1、風力發(fā)動機組監(jiān)測與控制第二章定槳恒速風力發(fā)電機組的控制第二章定槳恒速風力發(fā)電機組的控制第一節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的工作原理第二節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的監(jiān)測與運行控制第三節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的發(fā)電過程控制第四節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)第一節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的工作原理一、葉輪結(jié)構(gòu)二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理三、葉尖擾流器四、雙速發(fā)電機五、功率輸出六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響一、葉輪結(jié)構(gòu)定槳恒速風力發(fā)電機組的主要結(jié)構(gòu)特點是槳葉與輪轂的連接是固定的，即當風速變化時，槳葉的迎風角度不能隨之變化。這一特點給定槳恒速風力發(fā)電機組提出了幾個必須解決的問題。一是當風速高于葉輪的設(shè)計點風

2、速即額定風速時，槳葉必須能夠自動地將功率限制在額定值附近，因為風力發(fā)電機組上所有材料的物理性能是有限度的，槳葉的這一特性被稱為自動失速性能；二是運行中的風力發(fā)電機組在電網(wǎng)突然失電或其他緊急情況下，槳葉自身必須具備制動能力，使風力發(fā)電機組能夠在大風情況下安全停機。當氣流流經(jīng)上下翼面形狀不同的葉片時，因凸面的彎曲而使氣流加速，壓力較低；凹面較平緩而使氣流速度緩慢，壓力較高，因而產(chǎn)生升力。槳葉的失速性能是指它在最大升力系數(shù)Clmax附近的性能。一方面，當槳葉的安裝角不變，隨著風速增加攻角i增大時，升力系數(shù)Cl線性增大；在接近Clmax時，增大變緩；達到Clmax后開始減小。另一方面，阻力系數(shù)Cd初期

3、不斷增大；在升力開始減小時，Cd繼續(xù)增大，這是由于氣流在葉片上的分離區(qū)隨攻角的增大而增大，分離區(qū)形成大的渦流，流動失去翼型效應(yīng)，與未分離時相比，上下翼面壓力差減小，致使阻力激增，升力減小，造成葉片失速，從而限制了功率的增加，如圖2-1所示。二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理二、槳葉的失速調(diào)節(jié)原理圖2-1槳葉的失速原理三、葉尖擾流器圖2-2葉尖擾流器結(jié)構(gòu)葉尖擾流器的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。當風力發(fā)電機組正常運行時，在液壓系統(tǒng)的作用下，葉尖擾流器與槳葉主體部分精密地合為一體，組成完整的槳葉。當風力發(fā)電機組需要脫網(wǎng)停機時，擾流器按控制指令釋放并旋轉(zhuǎn)8090形成阻尼板，由于葉尖部分處于距離旋轉(zhuǎn)中心的最遠點，整個葉片作

4、為一個長的杠桿，使葉尖擾流器產(chǎn)生的氣動阻力相當高，足以使風力發(fā)電機組迅速減速，這一過程即為槳葉空氣動力制動。葉尖擾流器是定槳恒速風力發(fā)電機組的主要制動器，每次制動時都是它起主要作用。四、雙速發(fā)電機圖2-3雙速發(fā)電機功率曲線五、功率輸出圖2-4空氣密度變化對功率輸出的影響五、功率輸出圖2-5主動失速控制與變速恒頻控制中的槳距角變化規(guī)律六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響圖2-6定槳恒速風力發(fā)電機組六、槳距角與額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定對功率輸出的影響圖2-7槳葉節(jié)距角對輸出功率的影響第二節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的監(jiān)測與運行控制一、控制系統(tǒng)的基本功能二、監(jiān)測與控制的主要內(nèi)容三、風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)控制一

