風力發(fā)電實驗室建設方案

附錄2：風力發(fā)電實驗室建設方案

風力發(fā)電實驗室建設方案

1、建設項目必須符合的總要求

風力發(fā)電實驗室是要求建設一個符合風力發(fā)電專業(yè)和實際風電專業(yè)教學要求的風力發(fā)電系統(tǒng)，包括具有無級可變風速及可任意連續(xù)可變風向的模擬風力源系統(tǒng)（與并網型雙饋風力發(fā)電機組配套實驗）和三組無級可變風速及60度連續(xù)可變風向的模擬風力源系統(tǒng)（與小型風力發(fā)電機組配套實驗）。由一套采用主動偏航齒輪驅動形式的、模擬大型變槳距變速恒頻風力異步雙饋發(fā)電機組、雙PWM變流器、電氣測控柜和中控臺構成的風力發(fā)電教學實訓系統(tǒng)，以及由三套小型風力發(fā)電機和配套儀器儀表所組成的一個符合大、小型風電機組實驗技術要求的綜合風力發(fā)電實驗室，以滿足學生教學實訓要求。同時需要系統(tǒng)地考慮教學實訓項目的要求并具一定的特色。所以本建設項目具體實施的投標單位，不僅要吸收目前并網型風力發(fā)電設備的新技術，還應緊密結合教學的實際，必須全面滿足完成實訓項目的要求，模擬風場與變槳距異步雙饋發(fā)電機組必須符合教學要求的實際原形的物理模擬標準。要能夠觀察到各種工況的物理過程，獲得明確的物理概念，可以探索到現象的本質極其變化的基本規(guī)律，在教學實訓中可使風力發(fā)電實驗室的作用和功能得到進一步的拓展，能夠進行典型系統(tǒng)的實訓，應符合實訓教學的可測試性和可操作性。

2、對模擬風場系統(tǒng)結構的基本要求

以風能為動力的發(fā)電設備，稱為風力發(fā)電機組。在實際風電工程中，安裝在風電場中的風力發(fā)電機組的原動力風能是自然風，風的速度和方向是不斷變化的，而功率與風速的立方成正比。因此在實驗室的室外模擬風場中必須設計建設一個連續(xù)可變風速及可任意連續(xù)可變風向的模擬風力源系統(tǒng)。

在室外模擬風場中安裝的風力發(fā)電機組要求是采用300W小型風力發(fā)電組，整個風場用金屬網隔離。

在室內安裝的并網型風力發(fā)電機組要求設計制造成采用主動偏航齒輪驅動形式的、由變槳距風輪機、齒輪箱和異步雙饋發(fā)電機組等構成風電主機，風速和風向信號取自于室外模擬風場的模擬風力源系統(tǒng)，變槳距調節(jié)信號取自于發(fā)電機功率。

并網型風力發(fā)電機組的原動力采用直流調速電機，直流調速電機的轉速與室外模擬風場中測得的風速成正比。

并網型風力發(fā)電機組產生的電能，通過電纜經模擬箱式變電站將其電壓由0.69KV模擬升至10KV后，是經架空線路或電纜模擬輸送到風電場的變電所。3、對并網型風力發(fā)電機組的基本要求

并網型風力發(fā)電機組的功能是將風中的動能轉換成機械能，再將機械能轉換為電能，輸送到電網中。要求并網型風力發(fā)電機組的在設定的模擬風況和電網條件下能夠長期安全運行。

3.1、并網型風力發(fā)電機組系統(tǒng)

分為風輪、齒輪箱、發(fā)電機、塔筒和基礎等幾個部分。

經過調研和綜合分析，為了符合風力發(fā)電專業(yè)和實際并網型風電工程的教學要求，本并網型風力發(fā)電機組設計制造要求是：采用三葉片（葉片長度根據實驗室場地允許條件取）圍繞葉片縱向軸線轉動的變槳距風輪機，具有主動偏航齒輪驅動功能，采用雙饋異步發(fā)電機。

底盤上安裝除了控制器以外的機組主要部件。

塔架支撐底盤達到1M的高度，筒內安置發(fā)電機和控制器之間的動力電纜、控制和通信電纜，塔架結構采用筒形�；�礎根據實驗室的地質情況和塔架筒形結構形式設計。其中心預置與塔架連接的基礎部件，保證將風力發(fā)電機組牢牢固定在基礎上。

