变速恒频风电机组参与一次调频的控制方法研究

湖南大学

硕士学位论文

姓名：邹贤求

申请学位级别：硕士

专业：电气工程

指导教师：吴政球

20100410

变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理

变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究变速恒频发电技术变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。

双馈变速风电机组模型的仿真分析

双馈变速风电机组模型的仿真分析在常用的变速恒频风力机种类中，双馈异步电机的风力机有比较大的技术优势和市场空间。文章对使用双馈异步风力发电机的风力机组的输出性能做出研究与分析，并使用MATLAB进行仿真模拟。文章的主要工作包含以下两个部分：第一部分是在风速波动条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究分析风电机组的输出特性变化。第二部分是在电网故障条件下，分别通过电压模式控制和无功功率模式控制，研究风电机组输出特性变化。标签：风力发电；双馈风电机组；动态模型；MATLAB 引言能源的发展对国民的经济有着非常重要的作用。常规能源主要以化石能源为主，在全球工业飞速发展的时代，产生极具经济效益的同时，化石性燃料使用的程度也达到了空前。化石性燃料的使用对大气造成了严重的污染，对人类的生存环境造成了重大的破坏；此外，化石性燃料隶属一次性能源，总有消耗完结的时候。经济生活中的国策，能源对人类的经济与社会的发展的限制和对资源环境的影响也越来越明显[1]。虽然各种类新能源中以太阳能的储量最为丰富[2]，但是利用太阳能直接进行光伏发电目前仍有一些不能解决的技术问题。所以风力对于我们来说是一个比较理想的替代能源。双馈变速恒频风力发电机目前作为风力发电系统中使用的主要机型，其中永磁直驱式变桨距和双馈异步式的变速恒频风电机组已经成为兆瓦级风电机组的主要技术形式[3]。对上述风力机组的入网运转调控措施的研究是风能发电系统能够广泛应用的基础。双馈风力发电机多采用双PWM变换器为转子提供励磁电流[4]。转子侧变换器控制策略主要有两大类，一类是基于矢量控制的间接功率控制[5-6]，另一类是直接功率控制[7-8]。我们国家从“十五”时期已经对双馈异步发电机风电机组理想电网条件下的运转控制进行了比较为深入剖析[9]。实际工程中电网展示出不稳定特点，电压剧降则是一种非常遇见情况，研究这种故障下DFIG的行为、特性，提高风电机组对这种故障的适应能力，已成为目前国内外研究的热点。 1 双馈变速风电机组 1.1 双反馈变速风电机的整体设计风力发电的种类非常多，按照其结构，控制原理，运行方式可以有不同的分类。根据转速性质进行划分，则可以分为恒速机组和变速机组两类。变速的风电机组又可以分为连续变速的风电机组和不连续的风电机组两种类型。根据发电机类型可以分为以同步发电机（包括以电激磁的同步机和以永磁体激磁的同步机）和以感应发电机（包括普通感应机，双馈感应机）。

风力发电机的增速齿轮箱的设计

摘要风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。首先，确定齿轮箱的机械结构。选取一级行星派生型传动方案，通过计算，确定各级传动的齿轮参数。对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮受力结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。其次，基于Pro／E参数化建模功能，运用渐开线方程及螺旋线生成理论，建立斜齿轮的三维参数化模型。然后，对齿轮传动系统进行了齿面接触应力计算。先利用常规算法进行理论分析计算。关键词：风力发电，风机齿轮箱，结构设计，建模 Abstract The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization． This paper takes the wind power。The independent design of the gearbox matching for the wind turbine has been carried out by selecting the transmission scheme and calculating the gear parameters。 Firstly, the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected．The gear parameters of every stage transmission is

