风力发电系统的控制原理

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，转速还没来得及变化，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。

中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。

高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。

４，双馈异步风力发电控制系统

双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。

转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。由此可知：

Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ

Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率

转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，经变频器流入转子，电网收到的功率为定、转子输出功率之差，小于定子功率。

５，双馈异步控制系统的运行过程

系统的运行分为两个阶段：

同步阶段：在此过程中风机已经开始转动，当其转速大于启动转速后，充电回路先闭合，使变频器直流电容电压升高，当电压大于８０％额定值后，转子回路主接触器闭合，并且同时断开充电回路接触器。母线电压不断升高至额定值，这时变频器逆变器开始工作，电机转子中有电流，所以在定子中有电压产生，变频器检测电网电压和电机定子电压，通过调节住转子的电压电流，使这两个电压同步，并且闭合定子主接触器，系统便完成了同步切入。

运行阶段：同步切入结束后便进入正常运行阶段，这个时候通过上述的三阶段控制方法使风力发电机输出最大的额定功率。在实际运行中，变频器接收主控制传输过来的两个主要控制信号：功率因数和电机力矩。功率因数信号使变频器输入端的输入功率因数始终为１，电机力矩使风力发电系统始终随着风速变化而输出最大的额定功率。主要的控制方式可以通过矢量控制和直接力矩控制都可以实现上述功能，在这里就不多讲了。

双馈系统在变频器中仅流过转差功率，其容量小，通常按发电总功率的２５％左右选取，投资和损耗小，发电效率高，谐波吸收方便。由于要求双向功率流过变频器，它必须是四象限双ＰＷＭ变频器，由两套ＩＧＢＴ变换器构成，价格是同容量单象限变频器的一倍。而且只能使用双馈电机，效率较低，而且有滑环和碳刷，维护工作量较大。

６，永磁同步全馈风力发电控制系统

永磁同步全馈风力发电控制系统采用采用永磁同步电动机作为发电机，同步电动机输出的频率和电压随转速变化的交流电，经一台双象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接至恒压、恒频电网。

目前，永磁同步全馈风力发电系统的最大功率可至５ＭＷ，而且采用低速永磁同步电动机，并且取消了中间的齿轮变速箱，变频器采用双ＰＷＭ型的中压变频器，主要应用在离岸的风力发电场中。

永磁同步全馈风力发电控制系统的运行和双馈系统基本类似，也通过同步切入过程，和正常运行阶段，控制方式也采用上述的三段式控制。

永磁同步全馈风力发电控制系统发电机发出的全部电功率都通过变频器，变频器容量需按１００％功率选取，比双馈系统容量大，投资和损耗大，使用永磁同步发电机，电机轻，取消变速齿轮结构减轻了整机重量，变换器增加的投资可以从机械结构的节约中得到补偿。７，风力发电系统中的辅助控制系统

这些辅助控制系统由风力发电系统的主控制器控制，主要包括：

桨叶倾角控制系统：桨叶倾角控制通过液压执行机构来实现，在转速随风速增加升至额定转速后，通过加大倾角来维持转速不变，目前工程上使用线性ＰＩＤ控制器来进行控制。

偏航控制系统：偏航系统有两个主要目的：一是使风轮跟踪变化稳定的风向，二是当风力发电机组由于偏航作用，机舱内引出的电缆发生缠绕时，自动解除缠绕。偏航系统一般通过控制电机实现。