3.2、并網型風力發(fā)電機組

由傳動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)與制動系統(tǒng)、發(fā)電機、控制與安全系統(tǒng)等組成。

傳動系統(tǒng)：包括主軸、齒輪箱和聯軸節(jié)。輪轂與主軸固定連接，將風輪的轉矩傳遞給齒輪箱。也可將主軸與齒輪箱的輸入軸合為一體。由于模擬大型風力發(fā)電機組，風輪的轉速可考慮在0～30r/min范圍內,通過齒輪箱增速經高速軸驅動發(fā)電機旋轉。

偏航系統(tǒng)：偏航系統(tǒng)要求跟蹤風向的變化，驅動機艙圍繞塔架中心線旋轉，使風輪掃掠面與風向保持垂直。將模擬風向信號經傳感器發(fā)給控制器，經過與風輪的實際方位進行比較后，發(fā)出指令給偏航電動機，驅動小齒輪沿著與塔架頂部固定的大齒圈移動，經過偏航軸承使機艙傳動，直到風輪對準模擬風向后停止。

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液壓系統(tǒng)：要求為油缸和制動器提供驅動壓力。液壓系統(tǒng)由電動機、油泵、油箱、過濾器、管路及各種液壓閥等組成。油缸主要是用于驅動變槳距風輪的變距機構。

制動系統(tǒng)：本并網型風力發(fā)電機組要求設置空氣動力制動和機械制動兩部分。要求變槳距風輪能處于順槳位置時模擬利用空氣阻力使風輪減速或停機的狀態(tài)，以便顯示空氣動力制動原理。要求在齒輪箱的高速輸出軸上設置的盤式制動器，進行機械制動。本實訓系統(tǒng)在運行時要讓機組停機，首先采用模擬空氣制動，由原動機減速來模擬風輪減速，再采用機械制動使風輪停轉。

發(fā)電機：將風輪的機械能轉換為電能，本并網型風力發(fā)電機組要求采用雙饋異步發(fā)電機。當模擬風速增加使齒輪箱高速輸出軸轉速達到異步發(fā)電機同步轉速時，機組并入電網，向電網送電。模擬風速繼續(xù)增加，發(fā)電機轉速也略為升高，增加輸出功率。達到額定模擬風速后，通過風輪葉片的調節(jié)，模擬穩(wěn)定在額定功率不再增加。反之模擬風速減小，發(fā)電機轉速低于同步轉速時，則從電網吸收電能，處于電動機狀態(tài)，經過適當延時后脫開電網。

控制系統(tǒng)：包括控制和監(jiān)測兩部分，控制部分要求有手動控制和自動控制�？稍诂F場根據需要進行手動控制，自動控制要求在無人值守的條件下實施運行人員設置的控制策略，保證機組正常安全運行。監(jiān)測部分將各種傳感器采集到的數據送到控制器，經過處理作為控制參數或作為原始記錄儲存起來，在機組控制的顯示屏上可以查詢，也應送到實驗室中央控制室的電腦系統(tǒng)。

安全系統(tǒng)：要保證機組在發(fā)生非正常情況時立即停機，風輪被制動停止旋轉。4、對并網型風力發(fā)電機組主要參數的要求

本并網型風力發(fā)電機組要求提供一個功率曲線圖，橫坐標是風速，縱坐標是機組的輸出功率。功率曲線主要分為上升和穩(wěn)定兩部分，機組開始向電網輸出功率時的模擬風速稱為切入風速。隨著模擬風速的增大，輸出功率上升，輸出功率大約與風速的立方成正比，達到額定功率值時的風速稱為額定風速。此后模擬風速再增加，由于風輪的調節(jié)，功率保持不變。5、對并網型風力發(fā)電機組布局和中心位置的要求

