风电机组电气原理-控制系统(UE)

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风力发电机组控制系统 的优化与改进
控制策略优化
优化控制策略是提高风力发电机组 效率的关键。
控制策略的优化主要涉及对风电机组 的启动、运行和停机阶段的控制逻辑 进行改进，以更好地适应风速的变化 ，提高发电效率和稳定性。
传感器优化
优化传感器是提高风力发电机组控制精度的必要步骤。
通过改进传感器的设计、提高其精度和可靠性，可以更准确地检测风速、风向、 温度、压力等参数，为控制系统提供更准确的数据，从而提高发电效率。
能源设备进行互联互通，实现能源的优化利用和节能减排。
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偏航控制
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偏航控制是风力发电机组控制系统中的另一项关键技术， 其目的是在风向变化时，自动调整机组的朝向，以保持最 佳的捕风角度。
02
偏航控制通过实时监测风向和发电机组的朝向，采用适当 的控制算法，自动调节机组的偏航机构，以实现最佳的捕 风效果。
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常用的偏航控制算法包括：基于风向标的偏航控制、基于 扭矩传感器的偏航控制和基于GPS的偏航控制等。这些算 法能够根据风向的变化情况，自动调整机组的朝向，使其 始终保持在最佳的捕风角度。
是整个控制系统的核心，负责接收传 感器数据、执行控制算法并驱动执行 机构。
I/O模块
用于接收和发送信号，实现与传感器 和执行机构之间的通信。
人机界面
提供操作员与控制系统之间的交互界 面，显示机组状态和参数。
数据存储器
用于存储运行数据，便于故障分析和 优化运行。
控制算法
最大功率跟踪算法
载荷限制算法
根据风速传感器数据，自动调整发电机转 速和桨距角，使机组始终在最佳效率下运 行。
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桨距调节机构
根据控制系统的指令，调整风轮桨 距角。

电气控制系统电气控制系统的作用是确保风力机运行过程的安全性和可靠性，提高机组的运行效率和发电供电质量。

离网型风力发电机组电气控制系统分为直流和交流系统。

直流系统是由风力机驱动直流发电机、经过调压限流器向蓄电池充电及向电阻性负载供电。

交流系统包括交流发电机、整流装置、控制器、分流卸载电阻箱、蓄电池组、逆变器和负载。

它是一个由交流发电机经整流装置整流后向蓄电池充电及向电阻性负载供电，还可以在蓄电池之后连接逆变器向交流负载供电的交直流供电系统。

发电机按类型分为同步和异步发电机；励磁和永磁发电机；直流和交流发电机。

按运行方式又分为内转子和外转子。

现有国产离网型风力发电机多采用同步三相永磁式交流发电机，而且是直接驱动的低转速、内转子运行方式。

这种发电机为永磁体转子，无励磁电流损耗，它比同容量电励磁发电机效率高、重量轻、体积小、制造工艺简便、无输电滑环，运转时安全可靠，容易实现免维护运行。

它的缺点是电压调节性能差。

一种爪极无刷自励磁交流发电机，具备励磁电流自动调节功能。

在为独立运行的小型风力发电机配套时，可以有效的避免因风速变化，发电机转速变化而引起的端电压波动，使发电机的电压和电流输出保持平稳。

控制器功率容量几千瓦的离网型风电系统常配置简易的控制器。

它包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10kVA以下逆变电源。

逆变电源输出的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。

比较完善的控制器采用：PWM斩波整流，使电气控制系统具备了AC-DC/DC-AC 双向变换功能；（2）PWM升压型（Boost型）整流，弥补了永磁发电机在低风速、低转速时电压偏低的缺陷；（3）根据风力发电机的运行特性切入了最大功率跟踪技术（PTTP）；（4）向蓄电池智能充电功能；（5）通过改善输出的交流波形，大幅提高风力发电系统的运行效率和年发电量；（6）设置风速及风力机转速传感器并在风速和转速达到限定值时启动执行机构实施制动停机；（7）设置了状态显示和主参数通讯接口。

风力发电系统的控制原理风力涡轮机特性：1，风能利用系数Cp风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：P---风力涡轮实际获得的轴功率r---空气密度S---风轮的扫风面积V---上游风速根据贝兹〔Betz〕理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。

2，叶尖速比l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l。

n---风轮的转速w---风轮叫角频率R---风轮半径V---上游风速在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。

