时，该发电机处于超同步状态之下，在此状态下，同样通过励磁变换器，转子回路向电网馈出电能，励磁变换器的能量方向与亚同步状态下相反，同时，定子回路也向电网馈出电能；当发电机的转速与同步转速相等，即ωr=ω1时，此时可以看作普通的同步电机，式2—1中fr=0，变流器向转子提供直流励磁。

双馈风力发电机工作原理双馈风力发电机由三个主要部分组成：风轮，机械传动系统和电气系统。

风轮是由叶片和轮毂组成的，它负责将风能转化为旋转能量。

机械传动系统则负责将旋转能量转移到发电机上。

而电气系统则将机械能转化为电能，并送入电网中。

首先，风轮在风速的推动下开始旋转。

当风速足够高时，风轮旋转的速度也相应增加。

旋转的风轮通过主轴将旋转能量传输给发电机的转子。

与传统的固定速度（常规）发电机不同的是，双馈风力发电机是一种变速发电机。

它的转子上设有两组绕组：定子绕组和转子绕组。

定子绕组固定在发电机的圆柱形部分上，而转子绕组则固定在转子上。

定子绕组与电网直接相连，通过电网供电并产生旋转磁场。

转子绕组上也有一个与电网连接并可以提供电能的回路。

这个循环是通过一个双级功率变换器实现的，这也是双馈风力发电机名称的由来。

双级功率变换器是由一个转子侧变频器和一个定子侧变频器组成的。

当风轮旋转的速度发生变化时，定子绕组上的旋转磁场也会发生变化。

这个变化的旋转磁场会产生感应电动势，使转子绕组上的电流发生变化。

这个变化的电流经由双级功率变换器输入到定子绕组上。

由于双级功率变换器的存在，电流可以根据需求进行加减，从而实现功率的控制。

通过双级功率变换器，转子绕组上的电流可以与定子绕组上的电压相互配合，从而实现最佳的功率传输。

定子侧的变频器控制着定子绕组上的电流和频率，保持电网的稳定性和功率质量。

而转子侧的变频器则控制着转子绕组上的电流和频率，提高了发电机的效率和可靠性。

总的来说，双馈风力发电机通过风轮将风能转化为旋转能量，然后将旋转能量通过机械传动系统传输给发电机的转子。

转子上的双级功率变换器帮助将机械能转化为电能，并将其送入电网中。

通过双级功率变换器的灵活控制，双馈风力发电机能够提高整个系统的效率和稳定性，从而更好地利用风能资源。

第三章双馈型变速恒频风力发电系统运行控制机组主结构及控制系统运行区域及控制目标总体控制方案励磁变换器结构及原理DFIG控制（机侧变换器控制）网侧变换器控制变桨机构及其控制偏航机构及其控制其他机构及控制、保护一. 机组主结构及控制系统机组主结构：主要的机电设备控制系统：微机控制软、硬件（一）机组主结构风轮系统传动链系统发电机系统偏航/解缆系统刹车系统辅助系统机组主结构示意图1. 风轮系统桨叶轮毂变距（桨距）机构2. 传动链系统低速轴齿轮箱多级变速，变比较大（接近100）采用行星齿轮和正（斜）齿轮实现多级变速润滑油冷却或加温机构高速轴联轴器通用标准型膜片联轴器连接齿轮箱和发电机补偿轴向、径向和角度偏差易于装拆维护实现电绝缘力矩限定传动链系统布局3. 发电机系统DFIG发电机本体冷却系统保护系统励磁变流器四象限运行能力、输入、输出特性优良设计容量为机组容量30％IGBT器件，PWM调制技术动作频率为数kHz-十几kHz并网机构4.偏航/解缆系统偏航机构风向标偏航伺服电机（或液压马达）减速装置偏航液压制动器偏航行星齿轮对风/解缆操作根据风向标控制对风计算机控制的自动解缆纽缆开关控制的安全链动作报警及人工解缆偏航的作用对风，获取最大发电量减少斜风给机组带来的不平衡载荷5.刹车系统机械抱闸刹车液压驱动和电气驱动通过制定卡钳和连轴器上制动盘配对实现，一般在气动刹车后转速降低后采用安装位置：高速轴，低速轴气动刹车变桨控制变桨控制系统控制桨距角为90度偏航控制电磁刹车通过控制发电机电磁阻转矩实现6.辅助系统塔架机舱罩机舱底盘变压器防雷系统及电气保护装置冷却系统发热部件液压系统齿轮箱发电机变频器冷却方式：空气冷却，液体冷却，混合冷却其他部分（二）控制系统1. 概述与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。