变速恒频风力发电机组的无功功率极限

变速恒频风力发电机组的无功功率极限申洪，王伟胜，戴慧珠（中国电力科学研究院，北京100085）摘要：根据变速恒频风电机组的工作原理，建立了变速恒频风电机组的稳态数学模型，该模型考虑了风力机、双馈电机及其转速控制的稳态特性。在此模型的基础上，提出了计算变速恒频风电机组无功功率极限的方法，并对一变速恒频风电机组进行了计算分析，验证了所提方法的可行性。关键词：变速恒频风电机；双馈电机；无功功率极限 1 引言近年来世界风力发电发展迅速，风电装机容量平均每年以高于20%的速度增长。截止到2002年底，全世界风力发电装机容量约为31128MW，其中我国风电装机容量达468.42MW。目前，兆瓦级风力发电机组已逐渐取代600kW级的机组，成为国际上风力发电机市场的主力机型，风电机组正向着大型化、变桨距和变速恒频的方向不断发展和完善。虽然变速恒频风电机组与固定转速的风电机组相比在性能上有较大改善，但由于风速变化的随机性，变速恒频风电机组的并网运行对电力系统而言仍然是一种波动的冲击功率，因而必须对这种风电机组的并网运行特性进行研究。变速恒频风电机组的发电机采用双馈感应电机，文献[1]~[3]对它的稳态模型进行了研究，建立了基于与定子磁场同步旋转的dq坐标系的数学模型。因为双馈发电机的转速和定子侧的无功功率都可以调节，所以转速控制规律和无功功率控制规律对变速恒频风电机组的稳态特性也有很大的影响。文献[1]、[2]介绍了转速控制和无功功率控制的基本思想，其中转速控制的目标是使风力机的功率系数最优，而无功功率控制则根据其接入的电力系统的实际运行方式可以设定为功率因数恒定或端电压恒定两种控制方式。风电机组发出的有功功率主要取决于风速的大小，而无功功率则取决于风电机组的无功控制方案。一般风电场位于偏远地区，电网结构薄弱，当无功功率控制的设定值达到风电机组的无功功率极限时，一方面转子绕组发热将导致风电机组停机，另一方面由于不能向系统中提供或吸收足够的无功功率，将导致端电压降低或升高，严重时将导致系统电压失稳。因而研究变速恒频风电机组的无功功率极限是很有必要的。文献[4]对此问题进行了一定的研究，但它只讨论了发电机定子绕组中有功功率和无功功率的稳态运行域问题，并没有解决整个风电机组注入系统的有功功率和无功功率的稳态运行域问题。另外，该文献没有考虑转速控制规律的影响。

风电机组齿轮箱功率传递方式概述

风电机组齿轮箱功率传递方式概述【摘要】在风电机组单机功率逐年提高的背景下，作为传动系统重要部件的主齿轮箱，其结构设计合理与否影响着传递功率的大小及效率。本文总结了近些年风电齿轮箱设计发展的概况，归纳比较了行星轮平行轴系、柔性轴等传动结构的原理和特点。【关键词】齿轮箱；行星轮；功率分流；柔性轴 0.引言随着风力发电在绿色发电领域的快速发展，尤其是在目前我国环境严重污染的大环境下，采取绿色、可持续的风电能源发展方向，是缓解我国能源配比，减少污染的必然选择。风电产业的蓬勃发展推动了该领域制造业同行的对比竞争。尤其是随着风电机组单机功率的不断扩展，使得齿轮箱在功率传递方式及结构设计方面不断的进行优化改进。齿轮箱作为机组中最重要也是所占机组成本较大的部件，其成本大约是机组成本的17%左右，由于受到风载的变载冲击，以及极限风况、极端温度变化等因素的影响，齿轮箱故障占到机组故障总数已超40%，成为机组中最薄弱的一环。为提高机组运行可靠性，满足20年的设计寿命要求，除了加强对齿轮箱油液分析、前期故障监测分析以外，采用合适的功率传递方式及结构设计已成为亟待发展解决的问题。近年来，为提高机组发电功率与发电效率，风电机组朝着提高单机容量，降低单位千瓦质量，提高机组利用率及提升系统可靠性的方向发展。为适合这种发展需求，就必然面临选择使用何种功率传递方式的齿轮箱。对此，本文列举了目前国内外几种功率传递方式的设计路线，分别介绍各设计特点，并比较分析各自的优缺点。 1.我国风电齿轮箱研究现状由于国内风电起步较晚，风电技术人才相对匮乏，所以目前并在未来相当长一段时间内将依赖于国外的设计公司，但是在引进风电机组技术的同时并没有把齿轮箱的设计、制造技术同步引进。国内风电齿轮箱的设计通常是从Romax、Obital2等国外专业设计公司引进，再按照主机厂提出的要求在齿轮箱的结构和外形尺寸上进行详细设计，然后结合国内工艺制造水平实现齿轮箱的批量化生产，却没有掌握国外先进的设计技术。尽管我国风电齿轮箱国产化工作近年来取得了长足的进步，并在兆瓦级的生产上形成了批量化，但是目前仍然存在很多制约风电行业发展的问题：第一，基础性工作的研究和数据积累严重匮乏，对国外技术的消化和吸收存