5、、控制系統(tǒng)的基本功能并網(wǎng)運行的定槳恒速風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)必須具備以下功能：(1)機組能根據(jù)風況自行起動和停機。(2)并網(wǎng)和脫網(wǎng)時，能將機組對電網(wǎng)的沖擊影響減小到最低限度。(3)能根據(jù)功率及風速大小進行轉(zhuǎn)速切換(雙速發(fā)電機)。(4)根據(jù)風向信號自動對風，并能自動解除電纜過度扭轉(zhuǎn)。(5)能對功率因數(shù)進行自動補償。(6)對出現(xiàn)的異常情況能夠自行判斷，并在必要時切出電網(wǎng)。(7)當發(fā)電機切出電網(wǎng)時，能確保機組安全停機。(8)在機組運行過程中，能對電網(wǎng)、風況和機組的運行狀況進行監(jiān)測和記錄，能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，生成各種圖表，以反映風力發(fā)電機組的各項性能指標。一、控制系統(tǒng)的基本功能(9)在風電場中運行的風

6、力發(fā)電機組還應(yīng)具備遠程通信的功能。對于變速恒頻風力發(fā)電機組，還應(yīng)具備以下功能：(1)并網(wǎng)時不對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊影響。(2)通過對機組實施變槳距和變速控制，使機組運行在預先設(shè)定的最佳功率曲線上。(3)能通過變槳和變速調(diào)節(jié)改善機組的動態(tài)載荷。(4)能夠接受遠程調(diào)度，對機組輸出的無功功率和有功功率進行控制。(5)能夠?qū)崿F(xiàn)短時電網(wǎng)故障穿越。二、監(jiān)測與控制的主要內(nèi)容(一)電力參數(shù)監(jiān)測(二)風力參數(shù)監(jiān)測(三)機組狀態(tài)參數(shù)檢測(四)各種反饋信號的檢測(五)齒輪箱油溫的控制(六)發(fā)電機溫升控制(七)功率過高或過低的處理(八)風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)(一)電力參數(shù)監(jiān)測1.電壓2.電流3.有功功率和無功功率1.電壓機組監(jiān)

7、測電壓的幅值和相位，并由此判斷過電壓、欠電壓、過頻、欠頻、三相不平衡、相位突變等故障。在上述參數(shù)中，除相位突變外，其他參數(shù)都可以分為短時判據(jù)和長時判據(jù)來監(jiān)控，這些監(jiān)測參數(shù)一旦超出允許值，有可能是機組本身的原因，但更可能是電網(wǎng)的原因。2.電流機組也監(jiān)測電流的幅值和相位，并由此判斷過電流和三相不平衡故障，這些監(jiān)測參數(shù)一般為短時判據(jù)，一旦出現(xiàn)，機組就必須停機。產(chǎn)生這些故障的原因通常在于機組自身。在定槳恒速風力發(fā)電機組并網(wǎng)過程中，由于三相晶閘管導通角之間存在差異，因而可能出現(xiàn)短時電流不平衡，因為持續(xù)時間短，并不影響對機組電能質(zhì)量的整體評價。3.有功功率和無功功率通過分別測量電壓相角和電流相角，經(jīng)過移相

8、補償算法、平均值算法處理后，用于計算機組的有功功率和無功功率。一些性能較好的機組也可采用測量瞬時有功、瞬時無功的方法來積分計算機組的有功功率和無功功率。(二)風力參數(shù)監(jiān)測1.風速2.風向1.風速風速通過機艙外的風速儀測得。通常風力發(fā)電機組中央控制器每秒采集一次來自于風速儀的風速數(shù)據(jù)，每10min計算一次平均值，用于判別起動風速(v3m/s)和停機風速(v25m/s)。安裝在機艙頂上的風速儀處于葉輪的下風向，因此在運行時受葉輪干擾，不能準確地測量風速，一般不用來產(chǎn)生功率曲線。2.風向風向標安裝在機艙頂部兩側(cè)，主要用于測量風向與機艙中心線的偏差角。一般采用兩個風向標，以便互相校驗，以排除可能產(chǎn)生的

