变速异步风力发电机电信号处理系统软件设计_答辩PPT

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风力发电机PPT课件

图3-15 电磁式直流发电机结构
2023/8/18
第28页/共119页
（2）永磁式交流同步发电机
永磁式交流同步发电机的转子上没有励磁绕组，因此无励磁绕组的铜损耗，发电机的效率高；转子上无集电环，发电机运行更可靠；采用钕铁硼永磁材料制造的发电机体积小，重量轻，制造工艺简ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，因此广泛应用于小型及微型风力发电机中。
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第37页/共119页
2）超同步运行状态。此时n>n1，转差率s<0，转子中的电流相序发生了改变，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的转速与转子转速反方
向，功率流向如图所示。
3）同步运行状态。此时n=n1，f2=0，转子中的电流为直流，与同步
发电机相同。
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1
6
S
5
N
N
S 4
2 3
图3-17 凸极式永磁发电机结构示意图
1—定子齿 2—定子轭 3—永磁体转子 4—转子轴 5—气隙 6—定子绕组
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（3）硅整流自励式交流同步发电机
如下图，硅整流自励式交流同步发电机电路原理图。
硅整流自励式交流同步发电机一般带有励磁调节器，通过自动调节励磁电流的大小，来抵消因风速变化而导致的发电机转速变化对发电机端电压的影响，延长蓄电池的使用寿命，提高供电质量。
本章主要内容
3.1 风的特性及风能利用 3.2 风力发电机组及工作原理 3.3 风力发电机组的控制策略 3.4 风力发电机组的并网运行和功率补偿 3.5 风力发电的经济技术性评价
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风力发电机组设计答辩用

D=
8Pr
Vr 3 Cp 123
8 × 5000000
1.225 × 133 × × 0.42 × 0.92 × 0.95 × 0.95
由直径计算可得扫掠面积：
2 ×1142
S= =
=102072
4
4
=114m
总体参数设计
（2）、轮毂高度
轮毂高度是从地面到风轮扫掠面
中心的高度，用Zhub表示
此处F即Ar
用matlab计算得：
r0
I= 26199kg·m
当β= 90°时，科氏加速度最大，为
2Ωλ0 V
εk =
R
由matlab计算得：
由动量矩定理知，叶片受到惯性力矩Mk的作用，这个力矩称为陀螺
力矩，用matlab计算得：
Mk=I = 133551N·m
主要部件的载荷计算
2、风轮载荷计算
6.158
0.172
5.416
0.122
4.776
0.084
4.244
0.054
3.805
0.030
3.440
0.011
3.135
-0.005
2.877
-0.019
2.656
-0.030
2.466
-0.040
2.300
-0.049
2.154
-0.057
2.026
-0.064
1.911
-0.070
1.809
➢ 平衡简单、动态载荷小。基本消除了系统的周期载荷，
输出较稳定转矩；
➢ 能提供较佳的效率；
➢ 更加美观；
➢ 噪声较小；
➢ 轮毂较简单等。
综上所述，叶片数选择3。

风力发电系统输出性能测试的毕业论文答辩PPT

风速(m/s)
L=0.6米 L=1.2米
14 13 12 11 10
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
频率（Hz)
实验三风速与风力发电机输出功率关系实验
V/m/s 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 P/W 0 0.15 0.30 0.75 0.83 1.13 1.43 1.73 2.18 2.48 3.32 3.52 3.80 4.15 4.75 5.2 5.55
6 5 4 3 2 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 风速（m/s)
功率（W)
ห้องสมุดไป่ตู้
实验一风机启动风速的测量
次数
1
2
3
V/(m/s) 4.7
4.3
4.6
风机的平均启动风速为：
V=4.5(m/s)
实验二调频与风速测量
L=0.6 m L=1.2 m
F/ Hz 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 V1/ (m/s) 1.5 2.8 4.3 5.7 7.0 8.1 9.4 10.8 11.5 12.7 V2/( m/s) 1.4 2.5 3.6 4.9 6.2 7.2 8.3 9.6 10.4 11.5
风力发电系统输出性能测试的毕业论文答辩PPT
实了解风力发电的实验原理验熟悉实验装置各个部件的操作目研究风速变化下风机输出功率的变化规律的了解风力发电的应用
实验装置
1 风机启动风速测量 2 风能与风速测量 3 风速与风机输出功率关系实验 4 风力发电应用实验