它不仅要监视电网风况和机组运行参数，而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。

双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。

它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。

下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。

2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。

转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。

3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。

4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。

5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。

6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。

外部绕组与电网相连。

7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。

通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。

同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。

风力发电机组是由风轮、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。

该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。

风力发电机组结构示意图如下。

1、叶片2、变浆轴承3、主轴4、机舱吊5、齿轮箱6、高速轴制动器7、发电机8、轴流风机 9、机座 10、滑环 11、偏航轴承 12、偏航驱动 13、轮毂系统各主要组成部分功能简述如下（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。

叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。

由叶片、轮毂、变桨系统组成。

每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。

叶片配备雷电保护系统。

风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。

（2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。

（3）齿轮箱齿轮箱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。

（4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。

明阳se 机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。

转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。

（5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。

同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。

（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。

轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。

（7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。

通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。

se型风电机组主要技术参数如下：（1）机组：机组额定功率：1500kw机组起动风速：3m/s机组停机风速： 25m/s机组额定风速： m/s（2）叶轮：叶轮直径：叶轮扫掠面积：5316m2叶轮速度：叶轮倾角： 5o叶片长度：叶片材质：玻璃纤维增强树脂（3）齿轮箱：齿轮箱额定功率：1663kw齿轮箱转速比：（4）发电机：发电机额定功率：1550kw发电机额定电压：690v发电机额定电流：1120A发电机额定频率：50Hz发电机转速：1750rpm发电机冷却方式：空-空冷却发电机绝缘等级：H级主刹车系统：变浆制动二级刹车系统：圆盘制动器（5）塔架：塔架型式：直立三段锥形塔架塔架高度：61830mm塔架底部直径：4200mm塔架重量：107t（6）偏航系统型式：主动对风齿轮圆盘星形驱动（7）控制器型式：PLC TwinCAT。

摘要以计算机入手，采用先进的S7-300型PLC为心核控制器硬件设计，利用MCGS 组态软件进行控制器设计，通过完善的软件与硬件相结合，设计了一种变速恒频双馈风力发电机组变桨控制系统。

在风力发电系统中，变桨距控制技术关系到风力发电机组的安全可靠运行，影响风力机的使用寿命，通过控制桨距角使输出功率平稳、减小转矩振荡、减小机舱振荡，不但优化了输出功率，而且有效的降低的噪音，稳定发电机的输出功率，改善桨叶和整机的受力状况。

变桨距风力发电机比定桨距风力发电机具有更好的风能捕捉特性，现代的大型风力发电机大多采用变桨距控制。

本文针对国外某知名风电公司液压变桨距风力机，采用可编程控制器(PLC)作为风力发电机的变桨距控制器。

这种变桨控制器具有控制方式灵活，编程简单，抗干扰能力强等特点。

关键词：变速恒频，变桨控制，PLC，风力发电ABSTRACTTo start the computer, using advanced PLC S7-300 type nuclear controller hardware design for the heart, using the configuration software MCGS controller design, by improving the software and hardware to design a variable speed constant frequency wind power unit pitch control system. In the wind power system, variable pitch control technology related to wind turbines safe and reliable operation, affected the life of wind turbine by controlling the pitch angle so that the output power stable, reducing the torque oscillation, reduce cabin vibration, not only optimize the output power, and effectively reduce the noise, stable output power generators to improve the blade and the stress state of the whole machine. Pitch than the fixed pitch wind turbine wind turbines to capture wind energy with better features, most modern large-scale wind turbines with pitch control. In this paper, a well-known foreign companies wind power hydraulic variable pitch wind turbine, using programmable logic controller (PLC) as a wind turbine pitch controller. This pitch control mode controller with a flexible, programming is simple, and strong anti-interference characteristics.Key words:VSCF，Pitch control，PLC，Wind power目录1绪论 (1)1.1文献综述 (1)1.2风力发电机的历史与现状 (3)1.3选题背景及其意义 (5)2变桨控制系统工作原理 (7)2.1变桨控制 (7)2.2角距控制系统 (9)2.3变浆控制功能模块设计 (9)3 FC-2A风速传感器的介绍 (12)3.1 FC-2A风速传感器 (12)3.2 FC-2A风速传感器结构 (13)3.3现场安装调试及使用 (13)4 PLC控制系统的介绍 (15)4.1 PLC的概述 (15)4.2西门子S7-300的选择原因及主要模块介绍 (18)4.3模拟值的表示 (21)4.4 PLCS7-300的模块选择及其介绍 (22)5系统设计 (24)5.1 I/O对照表 (24)5.2系统流程图 (24)5.3硬件接线图 (24)5.4序实现说明 (24)5.5 PLC程序 (25)6.结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1绪论基于PLC的变速恒频双馈风力发电机组变桨控制系统研究与实现，变速恒频双馈风力发电机组变桨控制系统是风力发电机组电控系统的重要组成部分，变桨控制可以使得风力发电机组在较大的风速范围内获得较高的风能利用系数。