风电机组传动链更换作业指导书

作业指导书 Operation Guidance Book 文件名称：《风电机组传动链更换作业指导书》编制：陈中雨、王强、孙桂中审核：批准：

1 目的此作业指导书专门为联合动力风力发电机组传动链更换工作编制，此指导书内容主要包含了更换前准备工作、传动链拆装过程及传动链外围关联设备拆装过程。 2 适用范围本作业指导书适用于国电联合动力技术有限公司生产的 1.5MW 风力发电机组（塔高70m)的现场传动链更换作业，其他风场类型略有区别，可依照此例做适当修改后进行。 3 职责吊装公司负责风力发电机组的拆卸与安装工作，吊装公司应严格按照传动链拆装作业指导书操作，以保证设备和人员的安全，联合动力现场吊装督导及调试人员负责技术指导，保证拆装工作的顺利实施。 4 安全 4.1 警示符号和安全说明

此标志表示作业人员操作过程中必须注意禁止将烟火带入施工现场。 4.2 个人安全设备 A) 工作服现场安装人员穿戴的服装必须与所从事的工作相适应，只有穿着合适的服装才能防止事故的发生。禁止穿着松散宽大的服装和裤子。在旋转的机器附近工作时，不能戴围巾或者穿有带子的服装。 B) 安全帽有许多危险会使安装人员头部受到伤害，例如头部碰撞到坚硬的物品上，晃动物、跌落物、飞溅物等对头部的打击，头发披散时，也可能有危险发生，所以必须佩戴安全帽。 C) 耳套现场拆装过程中会有比较大的噪音，长期处于这种噪音环境中，会使人员的听力减弱或丧失，所以在有严重的噪音环境，操作人员必须佩戴耳套。 D) 安全鞋在安装过程可能会有许多对脚部伤害的情况出现，如脚部碰到尖锐硬物，受到跌落或滚动物体的碾压，或者脚部被夹在物品之间等各种情况，所以现场工作人员必须穿戴安全鞋。 E)防护手套手部暴露在机械性危险中会切破或擦伤，或者触摸冷热物体会受到伤害。在规定使用或者建议使用防护手套时，应当戴上手套。

风电机组结构及其选型

第一节风电机组结构 1．外部条件根据最大抗风能力和工作环境的恶劣程度，按强度变化的程度对风电机组进行分级。根据IEC61400设计标准，共分为4级。一类风场I：参考风速为50m/s，年平均风速为10m/s，50年一遇极限风速为70m/s，一年一遇极限风速为52.5m/s；二类风场II：参考风速为42.5m/s，年平均风速为8.5m/s，50年一遇极限风速为59.5m/s，一年一遇极限风速为44.6m/s；三类风场III：参考风速为37.5m/s，年平均风速为7.5m/s，50年一遇极限风速为52.5m/s，一年一遇极限风速为39.4m/s；四类风场IV：低于三类风场风速，属低风速区，鲜有商业风电场开发。对电网的要求：电压波动为额定值±10%，频率波动为额定值±5%。2．机械结构

2.1总体描述整机是建立在钢结构底座上，该结构应具有很大的强韧度，底部由坚固底法兰组成，风电机组所有的主要部件都连接于其上。发电机固定位置与机舱轴线偏离,以使得风电机组在满载运行时，整机质心与塔架和基础中心相一致。偏航机构直接安装在机舱底部，机舱通过偏航轴承与偏航机构连接，并安装在塔架上，整个机舱底部对叶轮转子到塔架造成的动力负载和疲劳负荷有很强的吸收作用。机舱座上覆盖有机舱罩，材料是玻璃钢，具有轻质高强的特点，有效地密封，以防止外界侵蚀，如雨、潮湿、盐雾、风砂等。产品生产采用多种工艺，包括：滚涂、轻质RTM、真空灌注等，机舱罩主体部分设置PVC泡沫夹层，以增加强度。内层设置消音海绵，以降