9、錯誤信號。控制器根據(jù)風向信號，起動偏航系統(tǒng)。當兩個風向標不一致時，偏航會自動中斷。當風速低于3m/s時，偏航系統(tǒng)不會起動。(三)機組狀態(tài)參數(shù)檢測1.轉(zhuǎn)速2.溫度3.機艙振動4.電纜扭轉(zhuǎn)5.機械制動狀況6.油脂1.轉(zhuǎn)速風力發(fā)電機組轉(zhuǎn)速的測量點主要有兩個：發(fā)電機轉(zhuǎn)速和葉輪轉(zhuǎn)速。對于變速恒頻風力發(fā)電機組，則還需要測量變槳轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測量用于進行風力發(fā)電機組的并網(wǎng)和脫網(wǎng)，還可用于判別超速條件，當葉輪轉(zhuǎn)速超過設(shè)定限值n1或發(fā)電機轉(zhuǎn)速超過設(shè)定限值n2時，應(yīng)停機。葉輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速可以相互校驗。如果不符，風力發(fā)電機組應(yīng)退出運行。2.溫度溫度的測量點非常多，用于反映風力發(fā)電機組系統(tǒng)的工作狀況，主要有以下方面：

10、1)齒輪油溫及高速軸承溫度。2)發(fā)電機繞組及其軸承溫度。3)主軸承溫度。4)發(fā)電機驅(qū)動器(變流器、軟并網(wǎng)裝置、變槳驅(qū)動器等)溫度。5)控制器環(huán)境溫度。由于溫度引起的風力發(fā)電機組退出運行，在溫度降至允許值時，仍可自動起動風力發(fā)電機組運行。3.機艙振動為了檢測機組的異常振動，在機艙上應(yīng)安裝振動保護開關(guān)。傳統(tǒng)的振動保護開關(guān)由一個與微動開關(guān)相連的鋼球及其支撐組成。過振動時，鋼球從支撐它的圓環(huán)上落下，拉動微動開關(guān)，引起安全停機。重新起動時，必須重新安裝好鋼球。現(xiàn)代的變速恒頻風力發(fā)電機組大多采用連續(xù)的振動頻率、振動幅度監(jiān)測，傳感器將測量值實時傳輸給主控系統(tǒng)并根據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速和塔筒的固有頻率進行保護。在大型的變

11、速恒頻風力發(fā)電機組中，不僅需要測試機艙的前后和左右振動，還需要對傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動進行監(jiān)測。4.電纜扭轉(zhuǎn)由于發(fā)電機電纜及所有電氣、通信電纜均從機艙直接引入塔筒，直到地面控制柜。如果機艙經(jīng)常向一個方向偏航，會引起電纜嚴重扭曲。因此，偏航系統(tǒng)還應(yīng)具備扭纜保護的功能。偏航齒輪上安裝有一個獨立的計數(shù)傳感器，以記錄相對初始方位所轉(zhuǎn)過的齒數(shù)。當風力發(fā)電機組向一個方向持續(xù)偏航達到設(shè)定值時，表示電纜已被扭曲到危險的程度，控制器將發(fā)出停機指令并顯示故障，以使風力發(fā)電機組停機并執(zhí)行順或逆時針解纜操作。為了提高可靠性，有的機組在電纜引入塔筒處(即塔筒頂部)，還安裝了機械式的行程開關(guān)，行程開關(guān)觸點與電纜相連，當電纜扭

12、轉(zhuǎn)到一定程度時可直接拉動行程開關(guān)，引起安全停機。為便于了解偏航系統(tǒng)的當前狀態(tài)，控制器可根據(jù)偏航計數(shù)傳感器的報告，顯示機艙當前方位與初始方位的偏轉(zhuǎn)角度及正在偏航的方向。5.機械制動狀況在機械制動系統(tǒng)中必須裝有制動片磨損指示器，如果制動片磨損到一定程度，控制器將顯示故障信號，這時只有更換制動片后才能起動風力發(fā)電機組。在連續(xù)兩次制動動作之間，有一個預置的時間間隔，使制動裝置有足夠的冷卻時間，以免重復使用使制動盤過熱。也有的風力發(fā)電機組用溫度傳感器來取代延時程序，這時制動盤的溫度必須低于預置的溫度才能起動風力發(fā)電機組。6.油脂機組用的油料包括潤滑油和液壓油，潤滑油脂如缺失則會導致機械損傷，液壓油位如偏