投標建設廠家首先論證總體設計任務和技術要求，以現有技術確定機組、布局，確定所設計模擬風力發(fā)電機組的幾何尺寸、重量和性能等基本特性。

5.1、整機總體布置

整機各部件、各系統(tǒng)、附件和設備等布置要求合理、協調、緊湊，保證正常工作和便于維護等要求，并考慮有效合理的重心位置。

6、對并網型風力發(fā)電機組風輪總體參數的要求

6.1、風輪葉片數B

由于三葉片的風力發(fā)電機的運行和輸出功率較平穩(wěn)，本并網型風力機采用三葉片風輪。6.2、風輪直徑D

風輪直徑應根據實驗室場地限制考慮盡量取長（并網機組的風輪葉片長度縮短）。6.3、設計風速

V1

風力發(fā)電機組的平均毛呢風速和頻度，按實際工程型機組的范圍進行。6.4、尖速比λ

本并網型風力發(fā)電機組采用變槳距的風輪葉片，要求在風輪起動時，變距角要能調節(jié)到較大值，隨著風輪轉速的增加逐漸減小。要求根據風輪設計轉速和發(fā)電機轉速來選擇齒輪箱傳動比，最后再用公式λ=RΩ/V進行尖速比的計算，確定其設計參數。

6.5、其他

塔筒高度建議取1米，風輪中心高度是指風輪中心離安裝處地面的高度，風輪中心離地高度應根據風輪機在機架上的布置而定。

7、對并網型風力發(fā)電機組動力學特性的要求

要求具有良好的動力學特性，足夠的動力穩(wěn)定性裕度，可接受的風輪及機體振動載荷以及低的水平振動。

本并網型風力發(fā)電機組主要應考慮動載荷、振動及動力穩(wěn)定性等三個方面。7.1動載荷

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本并網型風力發(fā)電機組的原動力考慮在模擬風力源系統(tǒng)風能的作用下通過傳感系統(tǒng)控制并網型風力發(fā)電機組的原動機驅動，原動機要求能模擬作用于風輪葉片上的周期性氣動載荷引起的動響應，因此在機構、傳動、結合發(fā)電方面應盡量實現系統(tǒng)的展示。

7.2振動

本并網型風力發(fā)電機組除風輪外，電機、傳動系統(tǒng)及其支撐結構等設計都應考慮減輕振動問題。7.3動力穩(wěn)定性

為了保證并網型風力發(fā)電機組在使用中不出現整機動力不穩(wěn)定性，就要求機組在其整個運行范圍內不存在整機動力不穩(wěn)定區(qū)。風力發(fā)電機組開車時風輪轉速總是從零開始加速，因而這個工作轉速范圍也就是從零一直到最大轉速。此外，為了保證一定的安全裕度，要求整機動力不穩(wěn)定區(qū)的下邊界不低于最大轉速的120%。8、對并網型風力發(fā)電機組整機可靠性的要求

可靠性是并網型模擬風力發(fā)電機組基本質量標志，是風電教學實訓質量的重要組成部分�？煽啃允莵碜栽O計制造和使用維護、設計制造可靠性是影響實訓系統(tǒng)可靠性的重要因素，因此要求投標單位必須進行認識的設計和制造。9、對并網型風力發(fā)電機組結構設計的要求

并網型模擬風力發(fā)電機組的結構設計內容主要包括葉片、輪轂、偏航系統(tǒng)、主軸、主軸承、齒輪箱、剎車系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機艙及塔架的結構設計。

9.1并網型風力發(fā)電機組的結構設計基本原則

9.1.1技術性盡可能采用成熟的新技術、新材料、新工藝，保證風力發(fā)電機組滿足總體設計技術指標。9.1.2經濟性綜合考慮包括模擬風力發(fā)電機組的制造成本、運行及維護成本。

9.1.3可靠性應該科學、合理的綜合考慮技術指標、經濟性指標，最終滿足可靠性指標。9.2并網型風力發(fā)電機組結構設計的一般要求

部件設計的主要任務是選擇部件的結構形式，布置結構的主要構件、確定構件的尺寸參數等。在這個基礎上進行具體的細節(jié)設計，繪制出全部的工程圖。

9.2.1強度、剛度要求：機艙底盤平臺、葉片、塔架等各受力構件及其組合部件必須能承受相應狀態(tài)載荷的足夠強度、剛度。

9.2.2動力學要求：區(qū)別于一般機械結構設計的要求，并網型風力發(fā)電機組動部件所受載荷是交變載荷，設計時，應考慮質量、剛度分布對構件、整機的固有特性的影響，使得部件、整機的固有頻率避開激振力頻率，降低動應力水平、提高部件以及整機的壽命和可靠性。