低主机噪声。机舱上安装有散热器，用于齿轮箱和发电机的冷却；同时，在机舱内还安装有加热器，使得风电机组在冬季寒冷的环境下，机舱内保持在10℃以上的温度。 2.2载荷情况 - 启动：从任一静止位置或空转状态到发电过渡期间，对风电机组产生的载荷。 - 发电：风电机组处于运行状态，有电负荷。 - 正常关机：从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间，对风电机组产生的载荷。- 紧急关机：突发事件（如故障、电网波动等），引起的停机。 - 停机：停机后的风电机组叶轮处于静止状态，采用极端风况对其进行设计。 - 运输/安装/维护：整体装配结构便于运输，安装、维护易于实施。 2.3叶片叶片根部是一个法兰，与回转轴承连接，实现变桨过程。叶尖配有防雷电系统。 2.4变桨轴承/机构目前，国际上常见的有两种类型，一种是液压驱动联杆机构，推动轴承，实现变桨；一种是电机经减速驱动轴承，实现变桨；由于高

变速恒频风力发电关键技术研究

变速恒频风力发电关键技术研究发表时间：2018-06-07T10:41:35.750Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：李琳[导读] 摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。（大唐新能源黑龙江公司 150038）摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。关键词：变速恒频；风力发电；技术研究前言：根据我国目前生态建设和可持续发展的需要，大力开发可再生能源已经成为了当下应用能源的新型趋势，而风能正是符合这一需求的可再生绿色能源。风力发电技术早在上个世纪就开始进行研究和应用，但是在一定程度上机组性能尚不完善，关键技术的研发未有突破，导致了风能利用率较低。在近些年逐步发展的变速恒频风力发电技术在一定程度上可以对此改善，在技术研究上也有了新突破。 1.风力发电的技术分析 1.1恒速恒频风力发电机组分析恒速恒频风力发电机组是一种运行后叶轮不能根据风速的变化而发生变化的，是由电网频率决定的风轮转速和电能频率在运行时基本保持不变的风电机组。主要发展于上世纪八十年代和九十年代之间，曾经被我国广泛应用于风力发电，并在此期间不断被研究者优化的一种风力发电形式。恒速恒频风力发电机组最开始的容量只有几十千瓦级，逐步发展为兆瓦级，并且有着一系列优点，例如：性能稳定、操作简便等，但仍属于非智能操作系统。在恒速恒频风力发电机组中，由两种较为常用的控制方式：主动失速控制和定桨距失速控制。其中，主动失速控制是应用于大容量机组的一种控制方式，这种控制方式可以使机组具有稳定的输出功率，也会有部分机组采用定桨距失速控制，但是，该方式的输出功率不稳定还会造成一定程度上的齿轮箱磨损。在恒速恒频风力发电系统中，由于外界风速变化无常，但风力发电机本身的转速不会改变，就会造成数据的不准确，风机效率低下等状况。在风力发电中，要提高风力发电系统的发电效率是首要任务，在整个过程中捕获最大风能是要点，所以发电系统一直在向着目标改进发展。随着科学技术的发展，在风力发电方面也有了明显的突破，正如近年来慢慢发展并强大的变速恒频风力发电系统。 1.2变速恒频与恒速恒频的对比分析变速恒频风力发电机组是当今的主流风力发电机组，是二十世纪末期发展起来的一种高效的风力发电方式。与恒速恒频风力发电机组相比，变速恒频风力发电机组有明显的优势。变速恒频风电机组可以应对不同风速大小，在不同风速下进行自身调节，最大化捕捉风能，提高风能的利用率。恒速恒频发电机组在遇到较大风力时，自身产生的较大电流会使自身结构遭到损害。变速恒频风力发电机组本身可以根据外界风速的变化进行自身调节，减少因力的相互作用而导致装置内部结构遭到破坏的现象，从而大大延长了机组的使用寿命。不仅如此，变速恒频风力发电机组主要是通过对内部转子交流励磁电流幅值、频率以及相位的控制，实现在变速下对于频率的恒定控制，，这种控制方式还可以达到对输出功率的控制，使装置运行更加灵活，以便于整个机组的运作。 2.变速恒频风力发电的关键技术分析 2.1变速恒频风力发电工作原理在变速恒频风力发电机组中，主要的三个部，分是风力机、发电机和辅助构件。