13、低則說明存在泄漏的可能，并有執(zhí)行失效的風險。潤滑對象主要有主軸承、齒輪箱及其軸承、發(fā)電機軸承、變槳齒輪及其軸承、偏航齒輪及其軸承。在潤滑油脂缺乏或潤滑油路堵塞時，自動潤滑系統(tǒng)應(yīng)向主控系統(tǒng)報警。(四)各種反饋信號的檢測(1)葉尖擾流器控制或變槳控制。(2)機械制動控制。(3)偏航控制。(4)發(fā)電機脫網(wǎng)及脫網(wǎng)后的轉(zhuǎn)速降落信號。(5)齒輪箱潤滑油泵控制。(五)齒輪箱油溫的控制齒輪箱箱體內(nèi)安裝有PT100溫度傳感器。運行前，應(yīng)保證齒輪油溫高于10(根據(jù)潤滑油的要求設(shè)定)，否則加熱至10再運行。正常運行時，潤滑油泵始終工作，對齒輪和軸承進行強制噴射潤滑油。當油溫高于60時，油冷卻系統(tǒng)起動，油被送入齒輪箱

14、外的熱交換器進行自然風冷或強制風冷。當油溫低于45時，冷卻油回路切斷，停止冷卻。目前，大型風力發(fā)電機組齒輪箱都帶有強制潤滑冷卻系統(tǒng)和油溫加熱器，但油溫加熱器與箱外冷卻系統(tǒng)并非缺一不可。例如，對于我國南方，如廣東省的沿海地區(qū)，氣溫很少低于0，可不用考慮油溫加熱器；對于一些氣溫不高的地區(qū)，也可不用設(shè)置箱外冷卻系統(tǒng)。(六)發(fā)電機溫升控制圖2-8發(fā)電機齒輪箱循環(huán)冷卻系統(tǒng)(七)功率過高或過低的處理1.功率過低2.功率過高1.功率過低如果發(fā)電機功率持續(xù)(一般設(shè)置3060s)出現(xiàn)逆功率，其值小于設(shè)置值Ps，風力發(fā)電機組將退出電網(wǎng)，進入待機狀態(tài)。脫網(wǎng)動作過程如下：氣動制動(甩出葉尖擾流器或槳距角向90方向調(diào)整

15、)，在功率下降到一定程度后停止變流器工作(變速恒頻風力發(fā)電機組)，分斷接觸器或斷路器。2.功率過高一般說來，功率過高現(xiàn)象由兩種情況引起：一是由于電網(wǎng)頻率波動引起的，電網(wǎng)頻率降低時，同步轉(zhuǎn)速下降，而發(fā)電機轉(zhuǎn)速短時間不會降低，轉(zhuǎn)差較大，各項損耗及葉輪動能瞬時不會發(fā)生突變，因而電功率瞬時會變得很大；二是由于氣候變化，空氣密度的增加引起的。功率過高如持續(xù)一定時間，控制系統(tǒng)應(yīng)做出反應(yīng)。對于定槳恒速風力發(fā)電機組，可設(shè)置為當機組輸出功率持續(xù)10min大于額定功率的15時，正常停機；當功率持續(xù)2s大于額定功率的50時，安全停機。對于變速恒頻風力發(fā)電機組，因機組對有功功率優(yōu)良的控制能力，上述情況不會引起長時間過

16、功率可降低短時和長時過功率的超限值。(八)風力發(fā)電機組退出電網(wǎng)(1)風速高于25m/s，持續(xù)10min。(2)風速高于33m/s，持續(xù)2s，正常停機。(3)風速高于50m/s，持續(xù)1s，安全停機。三、風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)控制(一) 風力發(fā)電機組的工作狀態(tài)(二)工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換(三)故障處理(一) 風力發(fā)電機組的工作狀態(tài)風力發(fā)電機組總是工作在以下狀態(tài)之一：(1)運行狀態(tài)。(2)暫停狀態(tài)。(3)停機狀態(tài)。(4)緊急停機狀態(tài)。1.運行狀態(tài)2.暫停狀態(tài)3.停機狀態(tài)4.緊急停機狀態(tài)(一) 風力發(fā)電機組的工作狀態(tài)1.運行狀態(tài)(1)制動裝置松開。(2)允許機組運行和發(fā)電。(3)允許機組發(fā)電機并網(wǎng)。(4)

