PLC控制器在风电机组中的应用
中图分类号:T M315 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2009)01-0097-02
P LC控制器在风电机组中的应用
魏 仲,晁 勤,马成兴,曹连山
(新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000)
摘 要:结合750kW风力发电机组的控制要求,对风电机组P LC控制系统进行了分析,研究了P LC控制器的构成和风机运行控制方法,并对该系统的P LC控制系统的软件、硬件进行了设计。
关键词:风电机组;P LC;风机控制
Application of PLC controller in wind turbine generater
WEI Zhong,CHAO Qin,MA Cheng2xing,CAO Lian2shan
(School of E lectrical E ngineering,Xinjiang U niversity,U rumqi830000,China) Abstract:This paper analyzed P LC control system of wind power group combining with control requirements of750kW wind turbine,studied the com position of P LC controller and fan control method,and designed s oftware and hardware of this P LC control system.
K ey w ords:wind power unit;P LC;fan control
0 引言
风能作为一种取之不尽、清洁无污染的可再生能源,其开发利用已经受到了世界各国的普遍重视,作为风力资源丰富的国家之一,我国的风力发电水平也取得了较快的发展。从20世纪70年代开始,并网型风力发电己经逐渐开始商业化,技术也日益成熟,单机容量越来越大,而失速型异步风电机已成为国内风电场的主要机型。作为采集风能的主要形式,风电机组的控制问题研究变得越来越重要。目前,在风电机组控制运行上,P LC控制已被国内外普遍采用。
在最近几年,P LC以其诸多特点获得广泛的使用,在工业先进国家已成为工业控制的标准设备。它专为工业控制而设计,集电气、仪表、控制三电于一体,是实现机电一体化的理想控制设备。P LC采用可以编制程序的存储器,除了可以执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,还可以完成各种顺序或定时的闭环控制功能。通过各类通讯接口与模块处理,进行数字式或模拟式的输入和输出,方便各级连接,体积小、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、能在恶劣环境下长时间、不间断运行,且编程简单,维护方便。本文就S7-300P LC 系统在失速型并网异步风力发电机组中的应用进行了说明。
1 风机控制装置
风机控制是整个风电机组安全可靠运行的关键技术,控制装置与风力发电机组的其余各部分密切相关,是风电机组运行的大脑,是整个机组正常可靠运行以及实现最佳运行的可靠保证[1]。风机控制系统结构图如图1所示,主要包括中心控制器、软并网控制系统、无功补偿控制系统和偏航控制系统等[2]。
1.1 风机控制系统硬件结构设计
风电机组大多工作于高温、高寒、高湿、风沙等恶劣的自然环境与强电磁干扰环境中,且无人值守,要求其主控制器抗干扰能力强,工作可靠性高,各种运行参数测量准确,控制策略合理,对故障的判断处理及时准确。通过分析机组的控制要求与特点,顺序控制较多,控制系统需要处理的输入输出信号也大都是开关信号,所以选用P LC作为主控制器可以满足风电机组对其控制系统的要求。衡量风电机的要求需要,选择西门子公司的S7-300型P LC模块作为失速型并网异步风电机组的中心控制器。
收稿日期:2008-06-05
作者简介:魏仲(1982-),男,电力系统及其自动化专业硕士研究生,研究方向为电力系统稳定与控制。
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图1 风机控制系统结构图
风电机组控制装置的硬件组成主要包括主控制
柜(Main panel )、计算机柜(C om puter panel )、电容柜(Phase com pensation )、顶部控制柜(T opbox )、传感器、
执行机构以及控制电缆等。在750kW 风电机组中,塔顶机舱柜中P LC 模块主要包括数字量输入模块S M321、模拟量输入模块S M331、高速记数模块FM350、接口模块I M153(ET 200系列)等;塔底控制
柜中P LC 模块主要包括CPU 模块CPU -315、数字量输入模块S M321、数字量输出模块S M322、通讯处理器CP340、电源模块PS307等。塔底控制柜和塔顶控制柜P LC 排布如图2所示。
图2 塔底柜和机舱柜之间结构图
112 风机控制系统软件结构设计