风力发电专题-毕业答辩PPT

20102010-6-21
PMSG模型和最大风能捕获第一部分 D-PMSG模型和最大风能捕获
D–PMSG的控制策略 PMSG的控制策略
1、控制目标
（1）当实际风速低于额定风速时，对D-PMSG进行转速控制的目的是保证机组运行在最大风功率追踪状态下；（2）当实际风速高于额定风速时，受机械强度、发电机容量和变频器容量等限制，必须降低风轮捕获的能量，使功率保持在额定值附近，此时桨距角控制需要起作用，以保证机组保持在额定功率附近。
本设计的主要内容主要包括两部分：本设计的主要内容主要包括两部分：
1、首先，在对永磁风力发电机的基本理论进行论述的基础上，
建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的DPMSG数学模型，分析了变转速变桨距控制策略，并基于 Matlab/Simulink建立了D-PMSG仿真模型，对风速快速跃变时机组运行情况进行了仿真，结果验证了该模型的合理性。
背靠背(Back to Back)双PWM结构的变流系统
1、电机侧的整流器和电网侧的逆变器进行独立的控制。 2、系统采用两个PWM变流器，前端整流器实现对发电机功率、转速的控制，后端逆变器稳定直流母线电压以及控制网侧功率因数。 3、PWM整流桥使发电机运行在最优的运行点，并且可提供几乎正弦的电流，从而减少发电机侧的谐波电流。网侧逆变器可提供恒定的直流母线电压，并使得网侧电流跟随电网电压，波形近似正弦波。
13/40 13/ 20102010-6-21
PMSG模型和最大风能捕获第一部分 D-PMSG模型和最大风能捕获
u = ω Li + u d e q d
u = −ω Li − e + u q e d q q
（1）将发电机的反电势 e d 和 eq 当做干扰项，用比例–积分控制的积分部分将其补偿掉。（2）在q轴的转速控制部分，内环控制电流，外环控制转速。

风力发电机组设计与制造答辩PPT

设计应减少对周围环境的负面影响，如降低噪音、减少视觉干扰，以及合理利用土地资源。
风力发电机组的优化方法
空气动力学优化
通过改进机翼设计，降低风阻，提高风能利用率。
控制策略优化
调整发电机组的控制逻辑，使其在各种风速条件下都能高效运行。
材料与结构优化
采用高强度、轻质材料，减轻机组重量，降低基础成本。
利用数字化技术实现风力发电机组的数字化制造，提高制造效率和产品质量。
定制化服务
根据客户需求进行定制化的风力发电机组设计和制造，满足不同客户的需求。
THANKS
感谢观看
问题解决方案与实施
加强跨学科合作
加强空气动力学、结构力学、材料科学等领域的跨学科合作，共同研究解决设计中的复杂问题。
提高制造工艺水平
加大投入，引进先进的制造工艺和设备，提高制造精度和产品质量。
强化环境适应性设计
在设计时充分考虑各种极端环境和气候条件，强化风力发电机组的环境适应性设计。
加强安全性能测试与评估
风力发电机组制造质量控制
01
02
03
质量管理体系
建立完善的质量管理体系，确保从原材料采购到产品出厂的全程质量控制。
检验与试验
对风力发电机组的各个部件和整体性能进行严格检验和试验，确保符合设计要求和安全标准。
不合格品控制
对不合格的原材料、零部件和成品进行严格控制和处理，防止不良品流入市场。
布局优化
合理配置风力发电机组的位置和朝向，以充分利用风资源。
风力发电机组的设计实例
华锐风电SL1500/82型风力发电机组
采用先进的直驱永磁技术，具有高可靠性、高发电效率和低维护成本的特点。

毕业答辩-电气类PPT

与电动机各类故障直接有较好的一一对应关系而实现对电动机的保护，但是对
于匝间短路故障，当发生匝间短路故障时，早期的故障程度较轻，对电动机的运行影响比较小，这时的故障很难发现，基本觉察不到，电动机仍然可以运行，
但是当故障发展到一定程度后，最后将导致单相接地或者相间短路故障。因此
利用常规的和对称分量法将很难在第一时间检测出定子绕组匝间短路故障
采样值保存
读时钟保护值计算调保护判据任务
清中断标志
中断返回
故障诊断程序
系统初始化
定子电流信号采样 N 采样完成？ Y 对称分量法分析和小波包分析
故障信号的特征向量提取
故障特征向量归一化处理
判断故障类型
开始
继电保护程序读取负序Fra bibliotek流 I 2读取负序电流保护定值 I 2 t 1 Y
,
I ,2, t 2
电机正常时频谱图
一匝短路时频谱图
两匝短路时频谱图
与电动机正常频谱相比，在发生绕组匝间短路故
障时，特征频率在148Hz，245Hz，355Hz附近的
频率幅值有了明显的增大，从图明显的看出，在故障情况下电动机定子电流中的基波和高次谐波都有大幅增大，我们可以将高次谐波的分量大量改变的这种特性作为电动机绕组匝间短路故障时的特征。
1 I A （ A B 2 C） I I I 3 1 I A （ A 2 B C） I I I 3 A 0 1 A B C） I （I I I 3
用正序分量、负序分量和零序分量就可以代替一个三相系统，正序
2.电动机故障检测方法和电动机设备保护理论
电动机故障检测方法：
1．温度检测法 2．在线放电检测法