从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。

如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。

图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。

在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。

每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段〔若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。

〕它是工作区段。

在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。

3，变速发电的控制变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确〔机组惯量大〕。

三段控制要求：低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。

联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ〔ｎ〕关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。

图３是风速变化时的调速过程示意图。

设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得与变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。

V90 3.0 MW
不同类型的齿轮
圆柱齿轮 内啮合齿轮 斜齿轮
锥齿轮 蜗杆齿轮 行星齿轮
行星齿轮理论
行星齿轮理论
Sun pinion Medio speed
平行齿轮理论
Low speed
High speed
1. 高速级 2. 中间级 3. 恒星齿
平行齿轮理论
1.
3. 2.
1. 中间级齿轮 2. 低速级齿轮
风力发电机组结构和原理
一、风力发电机组的简单发电原理
风力发电机组是将风中的动能转换成机械能，在将机械能转换成电 能，以固定电能频率输送到电网中的过程。
风
叶轮
传动系
电 发 电 机
控制系统
二、风力发电机组基本结构
机舱上安装有若干个关键部件： 叶轮、轮毂、低速轴、齿轮箱、高速轴和安装在其上的机械刹车、 发电机、液压系统、冷却系统、偏航系统、风速仪和风向标等
打开齿轮箱
当打开齿轮箱检查门时候要非常小心.
打开齿轮箱
检查方法
损伤样例
齿轮长时间啮合的印记
完好的齿轮
Examples of Sound
Intact gear
Gear with standstill marks
完好的齿轮
新齿轮 正常磨损
微点凹陷
磨损
压力印记
轴承损伤
1. 2.
轴承损 伤
大唐风电培训
环氧树脂凝脂涂层 短切原丝玻璃纤维 两层中的网格 桦木 、轻木层 玻璃层
桨叶结构
大唐风电培训
环氧树脂凝脂涂层 玻璃纤维 玻璃纤维 特殊泡沫 玻璃纤维
桨叶轴承
大唐风电培训
变桨控制
V80 1.8/2.0 MW

控制系统的作用
——捕获最佳风能并转换为电功率
• 偏航系统使风机一直处于迎风面，使风机 捕获最佳风能，使风机发出尽可能多的电 功率。
风力发电机组控制系统课件
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控制系统的作用
——提供满足用户需求的电能质量
• 风力发电机组按照《国家电网公司风电场 接入电网技术规定（试行）》的电能质量 要求向电网供电，对功率因数进行，提供 相应的无功功率。
风力发电机组控制系统课件 16
• • • • • • 电网电压； 频率； 风机进/出口电流； 功率因数； 有功功率； 无功功率。
风力发电机组控制系统课件
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控制系统的作用
——保证风机的安全
• • • • • • •
超速保护； 电缆扭缆保护； 变桨系统保护； 电网保护； 雷电保护； 传感器故障保护； 振动保护。
风力发电机组控制系统课件 11
控制系统的作用
• 控制系统的基本功能是对风机的启动、停 止、切入（电网）和切出（电网）、输出 功率的限制系统课件
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控制系统的作用
控制系统的作用： • 监测风机运行状态； • 保证风机的安全； • 捕获最佳风能并转换为电功率； • 提供满足用户需求的电能质量。
风力发电机组控制系统课件
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控制系统的作用
——监测风机运行状态
气象状态监测：
• 风速大小——采用2只机械式传感器； • 风向——采用机械式 传感器。
风力发电机组控制系统课件
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控制系统的作用
——监测风机运行状态
变桨系统监测：
• • • • • • • 桨叶位置——A、B编码器； 风暴（位置）保护状态； 驱动电机温度； 轮毂控制柜内温度； 变桨速度监测； 变桨通讯状态； 变桨系统故障监测。

风力发电原理(控制)一、风力发电的基本原理风力发电是指利用风能转换成电力的一种清洁能源，其基本原理是将风能转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能。

因此，风力发电系统主要包括风能转化系统和发电系统两大部分。

风能转化系统风能转化系统一般由风轮、变桨机构和转速限制器组成。

具体来说，风轮是通过风能驱动旋转，变桨机构可以改变风轮叶片的角度以便控制风轮的旋转速度和转向，而转速限制器则可以限制风轮的旋转速度，以防风轮过快损坏风力发电系统。