变速恒频风力发电的基本工作原理是风力机构件中的叶轮吸收风能，在风能的作用下发生转动，使之转化为机械能，而后，叶轮的转动带动齿轮箱工作，产生机械能，再将产生的机械能通过发电机转化为电能，并经过一定转化输入电网，再由电网对各个用户进行传输。目前的变速风力发电系统完全实现了机械自动化，属于智能运作系统，不需要人工调节，可以根据风速风力进行自身调节，适应外界变化。对于变速恒频发电机组而言，在额定风速以上运行时，可以使叶轮上的载荷控制在安全值内，并且，有效的调节风电机组吸收的能量。风力机的叶轮由于质量较大，具有较大的惯性，在变桨控制产生作用时，叶轮不会及时发生变化，通常情况下会滞后一定时间才能有所表现，这一情况很容易使功率有大幅度的波动。所以，在额定风速上运行时，需要用发电机转矩来进行快速的调节，来保证输出稳定的能量。当机组处于额定风速以下时，可以通过提高对发电机转矩的控制，使机组变速运行，以达到提高能量转换率的目的。 2.2变速恒频发电系统交流励磁双馈发电系统：这种发电系统内部的主要结构有叶轮、齿轮箱、发电机、四象限变频器、交流励磁控制器、检测装置以及风力发电控制器等，其内部还存在滑环和电刷。馈电方式为装置内部转子绕组通过交流—交流的方式或是交流—直流—交流方式的变频器提供相关数据可以调节的电源，定子绕组接电网。交流励磁控制器还可以通过对于转子变频器输出的电压、幅值、相位以及频率的控制来调节转矩和定子的无功功率。在装置中，变频器提供给转子低频旋转磁场，且满足公式：ω1=ωs±ωr。其中ω1代表定子磁场同步转速，ωs代表整个磁场旋转速度，ωr代表转子机械旋转速度。无刷双馈发电系统：这种电力系统的深入研究始于上世纪七十年代末，在此期间的几十年中，主要由美国Wisconsin大学、Ohio州立大学等高等院校对无刷双馈发电系统进行深入研究。其内部结构主要有电网、功率绕组、控制绕组、变频器、无刷电机、风力机等。在其内部定子上，一般有两套三相对称绕组，一个为主绕组，一个为副绕组。一般由工频交流电源直接为主绕组供电，如果副绕组短路，系统能够在异步运行方式下运作。无刷双馈发电系统内部的转子一般分为磁阻转子和笼形转子两类，其中，磁阻转子以ALA型较为常见，笼形以笼形短路绕组转子较为常见。在风力发电系统的研究中表明，无电刷和滑环的发电转子在应用中更为稳定耐用，可靠性强。并且，发现在所有的发电系统研究中双馈型有刷及无刷的变速恒频控制在性能上都较为优越，较为常用，可以在此结论的基础上进一步对于双馈型变速恒频空间展开研究，进一步发展我国变速恒频风力发电的应用。 3.结语

恒速恒频风力发电系统的数学模型

恒速恒频风力发电系统的数学模型为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型风轮机、传动机构和异步发电机的模型。本文以恒速恒频风力发电系统为研究对象，它主要由风力机和异步风力发电机等主要元件组成。我们着重于风电场与系统相互影响问题的研究，与之密切相关的环节，其数学模型将详细地描述。数学模型的建立为研究风电场的运行特性和风电场并网运行带来的稳定问题以及研究电力系统接入一定规模的风电场的可行性提供了基本的工具。 2.1 风电场及风力发电机组简介风力发电场是将多台并网风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电，简称风电场。风力发电形式可分为“离网型”和“并网型”“离网型”有：(1)单机小型风力发电机；(2)并联的小型或大型孤立的风力发电系统；(3)与其它能源发电技术联合的发电技术，如风力／柴油发电机联合供电系统。“并网型”的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到儿百兆瓦，由于十台甚至成百上千台风电机组构成。并网运行的风力发电场可以得大大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，也是近儿年来风电发展的主要趋势。在日益开放的电力市场环境下，风力发电的成本也将不断降低，如果考虑到环境等因素带来的间接效益，则风电在经济上也具有很大的吸引力。风电场的发电设备为风力发电机组，发电机经过变压器升压与电力系统连接，如图2．1

