1、第七章 风力发电机组的运行第一节常规运行过程第二节定桨距-双速发电机机组第三节变桨距-优化转差机组第四节变桨距-变速恒频机组第一节常规运行过程一、风力发电机组的稳态工作点二、风力发电机组工作状态及其转换三、机组的起动方式一、风力发电机组的稳态工作点图7-1风力发电机组的稳态工作点二、风力发电机组工作状态及其转换1)运行状态：机械制动松开；允许机组并网发电；机组自动偏航；液压系统保持工作压力；叶尖扰流器回收或变桨距系统选择最佳工作状态；冷却系统自动状态；操作面板显示“运行”状态。2)暂停状态：机械制动松开；液压泵保持工作压力；机组自动偏航；叶尖扰流器弹出或变桨距顺桨；风力发电机组空转或停止；冷却
2、系统自动状态；操作面板显示“暂停”状态。3)停机状态：机械制动松开；叶尖扰流器弹出或变桨距顺桨；液压系统保持工作压力，偏航系统停止工作；冷却系统非自动状态；操作面板显示“停机”状态。4)紧急停机状态：机械制动与空气动力制动同时动作，紧急电路(安全链)开启；控制器所有输出信号无效；控制器仍在运行和测量所有输入信号；操作面板显示“紧急停机”状态。二、风力发电机组工作状态及其转换图7-2工作状态的转换(1)工作状态层次上升二、风力发电机组工作状态及其转换1)从紧急停机到停机：如果停机状态的条件满足，则关闭紧急停机电路；建立液压工作压力；松开机械制动。2)从停机到暂停：如果暂停的条件满足，则起动自动偏
3、航系统；对变桨距风力发电机组，变桨距系统激活；自动冷却开启。3)从暂停到运行：如果运行的条件满足，则核对风力发电机组是否处于上风向；叶尖扰流器回收或变桨距系统投入工作；根据所测转速，确定发电机是否可以切入电网。(2)工作状态层次下降1)紧急停机：紧急停机也包含3种情况，即：从停止到紧急停机；从暂停到紧急停机；从运行到紧急停机。2)停机：停机操作包含了两种情况：从暂停到停机；从运行到停机。二、风力发电机组工作状态及其转换3)暂停：如果发电机并网，调节功率降到零后切出发电机；如果发电机没有并入电网，则降低风轮转速至零。1)故障检测：控制系统设在顶部和地面的处理器都能够扫描传感器信号以检测故障，故障
4、由故障处理器分类，每次只能有一个故障通过，只有能够引起机组从较高工作状态转入较低工作状态的故障才能通过。2)故障记录：故障处理器将故障存储在运行记录表和报警表中。3)对故障的反应：对故障的反应为以下三种情况之一：降为暂停状态；降为停机状态；降为紧急停机状态。4)故障处理后的重新起动：在故障已被接受之前，工作状态层不可能任意上升。三、机组的起动方式1)自起动：风力发电机组在系统上电后，首先进行10min的系统自检，并对电网进行检测，系统无故障后，安全链复位。2)本地起动：即塔基面板起动。3)远程起动：远程起动是通过远程监控系统对单机中心控制器发出起动命令，在控制器收到远程起动命令后，首先判断系统
5、是否处于并网运行状态或者正在起动状态，且是否允许风力发电机组起动。第二节定桨距-双速发电机机组一、叶片安装角的调整二、双速发电机三、运行过程四、双速发电机机组控制系统一、叶片安装角的调整图7-3空气密度变化的影响a)高度的影响b)温度的影响一、叶片安装角的调整图7-4安装角对输出功率的影响二、双速发电机图7-5功率曲线和风能利用系数二、双速发电机图7-6双速发电机功率曲线二、双速发电机1)双绕组双速感应发电机：这种发电机有两个定子绕组，嵌在相同的定子铁心槽内，在某一时间内仅有一个绕组在工作，转子仍是通常的笼型，发电机有两种转速，分别决定于两个绕组的极数。2)双速极幅调制感应发电机：这种感应发电
6、机只有一个定子绕组，转子同前，但可以有两种不同的运行速度，只是绕组的设计不同于普通单速发电机。三、运行过程1.待机状态2.风力发电机组的自起动3.自起动的条件1)电网：连续10min内电网没有出现过电压、低电压；电网电压0.1s内跌落值均小于设定值；电网频率在设定范围之内；没有出现三相不平衡等现象。2)风况：连续10min风速在风力发电机组运行风速的范围内(3m/sv25m/s)。三、运行过程3)机组：机组本身至少应具备以下条件：发电机温度、增速箱油温度应在设定值范围以内；液压系统所有部位的压力都在设定值；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动器摩擦片正常；扭缆开关复位；控制系统DC24V、AC24
