(完整版)风力发电机组各系统介绍

昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。

其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。

再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。

•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。

运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。

•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。

•第一：低于切入风速区域。

一旦满足切入条件，控制启动风机。

•第二：切入风速到额定风速区域。

控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。

•第三：超过额定风速区域。

通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。

叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。

叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。

通常可取6-8。

•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。

风力发电机的组成部件及其功用风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。

风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。

下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。

图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。

图3-3-4 小型风力发电机示意图1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器图3-3-5 中大型风力发电机示意图1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。

1 风轮风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。

其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。

叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。

风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。

图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。

图3-3-6 风轮1.叶片2.叶柄3.轮毂4.风轮轴图3-3-7 叶片结构（a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面；(e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。

木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。

用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。

叶片的材质在不断的改进中。

1 机头座与回转体风力发电机塔架上端的部件——风轮、传动装置、对风装置、调速装置、发电机等组成了机头，机头与塔架的联结部件是机头座与回转体（参阅后面的图3-3-24）。

（1）机头座它用来支撑塔架上方的所有装置及附属部件，它牢固如否将直接关系到风力机的安危与寿命。

二、风力发电系统有哪些设备组成2.1 基本原理和部件组成如下：大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。

距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。

图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。

这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。

大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。

从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。

如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。

因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。

2.2 风电机结构机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。

维护人员可以通过风电机塔进入机舱。

机舱左端是风电机转子，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，而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。

低速轴：风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。

图中显示了风电机偏航。

通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，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电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。

风力发电机组控制系统组成结构一、系统概述风力发电场具有机组布置范围广阔，设备运行的自然环境恶劣等特点，WPCS风电控制系统专为大型风力发电机组而设计，产品集成了当代最先进的电力电子、微电子、网络和软件技术，系统的网络结构如下：图1风电控制系统网络结构图WPCS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。

二、风力发电机组控制单元（WPCU）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WPCS风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等特点，其系统结构如下：图2风力发电机组控制单元系统结构图WPCS风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机架、机舱控制站机架、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。

三、远程监控系统（WPCM）所有风电机组通过光纤以太网连接至主控室的上位机操作员站，实现整个风场的远程监控，上位机监控软件具有如下功能：①系统具有友好的控制界面。

②系统显示各台机组的运行数据，如每台机组的瞬时发电功率、累计发电量、发电小时数、风轮及电机的转速和风速、风向等，将下位机的这些数据调入上位机，在显示器上显示出来，必要时还可以用曲线或图表的形式直观地显示出来。

③系统显示各风电机组的运行状态，如开机、停车、调向、手/自动控制以及大/小发电机工作等情况，通过各风电机组的状态了解整个风电场的运行情况。

④系统能够及时显示各机组运行过程中发生的故障。

⑤系统能够对风电机组实现集中控制。

值班员在集中控制室内，只需对标明某种功能的相应键进行操作，就能对下位机进行改变设置状态和对其实施控制。

⑥系统管理。

监控软件具有运行数据的定时打印和人工即时打印以及故障自动记录的功能，以便随时查看风电场运行状况的历史记录情况。

离网风力发电机系统构成介绍把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。

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。

风力发电所需要的装置称作风力发电机组。

风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分将风能转换为机械能；发电机部分将机械能转换为电能。

根据风力发电机这两大部分采用的不同结构类型，以及它们分别采用技术的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。

风力发电机组主要由风轮、传动与变速机构、发电机、塔架、迎风及限速机构组成。

离网风力发电系统是利用风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。

离网风力发电供电系统一般包括风力发电机、智能控制器、逆变器、交流/直流负载、蓄电池组等部分，该系统是集风力发电技术及智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。

1、发电部分（1）风轮风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。

一般风力发电机的风轮由两个或三个叶片构成，桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其他复合材料（如碳纤维）来制造。

在风的吹动下，风轮转动起来，使空气动力能转变成机械能（转速+扭矩）。

风轮的轮毂固定在发电机轴上，风轮的转动驱动了发电机轴旋转，带动三相发电机发出三相交流电。

（2）调向机构调向机构是用来调整风力机的风轮叶片与空气流动方向相对位置的机构，其功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。

因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，即迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率最大，所以调向机构又称为迎风机构（国外通称偏航系统）。