双馈发电机工作原理双馈发电机（Doubly Fed Induction Generator，简称DFIG）是一种常见的风力发电机的类型，其工作原理基于异步电机的原理。

DFIG是由一个转子和一个固定转子组成的，其中转子通常由铜或铝制成。

DFIG的工作原理如下：1.转子：DFIG的主要部分是转子，它是由绕组组成的。

绕组中的导线将电能传递给转子，以形成旋转磁场。

旋转磁场通过与固定转子的磁场交互，产生电动势。

转子上的绕组通常是属于定子的，即与固定转子的绕组相连。

转子的绕组也被称为发电机侧的绕组。

2.固定转子：固定转子是固定在发电机的外部的，由静子绕组组成。

静子绕组通常是三相绕组，其绕组与电网相连，接收来自电网的电能。

静子绕组的电能由定子中的定子绕组接收，它们通过拖曳转子旋转磁场生成的电动势传输。

定子绕组也被称为电网侧的绕组。

3.转子绕组：转子绕组是双馈发电机的关键组成部分之一、它有两个绕组：一个是通过滑环连接到固定转子的绕组，另一个是通过短路圈连接到直流环。

这两个绕组可以使发电机在双馈模式和全功率模式之间切换。

当DFIG处于双馈模式时，转子的旋转磁场通过滑环绕组传递电动势到定子绕组，然后通过定子绕组传输到电网。

这种方式下，电网接收到的电能比转子绕组输入的电能要大。

当DFIG处于全功率模式时，转子的旋转磁场通过短路圈绕组传递电动势到直流环绕组，然后通过直流环绕组传输到定子绕组。

这种方式下，输出到电网的电能比输入到转子绕组的电能要大。

DFIG的双馈模式和全功率模式的切换是由电力电子装置控制的，这个装置通常被称为转子侧变流器。

总的来说，DFIG的工作原理是通过转子和固定转子间的相互作用，将输入的电能转换成输出的电能。

DFIG的旋转磁场产生电动势，在双馈模式和全功率模式下，电动势通过不同的绕组传输到电网。

这使得DFIG 在不同工作条件下都能有效地工作。

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 1160= （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 2260= （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。