发电系统发电系统由发电机、变流器和电子控制系统组成。

发电机将机械能转化为电能并输出到电网中，变流器则将交流电转化为直流电，并控制电能输出的电压和频率。

电子控制系统则可以实现对风力发电系统的监控和维护。

二、风力发电的控制风力发电系统的控制方案主要分为以下几种：1. 恒功率控制恒功率控制是指在风速超过额定风速时，通过调节风轮的旋转速度来控制风力发电系统的输出功率，以便让发电机输出恒定的电功率。

这种控制方式可以保证风力发电系统的稳定运行，但是当风速超过一定限制时，风轮的旋转速度会超过允许范围，从而导致发电系统的停机或受损。

2. 变桨控制变桨控制是指通过改变风轮叶片的角度来控制风力发电系统的输出功率。

当风速超过额定风速时，风力发电系统会自动调节叶片角度，以减小叶片受到的风力，从而控制风力发电系统的输出功率。

这种控制方式可以确保风力发电系统的安全运行，但是其控制精度相对较低，且需要涉及到大量的机械运动部件，容易受到外部环境的影响。

3. 惯性控制惯性控制是指通过测量风轮旋转速度和转向来控制发电机的输出功率。

当风速超过额定风速时，惯性控制系统会立即闸掉风轮，以避免风力发电系统受到损坏。

这种控制方式可以使风力发电系统的响应速度更快，但是需要消耗大量的电能，不太适合长期运行。

三、风力发电系统的优点相比于传统的化石能源和核能发电技术，风力发电有以下几个优点：1.清洁能源。

风力发电不会产生任何污染物，对环境更加友好。

风力发电机组的控制系统风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越得到人们的重视和使用。

而风力发电最核心的部分就是风力发电机组控制系统。

本文将深入探讨风力发电机组控制系统的相关知识。

一、风力发电机组的基本组成部分风力发电机组通常由3个主要部分组成：风力涡轮、变速器和发电机。

其中变速器是为了将风力涡轮的旋转速度转变成适合发电机的速度，同时保证风力涡轮在各种风速下都能正常转动。

而发电机则是将机械能转变为电能。

二、风力发电机组的控制系统的分类根据控制对象的不同，风力发电机组控制系统可以分为风力涡轮控制系统和整机控制系统。

1. 风力涡轮控制系统风力涡轮控制系统主要由风速测量仪、方向传感器、转矩信号传感器、角度传感器、变桨控制器等部分组成。

其主要作用是对风速和转矩进行检测和获取，然后根据这些数据控制机组桨叶的角度，调节风力涡轮的输出功率，以适应不同的风速和负载要求。

当遭遇大风或预期外部异常情况时，风力涡轮控制系统还可以自动停机。

2. 整机控制系统整机控制系统主要由仪表、控制器、通信模块、电动机传动机构、机械部分等部分组成。

整机控制系统起到了协调、控制各部分工作的作用，可以实现以最佳的效率输出电能。

其主要作用是监控发电机组的运转状态，通过检测各项参数实时调整变速器的转速，并及时进行告警和自动停机。

三、风力发电机组控制系统的关键技术1. 风力涡轮桨叶轴系统的控制风力涡轮桨叶轴系统的控制是风力发电机组控制系统的核心部分之一，也是解决风机输出功率波动和抖动问题的重要技术。

