风力发电偏航系统的原理

风力发电偏航控制系统的研究

0 引言

风能是一种清洁能源，在人类实现可持续发展中有着重要作用，由于它的作用大，故此吸引的许多人的开发，风力发电更是受到广大的青睐。其可靠优秀可靠优秀也被更多人认识。

本文主要是对风力偏航控制系统的组成和原理做一个简单的了解，偏航系统主要是由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成，控制机构包括风向传感器，偏航控制器，解缆传感器组成，而驱动机构是由偏航轴承，偏航驱动装置，偏航制动器组成。本课题也是在了解了风力发电的一些基本原理的前提下面，进一步对偏航做一个更好的认识，了解简单的控制流程。同样就风力在全世界的快速发展，因此带动了一大批产业的崛起，它对世界经济的上升带来了不可忽视的重大作用。

1 风力发电概况

1.1国外风力发电的发电

根据全国风能理事会发布的全球风电市场装机数据，2011年，全球新增风电装机达到237669MW。这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新装数据达到6%。到目前，全球75个过国家有商业运营的风电装机，其中22个国家的装机容量超过1000MW。1996~2011年全球风电发展情况如图1-1和图1-2。

1

图1-1 1996~2011年全球风电每年新增装机容量

图1-2

摘 要

能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。风力发电作为一种可持续发展的新能源，不仅可以节约常规能源，而且减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益，越来越受到各国的重视。

由于风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点，风力发电机组是复杂多变量非线性不确定系统，因此，控制技术是机组安全高效运行的关键。偏航控制系统成为水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分。风力发电机组的偏航控制系统，主要分为两大类：被动迎风偏航系统和主动迎风系统。前者多用于小型的独立风力发电系统，由尾舵控制，风向改变时，被动对风。后者则多用大型并网型风力发电系统，由位于下风向的风向标发出的信号进行主动对风控制。本文设计是大型风力发电机组根据风速仪、风向标等传感器数据，对风、制动、开闸并确定起动，达到同步转速一段时间后，进行并网操作，开始发电。

本文介绍了风力机的偏航控制机构、驱动机构的基础上，采用PLC作为主控单元，设计了风电机组的偏航控制系统。系统根据风向、风速传感器采集的数据，采取逻辑控制主动对风，实现了对风过程可控。论文给出了基于风向标、风速仪的偏航控制系统的软硬件设计结果。

关键词：风力发电机；风向标；偏航控制系统；驱动机构

I

湖南电气职业技

新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

新疆大学科学技术学院

College of science ＆ technology Xinjiang University

学生毕业论文(设计)

题 目：风力发电机组偏航控制系统设计 指导教师: 王海云

学生姓名：刘海龙

专 业：电气工程及其自动化

班 级：电气09-1

完成日期：2013年5月30日

新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

声 明

郑重声明，此论文（设计）是本人在相关老师指导下完成，没有抄袭、剽窃他人成果，否则，由此造成的一切后果由本人负责。

本人签名：

新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

新疆大学科学技术学院 学生毕业论文（设计）任务书

学生姓名 刘海龙 学号 20092450037 专 业 电气工程及其自动化 班级 电气09-1

新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

新疆大学科学技术学院

College of science ＆ technology Xinjiang University

学生毕业论文(设计)

题 目：风力发电机组偏航控制系统设计 指导教师: 王海云

学生姓名：刘海龙

专 业：电气工程及其自动化

班 级：电气09-1

完成日期：2013年5月30日

新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

声 明

郑重声明，此论文（设计）是本人在相关老师指导下完成，没有抄袭、剽窃他人成果，否则，由此造成的一切后果由本人负责。

本人签名：

新疆大学科学技术学院毕业论文（设计）

新疆大学科学技术学院 学生毕业论文（设计）任务书

学生姓名 刘海龙 学号 20092450037 专 业 电气工程及其自动化 班级 电气09-1

风力发电机组控制原理

第一章 绪 论旋转罩 轮毂 机舱 油冷却器 热交换器 齿轮箱 旋转接头 控制箱

低速轴

变桨驱动 支撑轴承

偏航驱动

发电机

通风

隔离减震

机舱座

风力发电机组结构图

第一章 绪 论一、机组的总体结构风轮 增速器 发电机

电网主继电器

风

主开关熔断器

变压器

转速晶闸管 变桨 并网 功率 风 风速 控 制 系 统

无功补偿

定桨：1.5-2.5叶尖扰流器起脱网停机气动刹车，一般采用双速发电机来提高效率。 变桨：随风速改变攻角，超过额定风速保持额定功率。 设计风轮转速：20-30r/min,通过增速器与发电机匹配。 采用晶闸管软切入并网，并网容易，扰动小。 含微处理器的控制系统。

第一章 绪 论二、风力发电机组的主要类型与控制要求 定桨距失速型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 全桨叶变距型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 基于变速恒频技术的变速型机组 监控系统任务除去上述功能外

风力发电机组控制原理

第一章 绪 论旋转罩 轮毂 机舱 油冷却器 热交换器 齿轮箱 旋转接头 控制箱

低速轴

变桨驱动 支撑轴承

偏航驱动

发电机

通风

隔离减震

机舱座

风力发电机组结构图

第一章 绪 论一、机组的总体结构风轮 增速器 发电机

电网主继电器

风

主开关熔断器

变压器

转速晶闸管 变桨 并网 功率 风 风速 控 制 系 统

无功补偿

定桨：1.5-2.5叶尖扰流器起脱网停机气动刹车，一般采用双速发电机来提高效率。 变桨：随风速改变攻角，超过额定风速保持额定功率。 设计风轮转速：20-30r/min,通过增速器与发电机匹配。 采用晶闸管软切入并网，并网容易，扰动小。 含微处理器的控制系统。