风力发电系统 ppt课件

轴向-内转子结构同步发电机组示意图
29
5.2 同步电机发电原理
发电机：形式四极（p=2）双馈异步发电机额定出力 1560kW 转速(rpm) 1000～1800+11% 额定电压 690V 保护等级 IP54；空-空冷却器
变频器：形式 IGBT，脉宽调制变频器额定功率 300kW（1/3-1/4机组功率）
变频器生厂商：ABB；爱默生；施耐德；西门子
发电机
偏航驱动
机架
塔筒
主控柜
16
2）风轮系统叶片
3叶片
叶片面积
叶尖速比
实度
高速运行
低启动速度
变桨系统
0°
变桨控制
90 °
启动 3,11,25
停机
轮毂及轮毂罩
自动润滑系统
轴承和齿轮
最佳功率
17
2.1变桨系统
偏航驱动
机架
塔筒
主控柜
18
变桨系统的构成
1.变桨轴承 3套 2.自动润滑系统 1套 3.变桨齿轮葙 3套 4.变桨电气 1套包括：变桨控制箱 1套
sPem
变流器
P2 n n1
DFIG Pem
s Pem
变流器
1 s Pem
电网
（a）亚同步运行状态
（b）超同步运行状态
（a）亚同步运行状态：n< n 1 ,转差率s>0,频率 f 2 转子电流产生的旋转磁场
转速与转子转速方向相同。励磁变流器向发电机提供交流励磁，定子发电给
电网。
（b）超同步运行状态: n< n 1 ,转差率s<0,频率 f 2 转子电流产生的旋转磁场
一般可把电力电子换流器和风力发电机看作一个整体，这样风电机组的接线大都采用单元接线。

风力发电教程PPT学习教案

1
2
1
1
3
1
—根据流体运动的质量守恒定律，有连续性方
程
A1V1 = A2V2 + A3V3 其中：A、V分别表示截面积和速度。
下标1、2、3分别代表前方或后方、上表面
和下表面处。第15页/共88页
—根据伯努利方程：
2
P = Pi +1/2 * Vi
即：气体总压力=静压力+动压力=恒定值
考察翼型剖面气体流动的情况：
在叶轮前后，单位时间内气流动能的改变量：
P’= 1/2 SV (V21_ V22)
此既气流穿越叶轮时，被叶轮吸收的功率。
因此： SV2(V1-V2)= 1/2 SV (V21_ V22) 整理得： V=1/2 (V1+V2)
即穿越叶轮的风速为叶轮远前方与远后方风
速的均值。
第29页/共88页
4. 贝兹极限
最小阻力系数CDmin及对应攻角CDmin 。第23页/共88页
§2.2 叶轮空气动力学基础
叶轮的作用：将风能转换为机械能
一、叶轮的几何描述
叶轮轴线：叶轮旋转的轴线。
旋转平面：桨叶扫过的垂直于叶轮轴线的平面。
叶片轴线：叶片绕其旋转以改变相对于旋转平面的偏转角——安装角（重要概念）。
半径r处的桨叶剖面：距叶轮轴线r处用垂直于叶片轴线的平面第切24页出/共8的8页叶片截面。
用于风力发电的高速 Cp
风力机，常取较大的 0.5
尖速比。尖速比在5- 0.4
15 时，具有较高的 0.3
风能利用系数。通常 0.2
可取 6-8 。
0.1
3 6 9 12速比，具体对应关系如下表：
由于叶片数少的风力机在高尖速比运行的具有较高的风能利用系数，适合于发电。