17、葉尖擾流器收回(定槳恒速風力發(fā)電機組)或槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)選擇最佳運行模式(變速恒頻風力發(fā)電機組)。(5)機組自動偏航。(6)冷卻系統(tǒng)自動工作。(7)操作面板顯示“Run”。對變速恒頻風力發(fā)電機組，變槳系統(tǒng)選擇最佳工作狀態(tài)是指控制器根據(jù)發(fā)電機是否并入電網(wǎng)，機組處于何種運行狀態(tài)來進行速度控制和功率控制的轉(zhuǎn)換，并選擇最佳槳葉節(jié)距角。2.暫停狀態(tài)(1)制動裝置松開。(2)液壓泵保持工作壓力。(3)自動偏航處于激活狀態(tài)。(4)葉尖擾流器釋放(定槳恒速風力發(fā)電機組)或槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片至順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)。(5)葉輪已經(jīng)停止或空轉(zhuǎn)。(6)冷卻系統(tǒng)自動冷卻。(7)操作面板顯示“Pause”。這個工作

18、狀態(tài)在調(diào)試風力發(fā)電機組時非常有用，因為調(diào)試風力發(fā)電機組的目的是要求機組的各種功能正常，而不是能發(fā)電運行。3.停機狀態(tài)(1)制動裝置松開。(2)葉尖擾流器釋放(定槳恒速風力發(fā)電機組)或槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉片至順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)。(3)液壓泵保持工作壓力。(4)自動偏航系統(tǒng)不工作。(5)自動冷卻系統(tǒng)不工作。(6)操作面板顯示“Stop”。4.緊急停機狀態(tài)(1)對定槳恒速風力發(fā)電機組，當葉輪低于一定轉(zhuǎn)速后，施加制動。(2)對變速恒頻風力發(fā)電機組，制動裝置松開。只有當急停按鈕被按下時，才施加制動。(3)安全鏈斷開。(4)所有的主控制器輸出量被禁止。(5)計算機依然運行，并測量所有輸入量。(6)

19、操作面板顯示“Emergency Stop”。當緊急停機動作執(zhí)行時，所有接觸器斷開，主控制器輸出信號被旁路，使主控制器沒有可能去激活任何機構(gòu)。(二)工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換1. 工作狀態(tài)層次上升2.工作狀態(tài)層次下降(二)工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換圖2-9工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換1. 工作狀態(tài)層次上升(1)緊停停機。如果停機狀態(tài)的條件滿足，則： 1)安全鏈閉合。2)建立液壓工作壓力。3)松開機械制動。(2)停機暫停。如果暫停狀態(tài)的條件滿足，則：1)開始自動偏航。2)起動冷卻系統(tǒng)。(3)暫停運行如果運行狀態(tài)的條件滿足，則：1)核對風力發(fā)電機組是否處于上風向。2)葉尖擾流器收回(定槳恒速風力發(fā)電機組)或變距系統(tǒng)投入工作

20、(變速恒頻風力發(fā)電機組)。3)當風速足夠大并驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動至并網(wǎng)轉(zhuǎn)速時，則發(fā)電機切入電網(wǎng)。2.工作狀態(tài)層次下降工作狀態(tài)層次下降包括三種情況：(1)緊急停機。緊急停機包含了三種情況，即停機緊停，暫停緊停，運行緊停。其主要控制指令為：1)斷開安全鏈。2)置所有輸出信號于無效。3)確保葉尖擾流器釋放(定槳恒速風力發(fā)電機組)或葉片順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)。4)機械制動作用。(2)停機。停機操作包含了兩種情況，即暫停停機，運行停機。2.工作狀態(tài)層次下降暫停停機：1)停止自動偏航。2)確保葉尖擾流器釋放(定槳恒速風力發(fā)電機組)或葉片順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)。3)冷卻系統(tǒng)停止運行。運行停機：1)停止自