风机制动系统：风叶的制动系统采用液压的盘式刹车系统，一般安排在高速轴上。具有三种刹车方式：正常停机方式；安全停车方式；紧急停车方式。

其他安全保护系统：其他安全保护系统主要有：超速保护、电网失电保护、电气保护（过压，过流）、雷击保护、机舱机械保护、桨叶保护、紧急安全链保护等等。

风力发电原理

▲1-3 风能具有哪些特点？ （1）风能蕴藏量大、分布广。（2）风能是可再生能源。（3）风能利用基本没有对环境的直接污染和影响。(4)风能的能量密度低。（5）不同地区风能差异大。（6）风能具有不稳定性。 ▲1- 风力发电技术的发展状况 当前风电技术和设备的发展主要呈现大型化、变速运行、变桨距、无齿轮箱等特点。 (1)水平轴风电机组技术成为主流。（2）风电机组单机容量持续增大。（3）变桨距技术得到普遍应用。（4）变速恒频技术得到快速推广。（5）直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。（6）大型风电机组关键部件的性能日益提高。（7）智能化控制技术广泛应用。（8）叶片技术不断进步。（9）适应恶劣气候环境的风电机组得到重视。（10）低电压穿越技术得到应用。 （11）海上风电技术成为重要发展方向。（12）标准与规范逐步完善。 ▲2-8 为什么国际上通行的计算平均的时间间隔都取在10min至2h范围？ 由范德豪芬的平均风速功率谱曲线可知，在10min至2h范围的平均风速功率谱低而平坦，平均风速基本上是稳定值，可以忽略湍流的影响。 ▲2-9 什么是风速廓线？ 在大气边界层中，由于空气运动受地面植被、建筑物等得影响，风速随距地面的高度增加而发生明显的变化，这种变化规律成为风剪切或风速廓线。▲2-11 什么是风向玫瑰图？ 风向玫瑰图常用来表示某一风向一年或一个月出现的频率。 ▲2-15 风在静止叶片上的空气动力是如何形成的？ 由于叶片上方和下方的气流速度不同（上方速度大于下方速度），因此叶片上、下方所受的压力也不同（下方压力大于上方压力），总得合力F即为叶片在流动空气所受到的空气动力。 ▲2- 风的测量设备？ 风向：风向标、光电管、码盘。风速：皮托管、热线风速仪、风杯、螺旋叶片。 ▲2- 风能资源评估及风电场选址 评估参数：平均风速、主要风向分布、风功率密度、年风能可利用小时。宏观选址：（1）风能质量好（2）风向基本稳定（3）风速变化小（4）尽量避开灾难性天气频发地区（5）发电机组高度范围内风速的垂直变化小。（6）地形条件好。（7）地址情况能满足塔架基础、房屋建筑施工的要求，远离强地震带等。（8）对环境的不利影响小。（9）尽可能接近电网并考虑并网可能产生的影响。（10）交通方便。微观选址：（1）考虑地形的影响（2）考虑机组的排列方式。 ▲4-7 什么是并网风力发电机变速恒频运行方式？哪些类型的发电机？ 在不同风速下，为了实现最大风能捕获，提高风电机组的效率，发电机的转速必须随着风速的变化不断进行调整，处于变速欲行状态，其发出的频率需通过一定的恒频控制技术来满足电网要求。双馈异步交流发电机，永磁低速交流发电机 ▲4-8 双馈异步发电机的基本工作原理。 (公式)n2为转自中通入频率为f2的三项对称交流励磁电流后所产生的旋转磁场相对于转自本身的旋转速度（r\min），改变f2,即可改变n2。设n1为对应于电网频率50Hz时发电机的同步转速，而n为发电机转自本身的旋转速度，只要n+n2=n1，则定子绕组感应出的电动势的频率将始终维持为电网频率f1不变。由转差率公式s=。。。可得f2=sf1。所以只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率的电流，双馈异步发电机可实现变速恒频运行的目的。 双馈型异步发电机实行交流励磁，励磁电流的可调量为其幅值、频率和相位。调节频率，可保证发电机转速变化时发出电能频率的稳定；调节幅值，可调节发出的无功功率；改变转子励磁电流的相位，调节了发电机的功率角。在一定工况下，转子也向电网馈送能量。 ▲4-9 叙述双馈异步发电机的功率流向。 （1）亚同步状态当n

风力发电机原理

《可再生能源与可持续发展》作业题目：风力发电机原理 班级：08机制4班 姓名：毛羽西 学号：0822405 教师：李永国 2011年11 月

目录 1 风力发电机概述 (2) 2 水平轴涡轮发电机 (2) 2.1 水平轴涡轮机结构 (3) 2.2 水平轴涡轮机叶片 (4) 2.3 发电机 (5) 2.4 制动系统 (6) 3 风力发电前景展望 (7) 结论 (7) 参考文献： (7)