7、V、DC5V、DC15V电源正常；非正常关机后显示的所有故障均已排除；维护开关在运行位置。4.风轮对风5.制动解除6.风力发电机组并网与脱网(1)大小发电机的软并网程序1)发电机转速已达到预置的切入点，该点的设定应低于发电机同步转速。三、运行过程2)连接在发电机与电网之间的开关器件晶闸管被触发导通(这时旁路接触器处于断开状态)，导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大，随着导通角的增大，发电机旋转的加速度减小。3)当发电机达到同步转速时，晶闸管导通角完全打开，转速超过同步转速进入发电状态。4)进入发电状态后，晶闸管导通角继续完全导通，但这时绝大部分的电流是通过旁路接触器输送给电网的，因为它比晶
8、闸管电路的电阻小得多。(2)从小发电机向大发电机的切换小发电机为6极绕组，同步速为1000r/min，大发电机为4极绕组，同步转速1500r/min。三、运行过程(3)大发电机向小发电机的切换当发电机功率持续10min内低于预置值Pc时，或10min内平均功率低于预置值Pd时，将执行大发电机向小发电机的切换。(4)电动机起动电动机起动是指风力发电机组在静止状态时，把发电机用作电动机将机组起动到额定转速并并入电网。四、双速发电机机组控制系统1.控制系统的组成四、双速发电机机组控制系统图7-7控制系统的组成2.控制系统工作原理四、双速发电机机组控制系统图7-8系统控制流程图第三节变桨距-优化转差机
9、组一、机组的结构特点二、运行状态三、带调整发电机转差率的变桨距系统四、发电机转子电流控制技术一、机组的结构特点1.变桨距机组的优点(1)在额定点具有较高的风能利用系数(2)确保高风速段的额定功率(3)起动性能与制动性能较好2.优化转差控制二、运行状态图7-9不同桨距角时的叶片截面二、运行状态1.起动状态2.欠功率状态3.额定功率状态二、运行状态图7-10变桨距风力发电机组的控制框图三、带调整发电机转差率的变桨距系统图7-11带转差率控制的变桨距系统三、带调整发电机转差率的变桨距系统图7-12速度控制系统A三、带调整发电机转差率的变桨距系统图7-13速度控制系统B四、发电机转子电流控制技术1.应
10、用RCC的功率控制系统四、发电机转子电流控制技术图7-14功率控制系统2.转子电流控制器原理四、发电机转子电流控制技术图7-15功率参考曲线四、发电机转子电流控制技术图7-16转子电流控制系统3.转子电流控制器的结构四、发电机转子电流控制技术图7-17发电机运行特性曲线的变化四、发电机转子电流控制技术图7-18可变转差率发电机结构四、发电机转子电流控制技术图7-19转子电流控制器电气原理4.采用转子电流控制器的功率调节四、发电机转子电流控制技术图7-20额定风速以上运行时桨距角、转速与功率曲线第四节变桨距-变速恒频机组一、起动与关机二、最佳风能利用系数三、风电机组的运行区域四、变速恒频运行状态
11、五、变速控制策略六、变桨距、变速双重控制七、过渡区域功率控制方式第四节变桨距-变速恒频机组图7-21功率曲线比较一、起动与关机1.起动1)小风起动：若平均风速小于额定风速(11.7m/s)，则进入小风起动状态。2)大风起动：若平均风速大于额定风速，则进入大风起动状态。3)桨距角进行二次调整：调整为最佳桨距角(0)，并将发电机转速目标值设定为风轮稳定运行时所允许的最低转速，随后以2/s的速率变桨距，通过变桨距系统的闭环控制，将发电机转速恒定在并网同步转速范围内，转速在此范围内持续一段时间之后，开始并网。2.关机一、起动与关机表7-1风力发电机组的典型关机过程二、最佳风能利用系数图7-22风力机性
12、能曲线二、最佳风能利用系数图7-23桨距角不变时风力机性能曲线三、风电机组的运行区域图7-24不同风速下的转矩-速度特性四、变速恒频运行状态五、变速控制策略图7-25三个区域的值变化情况a)恒定区b)转速恒定区c)功率恒定区1.CP恒定区五、变速控制策略图7-26转速变化时不同风速下风力发电机组功率与目标功率的关系2.转速恒定区五、变速控制策略图7-27转速恒定区的实现3.功率恒定区五、变速控制策略图7-28恒定功率的实现六、变桨距、变速双重控制图7-29变桨距变速恒频风电机组的运行a)风力机输出功率-风速关系b)发电机输出功率-转速关系七、过渡区域功率控制方式1.变速与变桨距的分步控制七、过渡区域功率控制方式图7-30变速与变桨距分步过渡的运行特性2.变速与变桨距的协调控制七、过渡区域功率控制方式图7-31变速与变桨距分步控制带来的功率损失a)功率-风速关系b)风能利用系数-风速关系七、过渡区域功率控制方式图7-32过渡区域提前变桨距调节对功率和的影响a)功率-风速关系b)风能利用系数-风速关系