21、動偏航。2)確保葉尖擾流器釋放(定槳恒速風力發(fā)電機組)或葉片順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)。3)如發(fā)電機處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)則立即脫網(wǎng)。2.工作狀態(tài)層次下降4)冷卻系統(tǒng)停止運行。(3)暫停1)如果發(fā)電機沒有并入電網(wǎng)，則釋放葉尖擾流器(定槳恒速風力發(fā)電機組)或葉片順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)使葉輪速度減低。2)如果發(fā)電機并網(wǎng)，則釋放葉尖擾流器(定槳恒速風力發(fā)電機組)或葉片順槳(變速恒頻風力發(fā)電機組)使功率降低后切出發(fā)電機。(三)故障處理當故障發(fā)生時，風力發(fā)電機組將自動地從較高的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到較低的工作狀態(tài)。故障處理實際上是針對風力發(fā)電機組從某一工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到較低的狀態(tài)層次可能產(chǎn)生的問題，因此檢測的范圍

22、是限定的。(1)故障名稱。(2)故障檢測的描述。(3)當故障存在或沒有恢復時的工作狀態(tài)層次。(4)故障復位情況(能自動或手動復位，在機上或遠程控制復位)。1.故障檢測2.故障記錄3.對故障的反應(yīng)4.故障處理后的重新起動(三)故障處理1.故障檢測控制系統(tǒng)設(shè)在機艙和塔基的故障處理器都能夠掃描傳感器信號以檢測故障，故障由故障處理器分類，每次只能有一個故障通過，即只有能夠引起機組從較高工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入較低工作狀態(tài)的故障才能通過。2.故障記錄故障處理器將故障存儲在運行記錄表和報警表中。3.對故障的反應(yīng)對故障的反應(yīng)應(yīng)是以下三種情況之一：(1)降為暫停狀態(tài)。(2)降為停機狀態(tài)。(3)降為緊急停機狀態(tài)。4.故障處

23、理后的重新起動在故障已被接受之前，工作狀態(tài)層次不可能任意上升。故障被接受的方式如下：如果外部條件良好，此外部原因(如溫度、電壓波動)引起的故障狀態(tài)可能自動復位。一般故障可以通過遠程控制復位，如果操作者發(fā)現(xiàn)該故障可被接受并允許起動風力發(fā)電機組，則可以復位故障。有些故障是致命的，不允許自動復位或遠程控制復位，必須有工作人員到機組工作現(xiàn)場檢查，這些故障必須在風力發(fā)電機組內(nèi)的控制面板上得到復位。故障狀態(tài)被自動復位一段時間(通常為10min)后將自動重新起動，但一天內(nèi)發(fā)生的次數(shù)應(yīng)有限定，并記錄顯示在控制面板上。如果控制器出錯可通過看門狗(Watch Dog)來觸發(fā)停機。第三節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的發(fā)電過

24、程控制一、待機狀態(tài)二、風力發(fā)電機組的自起動三、自起動的條件四、葉輪對風五、制動解除六、定槳恒速風力發(fā)電機組的并網(wǎng)與切換一、待機狀態(tài)當風速v3m/s，機械制動已松開，葉尖擾流器已收回或槳距角處于最佳位置，轉(zhuǎn)速低于切入轉(zhuǎn)速，或者風力發(fā)電機組從小功率(逆功率)狀態(tài)切出，沒有重新并入電網(wǎng)時，風力發(fā)電機組處于自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)，稱為游離狀態(tài)。游離狀態(tài)除了發(fā)電機沒有并入電網(wǎng)以外，機組實際上已處于工作狀態(tài)。這時控制系統(tǒng)已作好切入電網(wǎng)的一切準備：葉輪處于迎風狀態(tài)，液壓系統(tǒng)的壓力保持在設(shè)定值上，風況、電網(wǎng)和機組的所有狀態(tài)參數(shù)均在控制系統(tǒng)監(jiān)測之中。一旦風速增大，葉輪轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機即可并入電網(wǎng)。二、風力發(fā)電機組的自起動