风力发电机及其系统PPT课件

（2）定子铁心槽内的导体与转子上的主磁极之间发生相对运动
（3）导体切割磁力线感应出电动势
导体感应电动势的方向可用右手定则判断！
交变频率： f pn1 [Hz] 60
p：磁极的极对数
20
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生电磁制动力
（1）载流导体在磁场中受到电磁力（2）绕组电流受力形成电磁转矩（3）电磁转矩阻止转子旋转，是一种
0
if (Ff )
空载特性 E0＝f ( if )
23
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的外特性
U
外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝
const，cos＝const的条件下，端电

cos() 0.8 压U和负载电流I 的关系曲线。
UN
cos 1 外特性反映负载性质不同时，端电
cos 0.8
4
双馈异步风力发电机组
5
风力发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴线旋转的角度。显然，桨距角的变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV3Cp
• 风能转换率
Cpf(TS,R )
风电机组对发电机系统的基本要求：
（1）将旋转风力机的机械能高效率地转换为电能转速、转矩、效率、电压、电流、体积、重量
（2）输出的电能质量应满足电力系统的并网要求频率、有功、无功、波形畸变率、三相不平衡度、并网冲击、电压跌落跨越
（3）与风力机系统匹配，最大限度发挥风力机的风能转换率有无齿轮箱（直驱）、变速（MPPT）、变桨（恒功）

风力发电专题-毕业答辩ppt教程文件

详细描述
风力发电是利用风能驱动风力发电机组转动，进而通过发电机产生电能的过程。其原理基于风能转换原理，即风能通过风力机转换成机械能，再通过发电机转换成电能。
风力发电的优势与局限性
总结词
风力发电具有可再生、清洁、资源丰富等优势，但也存在一些局限性，如不稳定、噪声等。
详细描述
风能是一种可再生的能源，且无污染，利用风能进行发电可以有效减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放。此外，风能资源丰富，分布广泛，为风力发电提供了广阔的发展空间。然而，风力发电也存在一些局限性，如风能的不稳定性、对环境的破坏、噪声
等。
风力发电在全球的分布与现状
总结词
全球风力发电装机容量持续增长，主要集中在中国、美国、欧洲等地区。
详细描述
近年来，全球风力发电装机容量持续增长，特别是在中国、美国和欧洲等地区。这些国家和地区拥有丰富的风能资源以及较为完善的风电产业链，为风电的发展提供了有力支撑。同时，随着技术的不断进步和成本的不断降低，风电在全球能源结构中的地位日益重要。
风力发电专题-毕业答辩ppt教程
目录
CONTENTS
• 风力发电技术概述 • 风力发电技术详解 • 风力发电的未来发展 • 风力发电的实际应用案例 • 风力发电的效益与挑战 • 总结与展望
01 风力发电技术概述
CHAPTER
风力发电的定义与原理
总结词
风能是一种可再生的、清洁的能源，风力发电则是利用风能进行发电的技术。
国际知名项目
介绍一些国际上知名的风力发电项目，如英国的格拉斯哥风力发电项目、德国的北海风力发电项目等，这些项目在技术创新、环境影响和能源供应方面的突出表现。
风力发电在偏远地区供电的应用
偏远地区供电现状