双馈风力发电机原理双馈风力发电机(DFIG)是一种常用于风力发电系统的发电机类型。

它采用双馈结构，具有高效、可靠和灵活的特点。

本文将介绍双馈风力发电机的原理和工作方式。

一、双馈风力发电机的结构组成双馈风力发电机主要由转子、定子和功率电子装置组成。

转子由主转子和辅助转子构成，主转子装有定子绕组，辅助转子则利用功率电子装置与电网相连。

二、双馈风力发电机的工作原理双馈风力发电机采用变频技术，可以自动调节发电机的转速和电网之间的电流和电压。

当风能转换为机械能并带动风力发电机转动时，风力发电机通过转子将机械能转换为电能。

双馈风力发电机的主要原理是利用定子绕组在电磁铁芯上产生磁场，通过主转子的转动，使得辅助转子携带的电流与主转子相互作用，从而产生电磁转矩。

这一转矩通过主轴传递给风力发电机的转子，进而带动风力发电机旋转。

这种旋转的力矩可以带动发电机的发电部分，将机械能转化为电能并输出到电网上。

三、双馈风力发电机的优点1. 高效：双馈风力发电机通过使用变频技术，能够根据风力的变化自动调节风力发电机的转速，保持最佳的效率。

2. 可靠：双馈风力发电机采用双馈结构，辅助转子通过功率电子装置与电网相连，能够在故障情况下保持风力发电机的正常运行。

3. 灵活：双馈风力发电机能够实现无级变速，适应不同风力条件下的工作要求。

四、双馈风力发电机的应用双馈风力发电机广泛应用于风力发电场。

风力发电场中的风力发电机通常需要适应风速和风向的变化，而双馈风力发电机正是这样的一种装置。

它不仅能够适应不同风力条件下的工作要求，还能够通过变频技术将电能高效地输送到电网上。

五、总结双馈风力发电机是一种高效、可靠和灵活的风力发电机。

它的工作原理基于双馈结构和变频技术，通过将风能转换为机械能，并最终转化为电能输出到电网上。

双馈风力发电机在风力发电场中有着广泛的应用前景，将成为风力发电系统的重要组成部分。

虽然本文没有严格按照合同或作文的格式写，但在核心内容的传递和组织结构方面仍满足题目要求。

浅谈风力发电机组变桨系统的结构及原理摘要：本文主要对风力发电机组变桨系统的结构与原理进行分析，分析了变桨距控制的基本规律，变桨系统的保护原理及结构等，从而对变桨系统有一个深入了解。

关键词：变桨系统；风力发电机组；桨叶风力发电机组变桨系统是风机的重要组成部分，主要是根据风速的大小及时改变桨距角，对风能进行最大化的利用，同时改变桨距角对风机进行刹车，是风机的重要一部分。

变桨系统根据风机启停机、维护、急停、变桨等要求，按照风机主控PLC通过PROFIBUS DP通讯发送调节桨距角的指令，使三个叶片同时调节相同的角度与速度，向主控PLC传送相关的运行参数和状态信息，从而保证风机安全稳定的运行。

基本功能：通过改变风机的桨叶角度应对随时变化的风速，来达到调节功率的目的，保障风力发电机机组正常稳定发电。

工作原理：变桨系统接收风机主控PLC的指令，改变风机的叶片角度来实现: 当风机在额定风速时，桨叶始终保持在开桨状态附近，最大程度的利用风能，从而达到风机最优的输出功率；当风速超过安全风速时或触动安全链报故障的情况下，旋转桨叶至90°位置，实现急停顺桨，保证风机的安全。

在急停顺桨状态下，变桨系统是在风机的控制系统外独立运行的，这样可以避免因风机主控系统发生故障或者死机而不能紧急顺桨。

变桨系统由变桨柜柜体、充电器、变桨电机驱动器、超级电容、 DC-DC 24V 电源系统、变桨电机、电源分配器模块等组成。

1、变桨柜柜体变桨系统中所有控制元器件都被安装在变桨柜柜体之内。

柜体对外部的风、雨水、沙尘、腐蚀性气体有防护作用，使柜内的元器件免受外部环境的损害。

2、变桨电机驱动器变桨电机驱动器是接收风机主控的控制信号，根据风速大小控制电机的转动方向和速度进行调节。

3、充电器充电器的作用是将400V交流电源转换成85V直流电源，为变桨电机驱动器及超级电容器提供能量, 在充电器内外部各设置一个单联拨码开关用于控制端子的短接与断开，实现远程控制充电器启停。

风力发电机工作原理及原理图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距(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.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机. 最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。