图2-1风电场与电力系统连接图在风场内，风机与变电所之间的连接有两种方式：场地布置相对集中时用电缆直埋；场地布置相对分散时用架空lOkV 线路。一般有两种供电方式如图2-2：一是采用一台风机经一台箱式变电站就近升压；二是采用两台或多台风机经一台箱式变电站就近升压。 2.2 异步发电机的稳态数学模型为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型、风轮机、传动机构和异步发电机的模型。首先异步发电机与异步电动机在能量转换过程中各功率损耗之间的关系不同，如图2-11。步发电机的功率转换是将输入的机械功率己转换为输出电功率，它的特点在于其转子的转速比定子产生的旋转磁场的转速更高。自然风吹动风轮机叶片，将风能转化为机械能，由此获得的机械功率只扣除掉机械损耗Pm 。和附加损耗mc P 后即为传递到异步发电机转子可转换的机械功率mec P 。在等效电路中对应可变电阻(1-s)／s(s<0)上的电功率，扣除转子铜耗1cu P 和铁心损耗fe P ，得到输入定子绕阻的电磁功率me P ，再扣除定子铜耗1cu P ,即得到注入电网的电功率Pe 。上述功率流向可表达为 ad me mec m P P P p ++= (2-1)

风力发电机齿轮箱振动测试方法

风力发电机组齿轮箱振动测试与分析唐新安谢志明王哲吴金强摘要对齿轮箱做振动测试和分析，通过模式识别找到齿轮箱损坏时呈现的特性，为齿轮箱故障诊断提供依据。关键词风力发电机组齿轮箱振动分析故障诊断中图分类号 TH113. 21 文献标识码 A 我国风电场中安装的风力发电机组多为进口机组。因为在恶劣环境下工作，其损坏率高达40%～50%。随着清洁能源的普及，齿轮箱的故障诊断和预知维修已迫在眉睫。本文就齿轮箱的故障诊断作一些探索性研究。一、齿轮箱振动测试采用北京东方所开发的DASP(Data Acquisition and SignalProcessing)测振系统，对某风电场4#、5#机组齿轮箱的不同测点（图1）做振动测试和分析，4#机组刚进行过检修运行正常作为对照机组，5#机组噪声异常为待检机组，对两机组齿轮箱的振动信号对比分析，判断存在故障。齿轮箱特征频率见表1。表1 齿轮箱特征频率表 Hz

二、信号分析 1.统计分析由统计表2、表3可看出，5#机组振动值明显偏大，尤其是5～10测点振动值基本上是4#机组相应测点的2倍以上。表2 4#机组幅域统计表 m/s2 表2 5#机组幅域统计表 m/s2 5#机组概率分布及概率密度函数反映其时间序列分布范围较宽（图2），峭度系数（即四阶中心距）与4#机组的（图3）明显，同（若以4#机组为标准g=0，那么5#机组g=0），预示5#机组存在古障。