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为了缓解因为火力发电产生的严重大气污染，我国从上世纪末就开始一直在致力于推广风力发电。 2016年，全国新增装机容量2337万千瓦，累计装机容量达到1.69亿千瓦。
图1 全国新增装机容量和总装机容量
4
研究背景
随着风力发电的不断发展，风电机组总装容量正在不断增加，风机单机容量也随之不断增加。最新投入生产的我国风电机组最大单机容量达到了5MW，叶片直径到达115m，因为风机机型较大且运行环境恶劣，我们需要对风机进行实时监控。目前基于PLC和SCADA的风力发电机状态监控与故障诊断系统存在一定的局限性，为了更好的实时监控风机和进行风机故障预测，我们需要寻找一种更加实际有效的故障诊断方法。
w(t )
通过平移窗口来对整个时域上的原始信号进行分析，通过在每个时间间隔中进行傅里叶变换，确定这些间隔里存在何种频率，其数学模型为：
STFT {x(t)}( , w) x(t)w(t )e jwt dt 虽然短时傅里叶变换相较于快速傅里叶变换已经取得了较大的进步，但是仍然还存在窗口不能随信号变化的问题。
19
信号分解与重构
首先需要加载一个原始信号，然后执行信号的单级小波分解，通过系数构建近似值和细节，并显示近似和细节，最后通过逆小波变换重新生成信号。接下来，我们又对重构的原始信号执行信号的多级小波分解，同样的提取近似和细节系数，重构3级近似，重建1级， 2级和3级细节，通过图形来表达显示多级分解的结果。最后，我们需要从3级分解重建原始信号，并从信号中消除噪音，从而优化分析。
风力发电机远程监控系统
基本组成 PLC系统
SCADA系统仿真平台
6
基本组成
风力发电机远程监控系统一般由四部分组成包括远程监控层、组织层、协调层、现场执行层。
其运用到的两个主要子系统是SCADA系统和PLC系统。
图 2 风力发电机远程监控系统结构图
SCADA系统
SCADA系统主要由系统硬件、系统软件以及系统通信三部分组成。硬件部分主要构成了SCADA系统的主要物理结构。软件部分主要被用来处理风电场SCADA系统接收到的数据。通信部分主要是为了接受和传输数据。
变速异步风力发电机电信号处理系统软件设计
指导老师：xxx教授
汇报人：xxx
答辩日期 20xx/0x/xx
目录
CONTENTS
课题研究背景 01
02
风力发电机远程监控系统
电信号处理理论方法研究
03
04
系统软件设计方法步骤
总结与展望 05
06 致谢
2
课题研究背景
3
研究背景
由于过度使用化石能源，导致环境污染日益严重，为了缓解这种情况，人们对清洁能源的利用变得越来越重视，其中尤以风能为重。
11
电功率信号简介
风力发电机的电功率信号，在本文中指的是风力发电机的发电机输出的功率信号。风电机组的电功率信号包含了机组很多部件的信息，从中我们可以获得风电机组的运行状态和实现故障诊断。与传统的振动和温度等信号采集方法相比较，电功率信号的采集不需要再钻孔安装，不会增加对风力发电机物理结构的影响。
原始信号
20
信号分解与重构
一级近似和一级细节
三级近似和一二三级细节
三级近似和一二三级细节
风力机机舱模型图
快速傅里叶变换
快速傅里叶变换，又称FFT变换，它是一种将信号频率成分通过变换清楚展现出来的频域分析方法。除此之外，FFT有一个明显的缺点就是，对于非平稳信号，经过FFT变换之后，信号的幅值会被平均掉，导致信号FFT变换之后的幅值与真实信号的幅值有较大差距。
课题利用半物理仿真平台模拟了风电机组，并利用快速傅里叶变换对仿真实验数据进行了处理。实验采样频率为10Hz，采样时间为50s，处理的数据为500个。
快速傅里叶变换
从上图可以看出，我们输入的信号是非平稳信号，幅值随时间在变化，信号频率也是随时间在变化的。在经过FFT变换之后，我们可以看到该信号的主要频率是0HZ,即该信号主要由直流量组成。
图1 快速傅里叶变换原始图与幅频图
短时傅里叶变换
通过把原始信号进行划分，得到众多小的时间间隔，即建立一个窗函数
小波分析
为弥补前两种方法存在的不足，我们可以使用小波分析来处理电信号。小波分析可以提供窗口长度能够随信号频率改变而改变的窗函数，从而可以更加准确地分析处理信号。小波分析可以针对不同的信号选择不同的小波类型，在确定了小波基类型之后，我们可以通过改变小波的尺度参数来找出最符合需要分析的信号的小波。
风电场SCADA系统
PLC系统
PLC 系统是一种工业控制的计算机，它是通过执行反映控制要求的用户程序来实现的对整个设备的控制分析。 PLC工作过程主要分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。
PLC具有操作方便、编程灵活，处理性能强，具备实时数据掉电存储区等功能。为了实现强大的处理功能，PLC系统的组成模块相当多。
Morl小波基型
系统软件设计方法步骤
自动寻址信号分解与重构故障特征频率提取数据采集小波变换 Nhomakorabea17
自动寻址
本课题中我们所讨论的MATLAB自动寻址，其实就是利用MATLAB软件编程里面的一些特定函数来调用数据文件夹。为了保证数据文件的正常调用，我们需要保证被调用的数据文件是已经解压过的。
18
数据采集
本课题采用的数据的采样频率为30Hz，即每秒钟采30个数据。根据奈奎斯特采样定理，MATLAB程序将设定为能处理所有低于或等于15Hz的故障信号。由于风机存储的数据格式为每十分钟一组数据，因此每组数据当中包含了18000个数据。本课题根据目前风电场数据的特点，设定程序每5秒提取一次数据。今后，我们还需要在时间上更加智能化地提取数据，以至于可以最大程度地保留信号的时域信息。
机舱PLC系统
塔基PLC系统
仿真平台
研究风电机组半物理仿真系统的目的主要是为了在减少大量的研究设备费用的基础上，寻找一种能够进一步深入研究风力发电机故障诊断和状态监控的有效和实用的方法。
图1 半物理仿真平台原理图
图2 半物理仿真平台实物图
电信号处理理论方法研究
电功率信号简介短时傅里叶变换
快速傅里叶变换小波分析