变桨距调节的工作原理风力发电机组的叶片一般由几片叶片组成，叶片的角度决定了它们接收到的风力大小。

在风力发电机组运行过程中，风速的变化导致叶片所接收到的风力大小也会不断变化。

如果风速较小，叶片可以通过调小桨距来提高转速；如果风速较大，叶片可以通过调大桨距来减小转速。

因此，有效地调节叶片的桨距可以使风力发电机组在不同的风速条件下都能够保持最佳的转速工作，提高发电效率。

1.风速测量：为了准确地了解风速，风力发电机组通常会安装风速传感器，用于实时测量风速。

2.桨距调节装置：风力发电机组的桨距通常由调节装置控制。

调节装置一般由液压系统组成，利用液压油缸来调整叶片的角度。

液压油缸接收控制系统的信号，根据风速和其他相关参数的变化，控制叶片的桨距进行调节。

3.控制系统：风力发电机组的控制系统起着关键的作用，能够根据风速和其他相关参数对桨距进行精确和实时的调节。

控制系统一般是由风力发电机组的主控柜、传感器、执行机构和监测系统等组成。

通过分析风速传感器采集到的信号，控制系统能够判断当前风速环境，并根据预设的规则和算法，发出相关指令控制桨距调节装置进行相应的调节。

4.桨距调节策略：不同的发电机组会采用不同的桨距调节策略。

常见的策略有固定桨距策略、最大功率追踪策略和最佳历史桨距策略等。

固定桨距策略是将叶片的桨距设置为固定值，无论风速如何变化，叶片的角度不会改变。

最大功率追踪策略是根据当前风速环境追踪出最大功率点，将叶片的桨距调节到最佳状态以获取最大输出功率。

最佳历史桨距策略则是根据历史风速和功率数据，通过预测风速变化趋势，调节桨距以提前响应风速的变化，保持在最佳工作状态。

总的来说，变桨距调节的工作原理是通过风速测量、桨距调节装置、控制系统和桨距调节策略等相互协作，根据风速的变化实时调整叶片的桨距，使风力发电机组保持在最佳工作状态，提高发电效率。

这是一项关键的技术，对于提高风力发电机组的整体性能和可靠性具有重要意义。

风力发电机组变桨系统设计原理解析风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置，其中变桨系统是其重要组成部分。

本文将从设计原理的角度对风力发电机组变桨系统进行深入解析。

一、风力发电机组概述风力发电机组是利用风能转动叶片，通过传动系统驱动发电机发电的设备。

其工作原理是当风速达到一定程度时，叶片受到风的作用而转动，进而带动转子旋转，驱动发电机发电。

而变桨系统则在风力发电机组运行过程中起着至关重要的作用。

二、变桨系统功能风力发电机组在运行过程中，受到风速的影响较大。

为了更好地利用风能，确保发电机组的稳定性和安全性，变桨系统被设计为一个关键的控制系统。

其主要功能包括：1. 调节叶片角度，使风力发电机组在不同风速下的转速和输出功率保持在合适的范围内；2. 在风速发生突变或超出限定范围时，自动调整叶片角度，保障风力发电机组的安全运行；3. 提高风力发电机组的整体效率，最大限度地利用风能资源。

三、变桨系统设计原理1. 变桨系统传动机构变桨系统的传动机构通常由变桨电机、减速器和转动叶片的机械结构组成。

变桨电机通过减速器驱动叶片转动，控制叶片的角度。

减速器的设计是为了将电机高速输出的转矩通过减速装置转化为叶片所需要的低速高转矩输出。

2. 变桨系统控制原理变桨系统的控制原理主要包括两种方式：定时控制和传感器反馈控制。

定时控制是通过风力发电机组的控制系统按照预设的时间对叶片进行角度调整；传感器反馈控制则是通过传感器实时监测风速和叶片位置，根据监测数据对叶片的角度进行调整。

3. 变桨系统安全保护为了保证风力发电机组的运行安全，变桨系统还配备有多种安全保护装置。

例如，当风力发电机组运行中出现极端状况时，比如风速过大或传感器失效等，变桨系统会自动切断电源，避免事故的发生。

四、变桨系统的发展趋势随着风力发电技术的不断发展，变桨系统也在不断创新和完善。

未来的风力发电机组变桨系统将更加智能化、自动化和高效化。

例如，采用先进的控制算法和传感技术，实现对叶片角度的精准控制，提高风力发电机组的发电效率。

第四章变浆距双馈型风力发电机组的结构和原理概述：变浆距风力发电机是在定浆距风力发电机成功运用的基础上发展起来的机型，它的桨叶角度可以调节，以达到最佳的叶尖速比，使得风力机的风能利用率大大提高。

变浆距风机相对于定浆距风机的优势是十分明显的，当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，可以使功率输出保持稳定。

在风力发电机启动时需要较大的气动扭矩，也需要通过变浆系统的动作以获得足够的气动转矩。

其实风机设计人员最初设计的风力发电机都是倾向于变浆距的，但是由于技术条件有限，控制系统、变浆系统不成熟，在极端条件下往往不能满足风力发电机的安全运行条件。

所以变浆距风机在很长一段时间里得不到发展。

经过定浆距风机的运行实践，设计人员对风力发电机组的运行工况和各种受力状态有了更深入的了解，变浆距风机的先天优势重新进入设计人员的视线，变浆距风机的设计重新被重视起来，当前的变浆距风力发电机已经成为市场的主流，目前投入商业运行的变浆距双馈型机组有很多，但其结构和原理大同小异，其中丹麦维斯塔斯的V90系列应用较为广泛，市场占有率较高，结构也很典型。