9.2.3工藝性要求：結構的工藝性是指在具體生產條件對所設計的結構能使其在生產過程實現的可能性程度。9.3對結構優(yōu)化設計的要求

由于建設經費有限，并網型風力發(fā)電機組應從各種可能的多個結構設計方面尋求滿足設計要求的最好方案，使得結構設計既滿足強度、剛度、工藝性要求而又使得結構重量輕、制造成本低。

為了實現這個目的，在優(yōu)化設計過程中，需要不斷改變設計變量，使之按教學實訓要求的方面變化，因此，結構優(yōu)化設計就是一個分析→設計→再分析→再設計的過程。

要形成使總體、結構、工藝設計一體化的設計方法。結構設計不是一個簡單的設計過程，要同時考慮大量復雜的條件，以達到結構可靠性要求和優(yōu)化設計的目的。

建議考慮下述兩種設計方法：

一是根據載荷及功能要求進行結構設計；二是根據結構進行載荷校核。

10、對并網型風力發(fā)電機組總體布置及動力系統(tǒng)的設計要求

10.1對機組總體布置的要求

風力發(fā)電機傳動及偏航系統(tǒng)和機艙底盤的結構設計方案中，采用當前最流行的一字型或一字型的改變型。10.2、對輪轂的要求

輪轂是聯接葉片與主軸的重要部件，它承受了風力作用在葉片上推力、扭矩、彎矩及陀螺力矩。風輪輪轂傳遞風輪的力和力矩到后面的機械結構中去。它是影響風機性能和質量的關鍵部件。

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并網型模擬風力發(fā)電機組輪轂的形狀要求采用三通型輪轂或三角形輪轂。輪轂的結構要求采用鑄造結構或焊接結構，材料要求采用鑄鋼或高強度球墨鑄鐵。

10.3、對主軸的要求

在并網型模擬風力發(fā)電機組中，主軸承擔了支撐輪轂處傳遞過來的各種負載的作用，并將扭矩傳遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動彎矩傳遞給機艙、塔架。

在結構允許的條件下，應將主軸盡量設計的保守一些。主軸的主要結構一般有挑臂梁結構和懸臂梁結構兩種，本并網型模擬風力發(fā)電機組要求采用三點式支撐的懸臂梁結構主軸，懸臂梁結構主軸上的一個支撐由軸承架支撐；另一支撐由齒輪箱支撐。這種結構的前支點為剛性支撐，后支點（齒輪箱）為彈性支撐，能夠吸收突變負載。

10.3.1.主軸的材料選用：由于風力發(fā)電機組主軸受力復雜，要求選用優(yōu)質鋼材。

10.3.2.軸靜強度的安全系數校核軸的靜強度是根據軸的短時最大載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的。校核的目的是保證軸對塑性變形的抵抗能力。

10.4、對聯軸器的要求

在風力發(fā)電機組中，常采用剛性聯軸器、彈性聯軸器（或萬向聯軸器）兩種方式。剛性聯軸器常用在對中性好的二軸的聯接，而彈性聯軸器則可以為二軸對中性較差時提供二軸的聯接，更重要的是彈性聯接器可以提供一個彈性環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)可以吸收軸系因外部負載的波動而產生的額外能量。

在并網型風力發(fā)電機組中要求在低速軸端（主軸與齒軸箱低速軸聯接處）選用剛性聯軸器，可考慮選用脹套式聯軸器、柱銷式聯軸器等。在高速軸端（發(fā)電機與齒輪箱高速軸聯接處）要求選用彈性聯軸器（或萬向聯軸器），可考慮選用輪胎聯軸器，或十字節(jié)聯軸器。

10.5、對機械剎車的要求

機械剎車是一種制動式減慢旋轉負載的裝置，要求制動可靠。

機械剎車根據作用方式可以分為氣動液壓、電磁、電液、受動等形式。按工作狀態(tài)制動器可分為常閉式和常開式。常閉式制動器靠彈簧或重力的作用經常處于緊閘狀態(tài)，而機構運行時，則用人力或松閘器使制動器松閘；與此相反，常開式制動器經常處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能使其緊閘。