25、風力發(fā)電機組的自起動是指葉輪在自然風速的作用下，不依靠其他外力的協(xié)助，將發(fā)電機拖動到額定轉(zhuǎn)速。早期的定槳距風力發(fā)電機組不具有自起動能力，葉輪的起動是在發(fā)電機的協(xié)助下完成的，這時發(fā)電機作電動機運行，通常稱為電動機起動(Motor-start)。直到現(xiàn)在，絕大多數(shù)定槳距風力發(fā)電機組仍具備Motor-start功能。由于槳葉氣動性能的不斷改進，目前絕大多數(shù)風力發(fā)電機組的葉輪具有良好的自起動性能。一般在風速v3m/s的條件下，即可自起動。三、自起動的條件1.電網(wǎng)2.風況3.機組1.電網(wǎng)(1)連續(xù)10min內(nèi)電網(wǎng)沒有出現(xiàn)過電壓、欠電壓。(2)電網(wǎng)電壓0.1s內(nèi)的波動小于設(shè)定限值。(3)電網(wǎng)頻率在允許范圍

26、之內(nèi)。(4)沒有出現(xiàn)電壓三相不平衡等現(xiàn)象。2.風況連續(xù)10min風速在風力發(fā)電機組運行風速的范圍(3.0m/sv25m/s)內(nèi)。3.機組(1)發(fā)電機溫度、齒輪箱油溫應(yīng)在設(shè)定值范圍以內(nèi)。(2)液壓系統(tǒng)所有部位的壓力都在設(shè)定值。(3)液壓油位和齒輪潤滑油位正常。(4)制動器摩擦片損耗正常。(5)扭纜開關(guān)未觸發(fā)。(6)系統(tǒng)的控制電源正常。(7)非正常停機后顯示的所有故障均已排除。(8)維護/運行開關(guān)在“運行”位置。四、葉輪對風當風速傳感器測得10min平均風速v3m/s時，控制器允許葉輪對風。偏航角度通過風向儀測定。當風力發(fā)電機組向左或向右偏離風向確定時，需延遲10s后才能執(zhí)行向左或向右偏航，以避免

27、在風向擾動情況下的頻繁起動。釋放偏航制動1s后，偏航電動機根據(jù)指令執(zhí)行左右偏航；偏航停止時，偏航制動投入。五、制動解除當自起動的條件滿足時，對定槳恒速風力發(fā)電機組，控制葉尖擾流器的電磁閥打開，液壓油進入槳葉液壓缸，葉尖擾流器被收回與槳葉主體合為一體。控制器收到葉尖擾流器已收回的反饋信號后，液壓油的另一路進入機械盤式制動器液壓缸，松開盤式制動器。對變速恒頻風力發(fā)電機組，變槳控制系統(tǒng)驅(qū)動葉片從順槳位置運行到最佳槳距角位置。六、定槳恒速風力發(fā)電機組的并網(wǎng)與切換(一)大小發(fā)電機的軟并網(wǎng)程序(二)從小發(fā)電機向大發(fā)電機的切換(三)大發(fā)電機向小發(fā)電機的切換(四)電動機起動(一)大小發(fā)電機的軟并網(wǎng)程序(1)發(fā)

28、電機轉(zhuǎn)速已達到預置的切入點，該點的設(shè)定應(yīng)低于發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速。(2)連接在發(fā)電機與電網(wǎng)之間的雙向晶閘管被觸發(fā)導通(這時旁路接觸器處于斷開狀態(tài))，導通角隨發(fā)電機轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的接近而增大，隨著導通角的增大，發(fā)電機轉(zhuǎn)速的加速度減小。(3)當發(fā)電機達到同步轉(zhuǎn)速時，晶閘管導通角完全打開，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速進入發(fā)電狀態(tài)。(4)進入發(fā)電狀態(tài)后，晶閘管導通角繼續(xù)保持完全導通，旁路接觸器閉合，這時絕大部分的電流是通過旁路接觸器輸送給電網(wǎng)的，因為它比晶閘管電路的電阻小得多。(二)從小發(fā)電機向大發(fā)電機的切換一般小發(fā)電機為6極繞組，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min；大發(fā)電機為4極繞組，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。小發(fā)電機