结合P LC 系统的特点,使用STEP7对机组控制系统编写风机控制应用程序,采用语句表和梯形图相结合的方法,实现了应用程序的模块化、结构化编程。为更加方便、安全地进行风电机组的控制,把风电机组所要实现的控制功能分成几个相对独立的任务,按照模块化的软件编程方法进行编程,主程序主要完成风电机组的机组启动、软并网、大小电机切换控制以及发电系统的功率优化等;子程序主要包括:停机子程序、紧急停机子程序、偏航子程序、解缆子程序、齿轮油泵启Π停控制、液压油泵启Π停控制以及齿轮油加热与冷却子程序等。风电机组的主流程如图3所示。
图3 风机运行主流程图
(下转第101页)
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证书签发者的签名信息由三个部分组成:①签名算法标识:C A使用SH A1消息摘要算法和EC DS A 签名算法对证书签名。②签名算法参数:签名算法参数从C A根证书的主体公钥信息中获得。③数字签名:计算证书的SH AI消息摘要和EC DS A数字签名,将签名值作为BIT STRI NG类型的AS N1编码保存于该字段中。
在T LS握手协议中,客户或服务器认证需要通过C A证书来完成,因此,扩展的C A证书需支持ECC算法的签名与认证。实现的X.509v3证书的ECC扩展,可根据给定的ECC参数生成X.509格式的EC DS A签名证书,应用于T LS握手协议中[5]。3.3 扩展椭圆曲线和曲线上点格式
在T LS握手开始新的连接阶段,新的T LS扩展允许使用特殊椭圆曲线和点格式(例如压缩,解压缩),以支持相应的受限客户。在客户ClientHello消息中,客户端列举所支持的曲线及点格式的扩展。同样,在服务器ServerHello消息中,服务器端也列举所支持的曲线及点格式的扩展。
T LS客户端可选择E CC加密组在客户C lientH ello 消息中包含椭圆曲线和点格式的扩展。而T LS服务器在服务器ServerHello消息中必须支持这些扩展,可自由选择相应的曲线或点格式。当客户使用这些扩展时,服务器不必协商ECC加密组(除非客户特别说明选择相应的曲线和压缩技术)。因而,在协商ECC握手过程中,不存在客户不能处理服务器椭圆曲线密钥而中止的可能性。
在会话恢复阶段,服务器会忽略当前ClientHello 消息中所支持的椭圆曲线扩展和点格式扩展。而这些扩展仅在握手协商新的阶段中起作用。
4 实现T LS协议的ECC扩展的安全性分析
基于T LS的ECC扩展并没有改变T LS协议的运行机制,也没有改变T LS握手协议的工作过程,因此,基于ECC扩展的T LS协议没有产生额外的安全机制问题。
通过ECC的扩展,T LS协议可以选用较长的ECC密钥来进行密钥交换,也可选用更安全的ECC 密钥尺寸的密钥来签名和认证,因此,附带ECC的扩展的T LS协议能提供更高级别的安全性。
5 结束语
通过实现T LS协议的ECC扩展,在T LS协议内部实现了ECC公钥密码算法,并对T LS协议使用的X.509证书进行支持ECC算法的扩展,在满足当前应用的基础又增强了T LS协议的安全性。
参考文献:
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机工程与设计,2006,27(10):1715-1725.
责任编辑:么丽苹
(上接第98页)
启动前,主开关合闸,风力发电机组控制器准备自动运行。首先系统初始化,控制程序初始化、检查微控制器硬件和外设状态是否完好,检测系统参数(温度,液压油,压力,风向,风速等),比较所检测的操作参数,如果没有故障,系统就可以正式起动。启动时,首先检查电网,检测电网的各个参数、设置各个计数器、输出机构初始工作状态及晶闸管的开通角[3],之后,风力发电机组开始自动运行。风轮的叶尖角由90°恢复为0°,风轮开始转动,计算机开始实时监测各个参数,随着风轮速度的提高,风轮反馈的转速信号作为输入的判断条件,送入控制器,以判断是否可以并网。当发电系统运行以后,系统检测的参数用以判断参数有否超过极限、执行偏航、相位补偿、安全制动。2 结束语
结合风力发电的控制要求,以S7-300型P LC 模块为例,对750kW风力发电机组的控制系统进行了概述,研究了其控制系统的构成及风机控制过程,本文设计的P LC控制系统,通过测试风机的实际控制及运行可以实现对风电机组的良好控制。
参考文献:
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责任编辑:么丽苹
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风力发电机工作原理图解析
风力发电，是能源业又一突破，其中风力发电机功不可没。通过风力发电机工作原理图，我们可以清晰了解各种奥妙。其实，风力发电机工作原理图并不是那么难懂。下面，我们一起来对风力发电机工作原理图进行详细的剖析和解读吧! 风力发电机为一由转动盘、固定盘、风轮叶片、固定轮、立竿、集电环盘、舵杆、尾舵和逆变器组成的系统。转动盘和固定盘构成该系统的发电机，逆变器包括50赫正弦波振荡器、整形电路、低压输出电路和倒相推挽电路。 风力发电机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。
风力发电机液压变桨系统简介