2.时域分析通过时域分析（图4、图5），发现5#机组齿轮箱振动信号有明显异常．幅值转大，且有明显的周期性，其频率约大20Hz 。

3.频坷分析由图6可见，5#机组齿轮箱的频谱图既有调幅成分又有调频成分（调制频率对中心频率的幅值不对称）。

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

变速恒频风力发电机组输出特性分析

收稿日期:2007212211. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50577018);高等学校学科创新引智计划(B08013);长江学者和创新团队发展计划(IRT0515);华北电力大学重大项目预研基金资助项目. 变速恒频风力发电机组输出特性分析胡冬良,赵成勇 (华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,河北保定071003) 摘要:以变速恒频风力发电系统为研究对象,依据发电机数学模型和交流电机矢量变换控制原理,设计了交流励磁变速恒频(VSCF )发电机定子磁链定向的矢量变换控制系统,对转子侧变换器建立了外环定功率控制内环定电流控制的双闭环控制结构,实现双馈发电机定子有功P 和无功Q 的解耦控制,从而获得最大风能捕获的高效发电运行。并在PSCAD/EM TDC 仿真环境下建立了变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型。以渐变风和阵风为例,对由5台单机容量为2MVA 双馈感应电机(DFIG )组成的风电场并网前后的运行特性进行仿真研究,通过仿真分析,揭示了风电场并网运行的动态特性,并验证了数学模型和控制策略的正确性和有效性。关键词:变速恒频发电机组;双馈感应电机;矢量变换控制;最大风能捕捉中图分类号:TM614;TP391 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2008)04-0001-06 The output characteristic analysis of variable 2speed constant 2frequency wind generating set HU Dong 2liang ,ZHAO Cheng 2yong (K ey Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education ,North China Electric Power University ,Baoding 071003,China ) Abstract :The system of variable s peed constant frequency (VSCF )wind power generation is taken as study object in this paper.According to the generator mathematical models and the control principle of vector 2oriented ,the control system of AC excitation VSCF generator is designed based on stator flux orientation.The rotor converter ado pts double locked loops control https://www.360docs.net/doc/c616873253.html,ly ,the external 2loop is controlled by constant power and the inner 2loop is con 2trolled by constant current ,which implement the decoupling control of active power P and reactive power Q to the stator.Consequently ,the maximal energy capture is obtained to operate with high 2active power generation.Moreover ,a whole dynamic model of double fed induction generator (DFIG )is presented using PSCAD/EM TDC.Then the ram p change of wind speed and gust are taken for example.The operation characteristic of wind farm interconnected net 2work ,which is composed by five DFIG with 2MVA capacity ,is simulated.The interconnecting dynamic performance of wind farm is validated by simulation experiment.The results also show the mathematic model and control strate gy is exact and effective. K ey w ords :variable speed constant frequency (VSCF );double fed induction generator (DFIG );vector transform control ;maximal energy capture 0　引　言风力发电以其清洁、可再生、技术成熟、风力资源丰富等优势,日益受到人们的重视,并得到许多国家能源政策的支持。近年来,随着电力发电技术的发展,变速恒频风力发电机组已逐步成为MW 级风力发电机组的主流机型。变速恒频风力发电机组与恒速恒频风力发电机组相比有显著的优越性[1]:低风速时它能够根据风速变化,在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能;高风速时利用风轮转速的变化,存储或释放部分能第35卷第4期2008年7月华北电力大学学报Journal of North China Electric Power University Vol 135,No 14 J ul 1,2008

风电机组主齿轮箱换油方案

目录 1、引言 ..................................................................................................................................................... - 1 - 2、换油前准备工作 ................................................................................................................................. - 1 - 2.1、设备及工具.............................................................................................................................. - 1 - 2.2、油品.......................................................................................................................................... - 1 - 3、换油步骤 ............................................................................................................................................. - 1 - 4、其他事宜 ............................................................................................................................................. - 2 - 5、注意事项 ............................................................................................................................................. - 3 -

风力发电机组控制系统

风力发电机组控制系统一风电控制系统简述风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心，实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能；每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组；高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路，将机组的实时数据送至上位机界面；上位机操作员站是风电厂的运行监视核心，并具备完善的机组状态监视、参数报警，实时/历史数据的记录显示等功能，操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。风力发电机组控制单元（WPCU）是每台风机的控制核心，分散布置在机组的塔筒和机舱内。由于风电机组现场运行环境恶劣，对控制系统的可靠性要求非常高，而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计，应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力，其系统结构如下：风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。风电控制系统的网络结构。 1、塔座控制站 2、塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O 模件等。控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。 3、控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。 4、2、机舱控制站 5、机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。