目前常见的调节方式包括机械调节和电动调节两种。

机械调节方式主要采用伺服驱动的伸缩臂与桨叶之间的连杆机构实现，而电动调节则利用变速器的电动油门、电子液压伺服系统或液压拉杆控制桨毂角度。

其中，电动调节方式更加智能化、精准化。

2. 整机控制系统的优化算法整机控制系统的优化算法是风力发电机组控制系统技术的另一个重要方向。

通过对风能、转速、功率、角度等数据进行分析，整机控制系统可通过智能算法，实现最大效率的输出电能。

风电机组电气系统1. 简介风电机组电气系统是指风力发电机组中包含的所有电气设备和组件，用于将风能转化为电能并进行供电。

它包括风力发电机、变压器、电缆、控制系统等。

本文将对风电机组电气系统的组成、工作原理和常见故障进行介绍。

2. 组成风电机组电气系统主要由以下几个组成部分组成：2.1 风力发电机风力发电机是将风能转化为机械能的关键设备。

它通常由风轮、发电机和传动系统组成。

风轮通过风力的作用转动，驱动发电机发电。

风力发电机的类型有水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。

2.2 变压器变压器用于将风力发电机输出的低电压电能升压为适用于输送的高电压电能。

它起到了电能传输和分配的关键作用。

常见的变压器包括升压变压器和降压变压器。

2.3 电缆电缆用于将变压器输出的高电压电能输送到外部电网或用于风力发电机组内部的供电。

它要具备良好的绝缘性能和导电性能，以确保电能的安全传输和有效利用。

2.4 控制系统控制系统是风电机组电气系统的大脑，用于监控和控制机组的运行状态。

它由集中控制器、传感器和执行器等组成。

通过对风力发电机和变压器进行监测和调节，控制系统可以确保风电机组的安全运行和最大发电效率。

3. 工作原理风电机组电气系统的工作原理如下：1.风力发电机受到风的作用，风轮开始转动；2.转动的风轮通过传动系统将机械能传递给发电机；3.发电机利用转动的风轮产生的机械能，将其转化为电能；4.通过变压器将低电压的电能升压为高电压，便于输送；5.输送电能的电缆将电能传输到大型电网中，或者供电给其他设备；6.控制系统监测发电机、变压器和电缆的运行状态，并控制风力发电机组的运行。