风力发电机原理 1 风力发电机概述 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，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：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。每一部分都很重要，各部分功能为：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。 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。 风力发电机的基本工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，将风的动能转变为风轮轴的机械能，风轮轴带动发电机旋转发电。其中风能转化装置称为风力机。风力机的核心部分为叶轮的设计，随着空气动力学的飞速发展，叶轮设计已经取得了巨大的进步。[1] 2 水平轴涡轮发电机 正如其名字的含义，水平轴风力涡轮机的转轴是水平安装的，与地面平行。水平轴风力涡轮机需要使用偏航调整装置时刻根据风向进行调整。偏航系统通常包括电机和变速箱，用于缓慢左右移动整个转子。涡轮机的电子控制器读取风向标设备（机械或电子风向标）的位置，并调整转子位置以尽量捕获最大的风能。水平轴风力涡轮机使用塔架将涡轮机组件上升到最适合风速的高度（这样叶片便不会碰到地面），并且占用非常少的地面空间，因为几乎所有组件都在高达80米的空中。

风力发电机的工作原理

风力发电机的工作原理 风力发电机原理 是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。 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，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：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。每一部分都很重要，各部分功能为：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。 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。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。 使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

风力发电机控制原理

风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统，具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程，最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词：风力涡轮机；双馈异步；永磁同步发电系统 概述： 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制，目前主要的两种控制方式是：双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前，我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 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，转速还没来得及变化，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。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图４，绕线异步电动机的定子直接连接电网，转子经四象限ＩＧＢＴ电压型交－直－交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率，随着转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频（５０ＨＺ）的转差功率，送至电网。由图４可知： Ｐ＝ＰＳ－ＰＲ；ＰＲ＝ＳＰＳ；Ｐ＝（１－Ｓ）ＰＳ Ｐ是送至电网总功率；ＰＳ和ＰＲ分别是定子和转子功率 转速高于同步速时，转差率Ｓ＜０，转差功率流出转子，经变频器送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率；转速低于同步转速食，Ｓ＞０，转差功率从电网，

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风力发电机工作原理__图文 前言：由于环境污染，人类对大自然的过度开采，我们对无污染、可再生的能源越来越重视。风能就是这样一种无须燃料、无污染、可再生的能源。风力发电机作为把风能运用率较高的产品，受到世界各国的重视。为了让风力发电机更好的为人们服务，今天我们来研究一下风力发电机工作原理。 关键词：风力发电机，风力发电机工作原理，风力发电机结构 一、风力发电机结构 高 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。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。 7、电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，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力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。 8、液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。 9、冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

10、塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 11、风速计及风向标：用于测量风速及风向。 二、风力发电机原理 现代风力发电机采用空气学原理，就像飞机的机翼一样。风并非“推动”风轮叶片，而是吹过叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转并不断横切风流。 面向来风，从而令风轮刹车。 在风速很低的时候，风力发电机风轮会保持不动。当到达切入风速时(通常每秒3到4米)，风轮开始旋转并牵引发电机开始发电。随著风力越来越强，输出功率会增加。当风速达到额定风速时，风电机会输出其额定功率。之后输出功率会保留大致不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候，风电机会刹车，不再输出功率，为免受损。 青岛恒风风力发电机有限公司是一家专注研发、制造、销售为一体的科技型企业，公司始建于2004年，厂房占地面积5000 余平。公司主要生产150瓦至500千瓦的水平和垂直轴的中小型风力发电机组，风光互补供电系统，广泛应用于离网和并网型发电系统。生产中我们严格按照ISO9001国际标准生产管理体系，并拥有标准的生产线，自动包装流水线，严

风力发电控制系统

贝加莱风力发电控制系统 2009-05-18 09:24 1、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展，即使在金融危机的大形势下，风力发电行业仍然不断的加大投资。在2008年，风力发电仍然保持着30%以上的强劲增长势头，包括Vestas、Gemsa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。 国内的风力发电控制技术起步较晚，目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统，价格高昂且交货周期较长。开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程，一方面，由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高，而造成陷入激烈的价格竞争，另一方面，寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。 然而，风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求，这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求，而B&R的控制系统，在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计，在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。 2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素，发电机组的转速等诸多因素的影响，因此，它包含了复杂的控制算法设计需求，而这些，对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求，而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力，不仅仅是这些，还包括了以下一些关键技术： 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制，而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展，复杂控制将越来越多的应用于机器，而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用，PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向而设计了PCC 产品来满足这一未来的需求。 为了满足这种需求，PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统（OS）上，支持高级语言编程，对于风力发电而言，变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂，这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计，并且，代码安全必须事先考虑，以维护在研发领域的投资安全。 2.1.2功能块调用 PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic库