变速恒频风力发电技术研究

变速恒频风力发电技术研究目录摘要 ............................................................................ I Abstract ........................................................................ II 第一章绪论 . (1) 1.1风力发电研究的背景和意义及现状 (1) 1.2 风力发电系统组成及原理 (2) 1.2.1 风力机工作原理 (2) 1.2.2 风电系统 (3) 1.3 风力发电技术 (4) 1.3.1 定桨距失速调节型风力发电机组 (4) 1.3.2 变桨距调节型风力发电机组 (5) 1.3.3 主动失速调节型风力发电机组 (5) 1.3.4 变速恒频风力发电机组 (5) 1.4变速恒频风力发电技术 (6) 1.4.1 恒速恒频风力发电技术 (6) 1.4.2 变速恒频风力发电技术 (6) 第二章变速恒频风力发电电机及其系统 (10) 2.1变速恒频风力发电机组的运行原理 (10) 2.2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统 (12) 2.3 永磁发电机变速恒频风力发电系统 (13) 2.4 交流励磁双馈型变速恒频发电系统 (13) 2.5无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统 (14) 2.6磁场调制型变速恒频风力发电系统 (15) 第三章变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16) 3.1变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16) 3.2 双馈电机存在的主要问题 (16) 3.3 双馈电机的控制策略综述 (17) 3.3.1 双馈电机标量控制 (17) 3.3.2 双馈电机直接转矩控制 (18) 3.3.3 双馈电机转子磁场定向控制 (19) 3.4变速恒频双馈电机风力发电功率控制 (20) 3.5双馈电机风电场的无功功率控制技术 (22) 3.6风力发电机组的并网控制技术 (22) 3.7结论 (23) 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (26)

变速恒频风力发电机组建模与仿真

变速恒频风力发电机组建模与仿真李晶1，王伟胜2，宋家骅 1．华北电力大学，河北省保定市071000 ； 2．中国电力科学研究院，北京100085 ； 3．东北电力学院，吉林省吉林市132012 ）摘要：建立了包含风力机、双馈发电机及发电机电气控制部分的变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型；以该数学模型为基础应用MATLAB^件搭建了用于研究变速恒频风电机组和固定转速风电机组并网特性的数字仿真工具。并以风速发生阶跃变化及风速发生不规则扰动为例，仿真比较了具有相同参数的变速和固定转速的风电机组相应物理量的响应特性。仿真结果表明了所建模型的正确性及变速恒频双馈电机具有良好的动态特性。关键词：风力发电；双馈发电机；动态模型；变速恒频风电机组 1 引言可再生能源特别是风能的开发利用已得到世界各国的高度重视。在过去的20 多年当中，风力发电机组由最初的定桨距型发展到变桨距型，从转速固定的变桨距型发展到目前技术最为先进的变速变桨距型，发电效率在显著提高。特别是变速变桨距机组，其发电机中采用的变速恒频技术提高了风力发电机组在低风速情况下的出力水平。我国关于风电机组的研究主要是针对中小型固定转速的变桨距型[1]，而兆瓦级的大型变速变桨距型的风电机组的研究还仅处于起步阶段。目前兆瓦级变速风电机组多采用双馈感应发电机，有关其模型和仿真方面已做了一些研究工作，如dq/abc 混合坐标下的电机模型考虑了双馈电机转子绕组与系统间变流器的作用[2]，建立了适用于谐波分析的双馈电机动态模型，但模型阶数较高，不适用于变速恒频风机（VSW）T 整体动态特性的分析；将描述双馈电机动态过程的复数形式数学模型线性化，建立了“小干扰稳定”数学模型[3]，文[3] 通过分析转子励磁绕组电压幅值和相角变化对双馈电机稳定域的影响，说明了该模型也适用于电网发生大扰动后的稳定分析，但该模型是在假设扰动过程中发电机转子转速变化不大的前提下得到的，因此不适用于转子转速变化范围较大的变速恒频风电机组的建模；以双馈电机运行机理为出发点，根据磁链、电势、电流的关系推导出了双馈电机动态数学模型[4]，该模型结构简单，但文[4] 作者对模型中定义的模拟转子绕组励磁电压特性的控制变量与作为受控对象的发电机出口处有功功率、无功功率之间，没有给出明确的数学关系，因此不利于控制系统的设计和实现。本文根据变速恒频风力发电机组各组成构件的特性，建立了能表征变速恒频风力发电机组特性的动态数学模型，并应用MATLAB^件的Simulink环境⑸，开发了用于分析固定转速风电机组和变速恒频风电机组并网特性的数字仿真程序。还以具有相同参数的变速和恒速风电机组为例，详细模拟了风速发生阶跃变化及风速发生不规则扰动时两种风电机组的动态响应过程。 2 变速恒频风电机组的动态数学模型 2.1 机组结构本文讨论的变速恒频风力发电机组的发电机采用双馈感应发电机，与固定转速