小型水平轴风力机常用的调向机构有尾舵和尾车。

绍结机构介风力发电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、发电该机组通过风力推动叶轮旋转，塔架和基础等组成。

机、控制与安全系统、机舱、有效的将风能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，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。

发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。

明阳）发电机4（．1.5s/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。

轮箱转速比：）发电机：（41550kw 发电机额定功率：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。

风力发电机组液压系统的组成导语：风力发电机使用两个驱动系统，即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。

风电液压系统风机是有许多转动部件的。

机舱在水平面旋转，随时跟风。

风轮沿水平轴旋转，以便产生动力。

在变桨矩风机，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。

在停机时，叶片尖部要甩出，以便形成阻尼。

液压系统就是用于调节叶片桨矩、阻尼、停机、刹车等状态下使用。

1、驱动系统风力发电机使用两个驱动系统，即制动系统(偏转器和主轴一高速轴回转系统)和叶片角度控制及机舱偏转器回转控制系统。

制动系统用液压控制，而叶片和偏转器的控制则用液压或电气驱动方式。

采用那一种传动的争论在风力发电机的设计中也不例外。

至于采用液压还是电气来控制叶片角度的输出功率、速度或频响，一般取决于制造厂家的经验而定。

2、变桨控制系统叶片角度（变桨）控制系统设计时主要应考虑当风力发电机遇到像台风等强风力时，机组能立即停止运行，以使电源中断，而此时的叶片需要控制在和风向相平行的位置上，确保叶片不再转动，电源中断后，机组的能量贮存系统开始工作，如液压蓄能器或蓄电池。

用液压控制时，用液压直线驱动器(液压缸)，用电气控制时，采用电气回转式驱动器。

装在主轴内的液压直线驱动器，及停止时应用的蓄能器也装在轴内。

国外液压直线驱动器是将液压、电子、电气的优点融合在一起的液压直线驱动装置（Electro-hydraulicsystem），简称Hybrid系统，这种系统节能是值得提倡。

这种由液压缸、液压泵、AC马达、蓄能器、电磁阀、传感器和动力源组成的集成式电气液压伺服驱动系统具有动态性能好，输出功率大，电气安装性和维护性好等优点。

它可以降低液压系统的缺点，如漏油和油污染的影响，使可靠性得到显著提高，而当电力中断时，又能充分显示出液压传动的优点，即和液压缸串联的液压缸，从蓄能器获得供油，使叶片迎风面和风向平行，使叶轮停止转动。

风⼒发电原理风能发电的主要形式有三种：⼀是独⽴运⾏；⼆是风⼒发电与其他发电⽅式(如柴油机发电)相结合；三是风⼒并⽹发电。

由于并⽹发电的单机容量⼤、发展潜⼒⼤，故本⽂所指的风电，未经特别说明，均指并⽹发电。

1、⼩型独⽴风⼒发电系统⼩型独⽴风⼒发电系统⼀般不并⽹发电，只能独⽴使⽤，单台装机容量约为100⽡-5千⽡，通常不超过10千⽡。

它的构成为：风⼒发电机＋充电器＋数字逆变器。

风⼒发电机由机头、转体、尾翼、叶⽚组成。

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。

因风量不稳定，故⼩型风⼒发电机输出的是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。

2、并⽹风⼒发电系统德国、丹麦、西班⽛等国家的企业开发建⽴了评估风⼒资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风⼒机设计理论，采⽤新型风⼒机叶⽚材料及叶⽚翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风⼒发电机组成的机群的⾃动控制技术，从⽽⼤⼤提⾼了风⼒发电的效率及可靠性。

在此基础上，风⼒发电机单机装机容量可以达到600千⽡以上。

不少国家建⽴了众多的中型及⼤型风⼒发电场，并实现了与⼤电⽹的对接。

现代风⼒发电机多为⽔平轴式。

⼀部典型的现代⽔平轴式风⼒发电机包括叶⽚、轮毂(与叶⽚合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。

其⼯作原理是：当风流过叶⽚时，由于空⽓动⼒的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。

⽬前也有⼚商推出⽆齿轮箱式机组，可降低震动、噪⾳，提⾼发电效率，但成本相对较⾼。