这一章将以Vestas的V90-1.8/2.0MW风机为例来学习变浆距双馈型机组的结构和原理。

4.1维斯塔斯V90-1.8/2.0MW风机的特点维斯塔斯是进入中国市场的第一家风机供应商，拥有20%的全球市场份额，是世界风能解决方案的领先供应商。

已在全球六大洲66个国家和地区安装了43,000多台风机。

维斯塔斯拥有中国最大的风力发电制造厂，生产发电机、叶片、机舱、轮毂和控制系统。

已经在中国三个不同的省份拥有五家风机制造工厂。

维斯塔斯V80/V90-1.8/2.0MW风机是维斯塔斯公司目前的主力机型，属于桨距调节的上风向风机，配有主动偏航和三叶片风轮。

V90-1.8/2.0MW风机采用了先进的叶片设计和技术，其叶片的重量与V80-2.0MW风机叶片的重量相同，但叶片的扫掠面积增加了27%。

[浅谈双馈式风力发电机]双馈式风力发电机1 双馈式发电机的组成和原理1.1 结构：双馈式发电机的定子结构和异步发电机的相同，转子上带有滑环和电刷。

双馈式风力发电系统结构如图1所示，从图中可以看出定子绕组与电网直接相连，而转子绕组则是通过可逆变流器与电网相连。

1.2 基本原理：双馈式电机的定子、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当发电机转子变化而频率不变时，发电机的转速和定转子电流频率之间的关系为表示为：f1=(pn/60)±f2 式1式中：f1为定子电流频率，为Hz；f2为转子电流频率，单位为Hz；p为发电机的磁极对数；n为转子的转速，单位为r/min。

由上式可知，当发电机的转速发生变化时，可以通过调节f2来维持f1不变，来保证与电网频率相同，实现变速恒频控制。

根据转子的转速不同，双馈式发电机可以有三种运行状态，如图2-3所示，图中：P2为发电机轴上输入的机械功率；Pem为转子传递到定子上的电磁功率；sPem为转子输入/出的有功功率；（1±|s|）Pem 为定子绕组输出的有功功率。

①亚同步运行状态：此时n0，式子1取“+”，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的向速与转子转动方向相同，功率流动方如图2（a）所示，从图中可以看出，P2=Pem=(1-s) Pem+sPem，由于此时s0，所以sPem0，故需要电网给转子回路提供电能，定子绕组输出的电能为(1-s) Pem，小于转子传递到定子的电能Pem。

②超同步运行状态：发电机运行于该状态时，nn1，转差s0，式子1取“-”，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的向速与转子转动方向相反，功率流动方如图2（b）所示，从图中可以看出，P2=Pem，由于此时s0，所以sPem0，故转子回路会通过变流器向电网回馈电能，定子绕组输出的电能为(1+|s|) Pem，大于转子传递到定子的电能Pem，这也是双馈式发电机的重要特点。

③同步运行状态：在该状态下，发电机的转子转速与同步转速相同，故电机转子电流为一直流量，与同步发电机相同。

变速恒频双馈风力发电机运行原理张 波风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。

采用双馈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的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。

双馈电机变速恒频（VSCF ）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制。

它的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。

1 工作原理1.1 双馈电机的VSCF 控制原理VSCF 风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变频器和控制器组成。

双馈发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。

当电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。

双馈异步发电机的结构类似绕组感应发电机，其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源（一般采用交-交变频器或交-直-交变频器）供给三相低频电流，图1给出这种系统的原理框图。

当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度（n 2）与转子的机械转速（n ）相叠加，使其等于定子的同步转速（n 1），即21n n n ±=从而在发电机定子绕组中感应出相应与同步转速的工频电压。

由上面转速关系可以推出风力发电机转速与定、转子绕组电流频率的关系，即式中 f 1、f 2、n 和p 分别为定子电流频率、转子电流频率、发电机的转速和极对数。

当风速变化时，转速随之而变化。

由式(1)可知，当转速n 发生变化时，若调节f 221()f sf =±相应变化，可使f 1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的VSCF 控制。