风力发电机液压变桨系统简介 全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。 风机变桨调节的两种工况 风机的变桨作业大致可分为两种工况，即正常运行时的连续变桨和停止（紧急停止）状态下的全顺桨。风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，一是让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，这个过程叫做全顺桨。液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。 液压变桨系统 液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。 液压变桨系统的结构 变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。 图1 控制原理图 液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示，它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成，图中仅画出其中的一套变桨装置。
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，
爆破片在风电机组液压系统中的应用
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/108530796.html, 爆破片在风电机组液压系统中的应用 作者：王一甲马延涛 来源：《风能》2015年第11期 我国早期的并网型风电机组主要是定桨距风电机组，如国产金风750kW、金风600kW、进口机型micon750kW等相对变桨距机型来说，定桨距机型具有结构简单、性能可靠的优点。定桨距风电机组的叶片和轮毂是固定的，叶片装有叶尖扰流器来实现叶尖气动刹车，使机组安全停机。叶尖刹车不能使风轮完全停下，只是使风轮处于空转状态，此时需要采用高速轴制动的功能，使风轮完全静止。偏航系统使风电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风电机组的发电效率；偏航制动器提供必要的锁紧力矩，以保障风电机组的安全运行。液压站为叶尖扰流器液压缸、偏航制动器和高速轴制动器提供液压动力，能保证有足够的压力和流量满足各制动器的工作要求。 爆破片装置是压力容器或管道的重要安全装置。它既可单独使用，也可与安全阀配套使用，在规定的温度和压力下爆破，泄放压力，防止压力系统超压，从而保证设备或管道的安全运行。爆破片装置较之安全阀具有结构简单、安装方便、灵敏准确、无泄漏、泄放能力强等特点，能够在高温、低温、粘稠或有悬浮颗粒和结晶及腐蚀的环境中可靠工作。爆破片装置作为一种灵敏的泄压装置，它的爆破不但与压力有关，而且与操作温度、系统压力、工作过程等诸多因素有关。因此在选用时，对爆破片的选型、材料、介质腐蚀性质、工作压力和温度及脉动状态、安装方式等都有严格要求。 液压系统工作原理 定桨距风电机组的液压系统由主要由三个压力保持回路组成，分别为叶尖制动、高速轴制动器和偏航制动器提供动力，按主控系统的指令实现制动动作。液压系统原理图见图1。 一、叶尖制动回路 正常发电状态下，电磁阀8.4和电磁阀8.5得电，液压油经减压阀8.1及单向阀8.3、电磁阀8.5、旋转接头8.13进入液压缸8.14，叶尖收回，风电机组启动运转。当压力低于设定值时，压力开关8.9输出信号启泵；当压力高于设定值时，压力开关8.10输出信号电磁阀8.5动作卸掉多余压力。当需要气动刹车时，电磁阀8.5和电磁阀8.6失电，叶尖液压缸泄压，进行气动刹车。在飞车情况下，由于离心力作用液压缸内压力升高，爆破片8.7被压破，叶尖液压缸泄压。泄压后叶尖甩出，进行气动刹车。 二、高速轴制动回路 风电机组正常运行时，电磁阀9.2得电，液压力克服弹簧力，高速轴制动器保持松闸状态，风轮正常转动处于发电状态。风电机组因故障停机或需要检修时，风轮先经叶尖制动，风
风电机组液压站规程
风电机组液压站规程 1 简介 MY1.5s发电机液压系统其主要功能是为高速联轴器制动器和偏航制动器提供液压力，它包括一个液压站，以及连接两个执行机构（高速联轴器制动器、偏航制动器）之间的液压管路。本章只介绍液压站。 1.1 液压系统外观及参数： 液压站技术参数：工作介质：介质必须采用“Esso Univis HVI 46” 油箱容积：10L 泵出口流量: 1.6L/min 电机功率；0.75KW 正常工作压力; 160bar左右 电机频率: 50Hz 电机转速；1450RPM 电机电压；400v
1.2各部件作用说明 液压站系统示意图 见下面《液压原理图》 液位计（序号20）上的视窗用于直接目测油箱里面液位高低的情况； 液温发讯器（序号21）用于实时监制油量的高低，当油温度超过70℃C时候，开关点断开报警； 空气滤清器（序号30）用于油与空气交换，旋开盖帽可用作系统加油口和油液取样口； 压力表组件（序号290）可灵活测量各个测压点的压力值，其本身并不和任何油路相贯通； 进油过滤器（序号110）当过滤器外部指示器颜色由绿色变为红色，应及时更换滤芯以保证系统的正常运行； 单向阀（序号120）其开启压力为0.5bar，用于对工作介质流向控制； 溢流阀（序号130）其设定值为190bar，用于保护系统的最高压力不超过190bar，作为安全阀使用； 手动泵（序号270）在电机不正常启动的紧急情况下使用，其配套的手柄放置油箱后侧，使用时插入手柄前后拉动数次以提升系统压力后与蓄能器（序号150）共同保持系统压力在一段时间内的稳定。 压力传感器（序号160）由1个模拟量（4-20mA）和2个开关量组成，模拟
风电原理及其液压系统