风力发电原理及应用探讨 马雪峰

风力发电原理及应用探讨马雪峰 发表时间：2019-11-20T15:17:34.283Z 来源：《基层建设》2019年第24期作者：马雪峰[导读] 摘要：近年来，我国的风力发电越来越多。 三峡新能源大柴旦风电有限公司青海省海西州大柴旦行委锡铁山镇 816203 摘要：近年来，我国的风力发电越来越多。风能作为一种清洁能源，日益受到各国的重视，发展风力发电技术成为当前迫切需要解决的问题。本文就风力发电技术的原理和当前我国在风电技术方面的发展状况进行探讨。 关键词：环境污染；新能源；风力发电引言 19世纪70年代以后，人类开始进入二次工业革命，人类社会也开始进入电气时代，电力得到了广泛应用，并取代了蒸汽成为工业生产和社会生活的主要能源，给人类社会的生产结构和生活方式带来了巨大的改变。随着发电技术的发展，风力发电技术在我国得到了普遍应用，而风力发电过程中风力发电系统控制技术是促进风力发电技术进一步发展的重要基础和影响因素，但是，随着我国社会经济发展和人类生活对电力需求的增大，我国原有的风力发电系统控制技术已无法满足现代风力发电技术的高要求，阻碍了风力发电技术的进一步发展。 1风力发展的现状中国拥有丰富的风能资源，全年风能资源总量32．26亿kW（地面以上10m风速大于5m/s），实际可开采量为10．4亿kW。根据我国的实际情况，新能源战略已经开始着重发展风电。因此我国风电发展前景相当可观，从现在到未来将保持高速发展的趋势，同时，随着风力发电技术的逐步成熟，风电行业的盈利能力也将稳步提高。根据中国工商业研究院发布的数据，截至2017年底，全球风电市场主要集中在5个国家：中国、美国、德国、印度和西班牙。其中，中国累计装机容量188392兆瓦，居世界第一，美国累计装机容量89077MW，居世界第二。与2007年前我国风电装机容量相比，近年来我国风电装机容量实现了质的飞跃。因为不断增加的装机容量，中国已成为了世界上最重要的风力发电国之一。 2我国风力发电的现状及存在的问题我国幅员辽阔，风力资源极为丰富，十分有利于风电行业的发展。近年来，国家对风电产业的发展十分重视，投入了大量的研发人员和资金，累计和新增风电装机容量世界排名第一。我国风力资源主要分布在地广人稀的西部地区、华北丘陵地区以及东南沿海地区，累计建设了180多家风力发电厂，很好的缓解了当地的用电荒问题。目前我国风力发电系统中的大部分部件和技术都是自主研发，但是核心部件还是依靠国外进口，缺乏自主技术。由于风电技术在我国发展的时间较短，同时我国风力资源分布不均匀，风电技术存在市场化水平低、技术欠成熟、安全保障不足等问题。风力资源分布不均匀导致风电场发的电需要通过远距离输送到需要电的地区，同时风力资源较匮乏的地区无法建设风力发电站，造成风电技术发展不平衡。风能的间歇性和不稳定性也会导致电能质量较低。此外，部分地区对清洁能源的认识不够深刻，忽视了风电技术对环境带来的红利，导致没有对风电资源进行充分开发。由于我国风力发电技术发展时间较短，缺乏自主化技术，很多核心技术和部件还需要依赖西方发达国家，这样就造成被动的技术依赖和过高的资金技术消耗。