4. 常见故障及处理风电机组电气系统可能会遇到一些常见故障，下面是其中一些故障及处理方法：4.1 发电机故障发电机故障可能包括电气故障和机械故障。

电气故障可能是由于线圈短路、绝缘破损等原因导致的。

机械故障可能是由于轴承磨损、风轮损坏等原因导致的。

处理方法包括维修或更换故障部件。

风力发电机基础知识及电气控制1. 引言风力发电是一种常见的可再生能源的发电方式，利用风力驱动风力发电机转动发电机，将风能转换为电能。

本文将介绍风力发电机的基础知识及其电气控制系统。

2. 风力发电机的工作原理风力发电机的工作原理基于风能转换为机械能，然后通过发电机将机械能转换为电能。

其主要构成包括风轮、发电机、传动系统和控制系统。

2.1 风轮风轮是风力发电机的核心部件，其作用是捕捉和利用风能来驱动转子旋转。

风轮一般由数个风叶组成，风叶的形状和材料会影响风轮的效率和性能。

2.2 发电机发电机是将机械能转换为电能的设备。

在风力发电机中，常使用的发电机类型有直流发电机和交流发电机。

直流发电机一般用于小规模的风力发电机组，而交流发电机则广泛应用于大型风力发电场。

发电机的输出功率与风速、风轮的转速以及发电机的效率有关。

2.3 传动系统传动系统将风轮的转动力矩传递给发电机，使发电机能够进行电能的转换。

传动系统一般由减速器和轴承组成，减速器的作用是将风轮高速旋转转化为发电机所需的合适速度。

2.4 控制系统控制系统对风力发电机进行监测和控制，使其在不同的风速条件下都能够运行稳定，并提高其发电效率。

控制系统一般包括风速测量、风向测量、发电机输出功率控制等模块。

3. 风力发电机的电气控制系统风力发电机的电气控制系统主要负责监测和控制发电机的运行状态，以实现稳定的发电性能。

3.1 风速与风向测量风速和风向测量是风力发电机电气控制系统的基础。

通过安装风速测量装置和风向测量装置，可以实时监测风力的大小和方向，并将数据传输给控制系统进行处理和分析。

3.2 发电机输出功率控制发电机输出功率控制是保证风力发电机稳定运行的关键。

通过对发电机输出功率进行控制，可以使其在不同的风速条件下都能够保持合适的输出功率。

3.3 电网连接与逆变控制风力发电机一般需要将产生的电能输送到电网中，供用户使用。

因此，电气控制系统还需要实现电网连接和逆变控制功能，以确保发电机输出的电能能够与电网进行正常连接。

现在七页，总共一百零五页。
1.轮毂 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
保证足够的强度。
现在八页，总共一百零五页。
3.2 风力发电机组控制系统的基本组成
2.叶片：捕获风能并将风力传送到转子轴心。
现在九页，总共一百零五页。
叶片和轮毂的链接 定桨距叶片的叶根与轮毂直接相连，连接结构主要有法兰式， 螺纹件预埋式，钻孔组装式三种。
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3.1 控制系统的控制策略和功能
•控制系统要实现的基本功能： 根据风速信号自动加入起动状态、并网或从电网切除； 根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制； 根据风向信号自动对风；迎风装置根据风向传感器测得的 风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮相 啮合的小齿轮转动，使机舱始终对准风向方向 根据功率因数自动投入（或切出）相应的补偿电容。
现在二十页，总共一百零五页。
3.3 风力发控电制机系组统控的结制构系与统功的能构成
一、控制系统的总体结构
监视电网、风况和机组运 行数据。
并网、脱网控制。
机组优化控制。
一般采用微机控 制。
控制系统的总体结构
现在二十一页，总共一百零五页。
3.3 风力发电机组控制系统的构成
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。
现在三十四页，总共一百零五页。
三、电-液变桨距系统 特点是电液伺服系统中使用交流伺服电机而不是电液伺服阀。
因此具有电动机控制灵活和液压出力大的双重优点。
四、变桨距系统的控制 变桨距系统的控制是由控制器来实现的。控制器一方面控制
执行机构完成变桨距的动作，另一方面还要通过现场总线实现
与主控制器的通信。控制器的核心部件是微处理器或PLC。

风力发电机组电气系统设计原理解析随着清洁能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种绿色能源逐渐受到人们的关注和重视。

而风力发电机组的电气系统设计是其核心部分之一，决定了发电效率和可靠性。

本文将针对风力发电机组电气系统的设计原理进行深入解析。

风力发电机组的电气系统主要包括发电机、变流器、控制系统和配电系统等部分。

首先是发电机部分，风力发电机组所使用的一般为同步发电机。

发电机的设计原理是利用叶片受风驱动风轮转动，风轮带动发电机转子旋转，通过磁场感应产生交流电。

发电机的工作原理是将机械能转化为电能，实现发电的功能。

接下来是变流器部分，风力发电机组一般都采用变流器将交流电转换为直流电。

这是因为电网一般采用交流电系统，而风力发电机组需要将发电机产生的交流电转化为直流电后再与电网连接，才能实现电能的输送和利用。

变流器的设计原理是将交流电转化为直流电，同时对电压、频率、功率等进行控制和调节，以确保稳定的电力输出。

此外，风力发电机组的控制系统也至关重要。

控制系统主要负责监测风力、叶片转速、发电机运行状态等参数，并根据实时数据对发电机组进行调节和控制，以确保系统安全稳定运行。

控制系统的设计原理是通过传感器采集数据，然后根据预设的算法进行分析和判断，最终发送控制信号给发电机组各部件，实现智能化控制。

最后是配电系统部分，风力发电机组通过配电系统将产生的电能送入电网或储能设备中。

配电系统的设计原理是根据电能产生的不同情况和需求，将电能进行合理分配和传输。

通常，配电系统还需要考虑到电力调度、电压稳定、过载保护等问题，以确保电能的安全、稳定和高效传输。

综上所述，风力发电机组的电气系统设计原理涉及到发电机、变流器、控制系统和配电系统等多个方面，每个部分都有其独特的设计原理和功能。

只有合理设计和精心调试各个部件，才能实现风力发电机组的高效、稳定运行，为清洁能源发展做出贡献。

希望本文的解析可以帮助读者更深入了解风力发电机组的电气系统设计原理，为相关领域的研究和实践提供参考。

风力发电机组控制系统摘要:主控系统是风力发电机组的核心，通过数字量和模拟量的输入来完成数据的采集，然后根据内部设定的程序，完成逻辑功能的判断，最后通过模拟量和数字量的输出达到控制机组和保障机组安全稳定运行的目的。

关键词：数据；逻辑；控制1主控系统工作内容⑴主控系统是机组可靠运行的核心，主要完成以下工作：⑵采集数据并处理输入、输出信号；判定逻辑功能；⑶对外围执行机构发出控制指令；⑷与机舱柜及变桨控制系统进行通讯，接收机舱柜及变桨控制系统的信号；⑸与中央监控系统通讯、传递信息。

2数字模拟⑴数字输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器，例如二线式光电开关和接近开关等。

数字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。

输入电路中一般设有RC滤波电路，以防止由于输入触点的抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号，输入电流一般为数毫安。