一、风的形成 地球表面上，受太阳加热的空气较轻，上升到高空；冷却的空气较重，倾向于去补充上升的空气。这就导致了空气的流动--风。 全球性气流、海风与陆风、山谷风的形成大致都如此。 风能是地球表面空气移动时产生的动能，即风的动能，是太阳能的一种表现形式。 二、风力发电的原理及优缺点 风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，如图1所示。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能,从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。 风力发电的原理这么简单，为什么仅20世纪的中后期才获得应用呢？
第一，常规发电还能满足需要，社会生产力水平不够高，还无法顾及降低环境污染和解决偏远地区的供电问题。 第二，能够并网的风力发电机的设计与制造，只有现代高技术的出现才有可能，20世纪初期是造不出现代风力发电机的。 风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力,海关，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。 我们这里所说的风力发电都是指大功率风机并网发电。 风力发电的优缺点 三、现代风机的结构与技术特点。
图一所示的风力发电机发出的电时有时无，电压和频率不稳定，是没有实际应用价值的。一阵狂风吹来，风轮越转越快，系统就会被吹跨。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， 四、风力发电机组的分类和主要构成 一）、风力发电机组的构成 风力发电机组的主要组成部分： -叶轮：将风能转变为机械能。 -传动系统：将叶轮的转速提升到发电机的额定转速-发电机：将叶轮获得的机械能再转变为电能。 -偏航系统：使叶轮可靠地迎风转动并解缆。 -其它部件：如塔架、机舱等 -控制系统：使风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障机制，包括调速、调向和安全控制。
毕业设计———风力发电机组液压系统的设计
摘要 风力发电机组是一个将风能转化为电能的装置，必须保证其在各种风况、气候和电网条件下长期安全运行，并取得最大的年发电量和最低的发电成本。但风的速度和方向是不断变化的，风力发电机组的各个零部件随时承受着交变载荷。因此，各零部件的疲劳强度是影响机组寿命的主要因素，风力发电机组对材料、机构、工艺和控制策略都提出了很高的要求。因此风力发电机机组的结构比较复杂，由风轮、风轮轴、调速装置、发电机、制动系统、液压系统、偏航系统、控制系统等部分组成。变浆距控制是通过叶片和轮毂之间的轴承机动，借助控制技术和动力系统转动叶片，来减少迎风角，由此减少翼型的升力，已达到减少作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。 关键词：偏航系统、控制系统、变浆距、液压系统 Wind power generation unit is a converting wind energy to power device, must guarantee that their in various wind regime, climate and power network safe operation condition for a long time, and obtain the biggest annual generation and the lowest generating cost。But the wind speed and direction is changing, wind power generation units at any time each parts under cyclic loading。Therefore, parts of fatigue strength is the main factors affect the operating life time, wind power generation unit on the material, organization, process and control strategy are put forward high request。So the wind generator unit structure is complicated, the rotor, wind shaft, speed control device, generators, braking system, hydraulic system, yaw
风力发电原理及生产过程
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。
风力发电机工作原理及原理图
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。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。 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。近代机电动力的广泛应用以及二十世纪50年代中东油田的发现，使风力机的发展缓慢下来。