同时风电传输技术和设备的不完善，风电机组运行存在安全隐患，电力运营管理人才缺乏，都是制约风电技术的瓶颈。当前风力发电行业的商品化程度依旧较低，缺乏一套完善的市场体制来保证行业的稳定发展，国家尚需投入大量人力物力财力来发展配套设施和人员。 3解决我国风力发电面临问题的举措 3.1做好谐波抑制措施 第一种是做好谐波抑制工作，影响风力发电并网技术质量的因素有很多，其中，电能的质量情况在其中占有非常重要的地位。为了最大程度的提高电能的利用效率，相关的技术人员主要采取的方式是通过对结合组静止无功补偿器进行使用，来对影响谐波的因素进行抑制。由于我国电力行业的发展在最近几年来受到了人们的广泛关注，电能设备的发展方向朝向多元化、丰富化的方向发展，现阶段，市场上抑制器的种类也越来越丰富。谐波抑制工作使用的抑制器是组合型的，由可投切电容器、电抗器以及谐波滤波装置构成，这种抑制器与其中类型的抑制器相比，功率的转化速度加快，可以对风力情况进行追踪检查，可以在短时间发现不稳定的情况，并且对这种情况进行及时的解决，提高抑制谐波的效率以及风力发电的质量情况。 3.2加大研发和管理力度，促进风电产业结构调整 不能过分依赖产品和技术进口，要建立完善的人才培养机制，积极创新，研发出具有自主知识产权的风电技术。 3.3完善风电信息分析工作，强化并网管理 第二项工作是加强信息的管理以及提高并网技术体系。为了提高风力并网工作的完成效率，相关的技术人员应该在风力发电的过程中，建立信息完善平台，对风力发电的数据以及信息进行收集、整理。信息的收集以及整理是一项十分漫长的过程，包括多个行业、多个领域，其中风电规划前期、后期以及运行中期的数据都应该进行记录，数据的完整性对并网的后期管理具有十分重要的作用。并网管理是多方面的，为了提高并网管理的质量，相关的单位应该建立专门的管理队伍，对并网进行大规模的监管、检测，进一步完善风力发电的管理体系，除此之外，对于大型的风力发电项目，要做好年度的规划，对风力发电的情况进行严格的记录，根据有关的资料显示，风力发电管理体系的制定以及完善可以从根本上提高用电的质量情况，提高相关产业的工作效率。 3.4我国部分区域的风能资源开发 根据中国中东部和南方地区陆上风能资源分布广泛、用电地区近的特点，按照“就近接入、本地消纳”的原则，中东部和南方地区成为国家发展风电的选择区域，这些地方的风能资源将得到规模化开发，具体表现为3个方面：①中东部和南部地区成为项目核准地区。②调整这些地区的上网电价，以吸引当地的风电投资。③国家在《风电发展“十三五”规划》提出，中东部和南方地区陆上风电在2020年新增并网装机容量将达到4200万kW以上，累计并网装机容量达到7200万kW以上。 3.5强化故障诊断，提升电能质量 对风力发电机组的故障进行分析，进而对故障进行诊断。风力发电机组的相关技术人员要对风力发电行业中存在的问题进行分析，分析之后提出相应的解决措施，只有提高设备的质量，才能进一步提升风力发电机组的发电质量。 3.6杜绝安全隐患