⑵数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机启动器等负载。

数字量输出模块将CPU内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的作用。

输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应晶体管、驱动交流负载的双向晶闸管或固态继电器。

⑶模拟量输入模块用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，主要由A/D转换器组成。

⑷模拟量输出模块将CPU送给它的数字信号转换成电流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制，主要由D/A转换器组成。

⑸CX5020：金风2.0MW主控系统选用CX5020为主控系统的核心控制器CX5020带有两个独立的以太网端口(可定义两个独立的IP地址)和四个USB2.0接口。

一块位于盖板后面并可从外部拆装的可互换的CF卡作为CX5020的引导和存储介质，CX5020还内置了一个1秒钟UPS，可确保在CF卡上安全备份持久性应用数据，目前CX5020选用的操作系统是Windows CE，可以通过CERHOST软件进行访问。

机舱
包含发电机和齿轮箱， 用于将风轮的机械能转
换为电能。
塔筒
支撑整个风力发电机组 ，提供所需的高度以捕
获更多风能。
控制系统
监控风力发电机组的运 行状态，确保其安全、
高效地运行。
风力发电机的工作原理
01
02
03
04
风能捕获
当风吹过风轮叶片时，叶片的 翼型剖面产生升力，使叶片旋
转。
机械能转换
风轮通过主轴和齿轮箱将旋转 的机械能传递给发电机。
生命周期成本
包括初始投资、运营和维护成 本在内的总成本。
03
CATALOGUE
控制系统的基本原理与技术
控制系统的基本概念与组成
控制系统定义
控制系统是一种通过输入、处理和输出等环节，实现某一特定目 标的闭环系统。
控制系统组成
控制系统通常由传感器、控制器、执行器和被控对象等部分组成。
控制系统的基本功能
风力发电机组的维护与检修
日常维护
定期检查风电机组及相关设备的运行状态，及时 发现并处理潜在故障。
定期检修
根据设备运行状况和维修周期，进行全面的检查 、测试和维修，确保设备正常运行。
备件管理
建立完善的备件管理体系，确保备件供应及时、 充足，降低设备维修成本。
风力发电与其他可再生能源的互补利用
风光互补
利用风能和太阳能的互补性，合理配置风光发电机组，提高能源 利用效率和可靠性。
多能互补
结合风能、太阳能、水能等多种可再生能源，构建多能互补发电 系统，实现能源的多元化和稳定性。
区域能源互联
加强区域内的能源互联互通，优化能源资源配置，提高可再生能 源的消纳能力和能源利用效率。
06

开发故障诊断算法，对机组运行数据进行实 时分析，及时发现并处理故障。
故障预警机制
建立故障预警机制，提前预测可能出现的故 障，避免意外停机带来的损失。
04 功能模块详解
偏航控制系统
风向标与传感器
实时监测风向变化，为偏航控制提供准确数据。
偏航电机与减速器
驱动机组偏航，确保风轮始终对准风向。
偏航轴承与润滑系统
风力发电机组控制系统介绍
目录
• 引言 • 控制系统组成与原理 • 关键技术与实现方法 • 功能模块详解 • 操作与维护管理 • 发展趋势与挑战
01 引言
背景与意义
能源危机与环境污染
风力发电技术的发展
随着化石能源的日益枯竭和环境污染 的加剧，可再生能源的开发利用成为 迫切需求。
随着风力发电技术的不断进步和成熟， 风力发电机组在电力系统中的比重逐 渐增加。
高风能利用率。
独立变桨控制
通过对每个叶片的独立变桨控制，减 少风力发电机组在复杂风况下的载荷 波动，提高稳定性。
安全保护控制
在极端天气或机组故障等情况下，及 时采取制动、停机等保护措施，确保 风力发电机组的安全运行。
03 关键技术与实现方法
传感器技术应用
风速风向传感器
用于实时监测风速和风向，为 控制系统提供输入信号。
01
02
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智能化监测与诊断
利用先进传感器和算法， 对风力发电机组进行实时 监测和故障诊断，提高运 维效率。
智能化控制策略
基于大数据和人工智能技 术，优化风力发电机组的 控制策略，提高发电效率 和稳定性。
智能化运维管理
利用物联网和云计算技术， 实现风力发电机组的远程 监控和运维管理，降低运 维成本。