第一章 绪 论二、风力发电机组的主要类型与控制要求 定桨距失速型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 全桨叶变距型机组 监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线；监视机组的运 行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、 发电量等机组运行数据。 基于变速恒频技术的变速型机组 监控系统任务除去上述功能外

中国电力教育2006年研究综述与技术论坛专刊

基于MATLAB的风力发电系统仿真研究

向 恺

X

刘永前

(华北电力大学动力工程系,北京 102206)

摘 要:本文建立了风力发电系统风轮的数学模型、传动系统模型、三相异步发电机的数学模型,并用MATLAB软件对这些模型进行了仿真,结果证明了这些模型的正确性,最后研究了无控制系统的永磁发电机组的转速变化情况,说明了风力发电系统的仿真在对风力发电系统分析中的重要作用。

关键词:风力发电;MATLAB仿真;动态模型;风力发电机组 随着环保意识的加强,削减传统能源对环境的影响,开发可再生能源,已经成为必然的选择,可再生能源的优势在于它没有污染排放,能量取之不尽。用风机把储藏在流动空气中的能量转化为电能是一种不错的风能利用方式。

风机一般不参加电压和频率调节,有扰动时,风机一般断开,正常运行时重新连接。这样频率和电压的维持基本是靠大型火电厂的控制。

但是,目前随着风力发电容量的增加,风力发电系统开始影响整个能量系统,只靠大型火电厂的控制已经很难运行好一个能量系统。所以研究风机在能量系统中的行为和它与其它发电设备和负载的关系非常重要。

1.风力发电机组的数学模型及其MATLAB仿真(1)风机转子模型

风机转子的空气动力学模

小功率离网风力发电系统原理和控制研究

姓名：何鹏

专业：风电

指导老师：王斌

课题名称：小功率离网风力发电系统 原理和控制研究

学校：湖南电气职业技术学院

目录

1 小功率离网风力发电系统的发展历史及现状

2 分析当今世界各地和我国能源分布状况

3 介绍风力发电的原理及发展状况

4 按课题介绍选择确定一种小功离网风力发电系统的主电路结构并对其原理进行详细分析

5 确定一种小功率离网风力发电系统的控制系统

1. 小功率离网风力发电系统的发展历史及现状

日前，国家能源局启动了江苏省4个海上风电项目的招标工作，这也让不少企业看到海上风电市场蕴含的巨大商机。华能、中广核、神华等电力巨头都已购买了标书，而各地政府、大小设备制造商、配套商等也都积极跃身其中。这个被业界期待已久的招标项目，被看成是我国风电产业启动的第一声发令枪。

更大的发展空间

虽然首轮招标的“谜底”还需等待，但海上风电却已经在我国正式“上岗”了——7月6

偏航系统

1. 功能描述

A． 使机舱轴线跟踪变化稳定的风向。

变化稳定：程序判断，在一定时间内方向稳定的风。 B． 自动进行解缆操作。

解缆：对风偏航会将塔底到塔顶的电缆扭到一起，解缆就是将扭到一起的电缆解开。

2. 偏航系统的线路。

2．偏航软启动器的工作原理。

主要目的：直接启动电机，由于阻力较大，容易损坏电机。降压启动，起到保护作用。

3.偏航动作条件。

A．对风：风小时为8度 风大时为15度 B．解缆：左偏或右偏580度

4.偏航动作过程。

在没有故障或维护状态并偏航系统没有故障的情况下，程序或手动给出命令后，液压站对应电磁阀打开，偏航刹车泄压，偏航电子刹车释放，EN和A1信号给出，DS6输出低电压，经过T-START时间后，变为高电压，偏航动作。

解缆动作过程：风机在待机状态下，偏航位置值超过580度会自动进行解缆。风机在运行发电状态下，偏航位置超过扭揽开关的设定值时，会自动停机并转为待机状态，此时偏航位置值已经超过580度，会进行解缆操作。 解缆停止的条件：

A．偏航位置小于40度。

B．偏航位置小于360度，且对风角度小于30度，延迟10秒后停止。

C．在偏航位置小于580度时复位。 5.常见故障处理。

风力发电行业概况

一、全球风电装机规模发展情况 二、全球风电行业概况 三、我国的风能资源简介 四、我国风电装机规模发展和现状 五、我国风电投资商和运营商简介 六、全球风力发电机组制造商简介 七、我国风电设备整机装备概况 八、国内风力发电设备整机制造企业简介 九、我国风电设备零件制造概况 十、我国风电前期勘测设计咨询行业 十一、我国风电后期检修维护行业

一、全球风电装机规模发展情况

能源和环境是当今人类生存和发展需要解决的紧迫问题。不可再生能源的大量开采、能源利用中环境的破坏等一系列问题迫使我们在开发利用常规能源的同时，应该更加注重开发可再生的清洁能源，如风能、太阳能、潮汐能、生物质能和水能等。近年来，风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界的高度重视。地球上风力资源蕴藏量大,清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地少，具有较好的经济效益和社会效益。

全球风电装机需求持续快速增长。从1996年起全球累计风电装机连续11年增速超过20%，平均增速达到28.35%，至2006年底达到7422万千瓦。1996年以来新增装机平均增速27.19%，2006年新增1519万千瓦。预计2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿千瓦（是2