风力发电系统的控制原理

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，转速还没来得及变化，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。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统

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。 风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力，理论上最高转换效率约为59%，实际上大多数的叶片转换风能效率约介于30-50%之间，经过机电设备转换成电能后的总输出效率约为20-45%。一般市场上风力发电机的启动风速约为2.5-4米/秒，于风速12-15米/秒时达到额定的输出容量。当风速更高时，风力发电机的控制机构将电力输出稳定在额定容量左右，为避免过高的风速损坏发电机，大多于风速达20-25米/秒范围内停机。一般采用旋角节制或失速节制方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。依据目前的技术，3米/秒左右的风速(微风的程度)便可以进行发电。但在进行风场评估时，通常要求离地10米高 的年平均风速达到5-5.5米/秒以上。

风力发电原理

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。 现状:风力发电正在世界上形成一股热潮，风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国风能资源十分丰富，我国也在西部地区大力提倡,管理滞后影响风电“进步” 首先，我国对风能资源的普查、评价、规划管理严重滞后，资源分散，缺少整合，没有形成全国统一的国家级风电产业研机机构，缺少对产业资源的集中和整合。 其次，单位kW造价高，火电平均4500元/kW，风电平均每8000~9000元/kW，平均造价高于火电。火电平均电价0.36元/千瓦时，风电平均电价为0.56元/千瓦时，在我国南方地区电价，还要略高于北方地区。影响电网并网发电的积极性。 第三，目前市场和产业化基本上没有形成，风电机组和系统设计技术、设备性能、效率以及技术工艺水平与欧洲相比存在很大差距。国产风电关键部件，如液压系统、联合器、电控等可靠性差，技术不够成熟。 改善“环境”加快风电步伐 前景:它的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低。；风力发电产业发展前景非常广阔， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 我国风能资源十分丰富，它是一种干净的可再生能源；风力发电产业发展前景非常广阔， 优缺点:它的优势不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低,我国风力资源丰富,缺点,效率低,造价昂贵,技术有待改进,管理不够完善 回答者：31373674 - 见习魔法师二级 7-18 11:08 提问者对于答案的评价：很好，谢谢评价已经被关闭目前有 1 个人评价 好 100% （1）不好 0% （0） 其他回答共 1 条 风力发电是继IT等产业后的又一个朝阳产业，发展和利用风能等可再生资源已经成为国际电力发展的大趋势。据报道，到2020年，风力发电可提供世界电力需求的12%，可创造180万个就业机会，可在全球范围内减少二氧化硫等废气的排放100多亿吨。 根据世界风能委员会（GWEC）的报道，2004年世界风能工业增长20%，新装机的风电能力为7976MW，风力发电总能力已经达到47407MW。2004年，欧洲新装机的风力发电能力约占全球新增风力发电装机容量的71.46%。其次是亚洲、北美和太平洋地区，分别为15.9%、6.4%、4.1%。德国、西班牙、美国、丹麦和印度是风力发电装机能力最大的国家。 据统计，2004年欧洲继续统治着全球风力发电市场，新建风力发电装备价值57亿欧元，新增风力发电能力5744MW,大约有5700MW的新增风电并入欧洲电网，使得欧洲风力发电的装机容量达到34205MW。在欧洲，利用风能最成功的国家是德国、西班牙和丹麦。在这些国家，风力发电能力占本国总发电量分别为7%、6.5%、20%。欧洲的电力供应一直在增长，1997年增长率为14%，估计2010年将达到21%，在新增的装机容量中，大约有二分之一的电力将由风能提供。

风力发电机的原理及应用前景

风力发电机的原理及应用前景 摘要：许多世纪以来，风力发电机同水力机械一样，作为动力源替代人力、畜力，对生产力的发展发挥过重要作用。70年代初期，由于“石油危机”，出现了能源紧张的问题，人们认识到常规矿物能源供应的不稳定性和有限性，于是寻求清洁的可再生能源遂成为现代世界的一个重要课题。风能作为可再生的、无污染的自然能源又重新引起了人们重视。 关键词：风力发电，原理，应用前景，自然能源 随着科技的不断进步，社会的不断发展，能源问题将会成为未来人类必须解决的问题之一，同时可再生能源结构会成为未来能源的倾向之一。现如今风能作为一种无污染的可再生能源备受人们的关注，风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。在一定程度上，风力发电将会成为未来最具潜力的新能源之一。 一、风力发电机原理 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。 风力发电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

是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：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。每一部分都很重要，各部分功能为：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。 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。 机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型 二、风力发电机结构 机舱，转子叶片，轴心，低速轴，齿轮箱，发电机，电子控制器，液压系统，冷却元件，塔，风速计及风向标，尾舵 三、风力发电机类型

风力发电机控制系统毕业设计(论文)word格式

风力发电机控制系统 风机控制系统：监控系统、主控系统、变桨控制系统、变频系统。 1、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展，即使在金融危机的大形势下，风力发电行业仍然不断的加大投资。在2008年，风力发电仍然保持着30％以上的强劲增长势头，包括Vestas、Gem sa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。 国内的风力发电控制技术起步较晚，目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统，价格高昂且交货周期较长。开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程，一方面，由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高，而造成陷入激烈的价格竞争，另一方面，寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。 然而，风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求，这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求，而B&R的控制系统，在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计，在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。 2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素，发电机组的转速等诸多因素的影响，因此，它包含了复杂的控制算法设计需求，而这些，对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求，而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力，不仅仅是这些，还包括了以下一些关键技术： 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制，而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展，复杂控制将越来越多的应用于机器，而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用，PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向 而设计了PCC产品来满足这一未来的需求。 为了满足这种需求，PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统(OS)上， 支持高级语言编程，对于风力发电而言，变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂，这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计，并且，代码安全必须事先考虑，以维护在研发领域的投资安全。

风力发电机组控制系统

风力发电机组控制系统

风力发电机组控制系统功能研究 风力发电机组控制系统简介 风力发电机组由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，其相当于风电系统的神经。因此控制系统的质量直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全性。 自热风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对封以及运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程控制，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求。与一般的工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。他不仅要监视电网、风况和机组运行参，对机组进行控制。而且还要根据风速和风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率。 控制系统的组成 风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。 风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是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。 控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最