风力发电机组的系统控制随着环境保护意识的不断提高和能源危机的加剧，风力发电作为一种清洁、可再生的能源利用方式，逐渐受到人们的关注和推广。

而风力发电机组的系统控制是实现稳定、高效发电的重要保障。

一、风力发电机组的系统组成和工作原理风力发电机组由风轮、转速控制系统、发电机和电力转换器等组成。

当风轮受风的作用旋转时，转动产生动能被传给发电机，经过电力转换器转化成交流电并输出。

其中，转速控制系统对风轮的转动进行调节，保证发电机在最大效率下运转。

二、风力发电机组的系统控制策略1.转速调节：转速调节是风力发电机组的基本控制策略。

其目的是保证风轮叶片旋转的速度达到最优区间，从而提高发电机的输出功率。

转速调节主要分为机械、电子和混合控制等方式。

机械控制：传统的机械控制方式采用转向浆的机械设计，通过改变羽片的角度来控制风轮转速。

该方式简单、成本低但稳定性不够。

电子控制：通过控制发电机转子上的磁场来改变发电机的输出功率，进而实现转速控制。

该方式精度高、稳定性好但成本较高。

混合控制：将机械和电子控制方式的优点结合起来，增强控制系统的稳定性和可靠性。

混合控制方式是当前主流的转速调节方式。

2.偏航控制：偏航控制是风力发电机组的必要控制策略，用来控制风轮的方向。

在复杂的气象条件下，通过偏航控制将风轮转向风向，并在突发的气象变化中及时调整风轮方向，减小因系统失控导致的风力发电机组运行出现事故。

3.电网支撑和功率平衡控制：电网支撑和功率平衡控制是指将风力发电机组的输出能量与电网负荷之间建立反馈控制，保证电能质量和电力系统的稳定性。

在市场化环境，对接电网的风力发电机组还需要实现功率平衡控制，控制机组的风电功率与基础负荷之和保持稳定。

三、风力发电机组的系统控制优化随着风力发电行业的快速发展，风力发电机组的系统控制的优化已成为实现高效、稳定发电的重要途径。

通过优化转速调节、偏航控制、电网支撑和功率平衡控制等关键系统控制策略，可以实现以下目标：1.提高机组发电效率，降低运行成本；2.提高机组的响应速度，保证风场运行的稳定性；3.实现对风力资源与市场需求的动态调整，提高风力发电系统的灵活性；4.通过风力发电机组的智能化控制系统，实现设备状态监测、故障诊断等高端需求。

风力发电机控制系统介绍控制系统概述第一部分•风力发电机组的控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。

各种传感器包括：风速传感器、风向传感器、转速传感器、位置传感器、各种电量变送器、温度传感器、振动传感器、限位开关、压力传感器以及各种操作开关和按钮等。

这些传感器信号将传送至控制器进行运算处理。

第一部分控制系统基础主控制器一般以PLC为核心，包括其硬件系统和软件系统。

上述传感器信号表征了风力发电机组目前的运行状态。

当机组的运行状态与设定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，将系统调整到设定运行状态，从而完成各种控制功能。

这些控制功能主要有：机组的启动和停机、变速恒频控制、变桨距控制、偏航控制等。

控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可采用液压执行机构等。

•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。

前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或主动失速调节来实现功率控制。

后者采用“变速风力机+变速发电机”，在额定风速以下时，控制发电机的转矩，使系统转速跟踪风速变化，以保持最佳叶尖速比，最大限度地捕获风能；在额定风速以上时，采用变速与变桨距双重控制，以便限制风力机所获取的风能，保证风电机组恒功率（一般为额定功率）输出。

PLC的控制顺序主控制系统（PLC）•WP4051 WPL110 WP4000 WPL150 WPL351 WPL351•触摸屏电源(通信)模块CPU模块电量测量模块I/O模块I/O模块可给8个存储、处理数据实时DSP 2个RS-485接口模块供电2个串口、电量测量16个DO、26个DI、4个AO光纤通信1个以太网接口可测量三相：4个计数器输入、以太网接口编程环境C、电压电流8个PT100、IEC61131-3 有功无功4个AI（±10V）功率因数4个AI（0~20mA）2个热敏电阻输入•目前，风力发电机组主要有两种系统控制方式，即恒速恒频控制方式和变速恒频控制方式。