29、向大發(fā)電機切換的控制，以平均功率或瞬時功率參數(shù)為預置切換點。例如，NEG Micon 750kW機組以10min平均功率達到某一預置值P1或以4min平均功率達到預置值P2作為切換依據(jù)。采用瞬時功率參數(shù)時，一般以5min內(nèi)測量的功率值全部大于某一預置值P1，或1min內(nèi)的功率全部大于預置值P2作為切換的依據(jù)。執(zhí)行小發(fā)電機向大發(fā)電機的切換時，首先斷開小發(fā)電機的主接觸器，再斷開旁路接觸器。此時，小發(fā)電機脫網(wǎng)，風力將帶動大發(fā)電機轉(zhuǎn)速迅速上升，在到達同步轉(zhuǎn)速1500r/min附近時，再次執(zhí)行大發(fā)電機的軟并網(wǎng)程序。(三)大發(fā)電機向小發(fā)電機的切換當發(fā)電機功率持續(xù)10min內(nèi)低于預置值P3時，或10min內(nèi)

30、平均功率低于預置值P4時，將執(zhí)行大發(fā)電機向小發(fā)電機的切換。首先斷開大發(fā)電機的主接觸器，再斷開旁路接觸器。由于大發(fā)電機在此之前仍處于出力狀態(tài)，轉(zhuǎn)速在1500r/min以上，脫網(wǎng)后轉(zhuǎn)速將進一步上升。由于存在過速保護和計算機超速檢測，因此，應(yīng)迅速投入小發(fā)電機接觸器，執(zhí)行軟并網(wǎng)，由電網(wǎng)負荷將小發(fā)電機轉(zhuǎn)速拖到小發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速附近。只要轉(zhuǎn)速不超過超速保護的設(shè)定值，就允許執(zhí)行小發(fā)電機軟并網(wǎng)。(四)電動機起動電動機起動是指風力發(fā)電機組在靜止狀態(tài)時，把發(fā)電機用作電動機將機組起動到額定轉(zhuǎn)速并切入電網(wǎng)。電動機起動目前在大型風力發(fā)電機組的設(shè)計中不再進入自動控制程序，因為氣動性能良好的槳葉在風速v4m/s的條件下即可使

31、機組順利地自起動到額定轉(zhuǎn)速。電機的運行狀態(tài)分為發(fā)電機運行狀態(tài)和電動機運行狀態(tài)。電機直接起動的瞬間，存在較大的沖擊電流(甚至超過額定電流的7倍)，將持續(xù)一段時間(由靜止至同步轉(zhuǎn)速之前)，因而電動機起動時需采用軟起動技術(shù)，根據(jù)電流反饋值，控制起動電流，以減小對電網(wǎng)的沖擊和機組的機械振動。電動機起動時間不應(yīng)超出60s，起動電流應(yīng)小于小電機額定電流的3倍。第四節(jié)定槳恒速風力發(fā)電機組的制動與保護系統(tǒng)一、風力發(fā)電機組的制動系統(tǒng)二、超速保護三、電網(wǎng)失電保護四、電氣保護五、緊急安全鏈一、風力發(fā)電機組的制動系統(tǒng)1.正常停機2.安全停機3.緊急停機1.正常停機(1)如果發(fā)電機沒有并網(wǎng)，制動程序是：(2)如果發(fā)電機已經(jīng)并網(wǎng)，制動程序是：(1)如果發(fā)電機沒有并網(wǎng)，制動程序是：1)電磁閥失電，釋放葉尖擾流器。2)葉輪轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時，第一部機械制動器投入。3)如果葉尖擾流器釋放后轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，則第二部機械制動器立即投入。4)下一次制動時，先投入第二部制動器，再投入第一部制動器。5)停機后葉尖擾流器收回