在并網型風力發(fā)電機組中具體方式可由生產廠家確定，建議采用常閉式制動器。11、對并網型風力發(fā)電機組機艙底盤結構設計的要求

風力發(fā)電機組的機艙除了承擔容納所有機械部件外，還承受所有外力（包括靜負載及動負載）的作用。對機艙的強度及剛度的要求將更為苛刻，特別是對機艙底盤的結構設計要求較高，本模擬風力發(fā)電機組機艙底盤在確保學生實訓安全的情況下，可根據實際使用條件設計。

機艙底盤的選擇：

1）按制造方法及材料可分為鑄造機艙底盤、焊接機艙底盤二類（可考慮采用后者）。

2）按結構形狀可分為梁式機艙底盤、框架式機艙底盤、箱式機艙底盤等三類。（可考慮采用框架式機艙底盤）。11.1、機艙底盤設計的準則

機艙底盤的設計主要應保證剛度、強度、穩(wěn)定性及學生實訓的重要性。

1）剛度機艙底盤的剛度決定風力發(fā)電機組傳動鏈的工作穩(wěn)定性，決定回轉支承工作的穩(wěn)定性。

2）強度機艙底盤的強度應根據模擬風力發(fā)電機組在運轉過程中可能發(fā)生最大載荷來校核，更重要的還要校核其疲勞強度。

機艙底盤強度和剛度都要從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面來考慮。動剛度是衡量機艙底盤抗振能力的指標，而提高機艙底盤抗振性能應從提高機艙底盤構件的靜剛度、控制固有頻率、加大阻尼等方面入手。

3）穩(wěn)定性風力發(fā)電機組的機艙底盤是一個扁平式結構，其主要受力件穩(wěn)定性較好，某些受壓部件及受壓彎結構也可能存在失穩(wěn)問題，必須加以校核。

11.2、對機艙底盤設計的要求

1）在滿足強度及剛度的前提下，機艙底盤應盡量重量輕、成本低；2）抗振性好；

3）結構設計合理，工藝性良好，便于焊接和機械加工；

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4）結構力求便于安裝與調整，方便修理和更換零部件及便于學生實訓。5）造型好，使之既適用經濟，又美觀大方。11.3、對機艙底盤的材料及處理的要求

焊接機艙底盤具有強度和剛度高、重量輕、生產周期短以及施工簡便等優(yōu)點，因此在風力發(fā)電機組中大多采用焊接機艙底盤。焊接機艙底盤應采用優(yōu)質鋼材。為了保持尺寸穩(wěn)定，焊接后必須消除內應力，本并網型風力發(fā)電機組考慮采用焊接式機艙底盤。

12、對并網型風力發(fā)電機組風輪與葉片的要求

本并網型風力發(fā)電機組要求采用變槳距風輪，風輪由一個具有集中變槳控制的葉片及對應的調槳軸承和輪轂組成。調槳軸承用螺栓聯結在輪轂上；葉片由玻璃纖維制成，并由聚酯材料加固，采用螺栓聯結在葉片軸承上，能順時針轉動。

三個葉片的長度根據風機所安裝的中心高度確定。每一個葉片由兩個半殼與中間的支承梁組成；葉片通過葉根螺栓與調槳軸承連結，從而允許葉片轉動。

13、對并網型風力發(fā)電機組功率調節(jié)的要求

當風速達到某一值時，風力發(fā)電機組達到額定功率。自然風的速度變化常會超過這一風速，在正常運行時，不是限制結構載荷的大小，而是發(fā)電機超載后過熱的問題。并網型風力發(fā)電機組也要設定發(fā)電機過載的能力。控制系統(tǒng)允許發(fā)電機短時過載，絕不能長時間或經常過載。

由于風速和功率是三次方的關系，當并網型風力發(fā)電機組功率達到額定點以后，必須有相應的功率調節(jié)措施，使機組的輸出功率不再增加。

本并網型風力發(fā)電機組考慮采用變槳距聯動原動機的調節(jié)方法。13.1對變槳距控制的要求

變槳距控制主要是通過改變翼型迎角變化，使翼型升力變化來進行調節(jié)的。變槳距控制多用于大型風力發(fā)電機組，本并網型風力發(fā)電機組采用變槳距控制。

變槳距控制是通過葉片和輪轂之間的軸承機構轉動葉片來減小迎角，由此來減小翼型的升力，以達到減小作用在風輪葉片上的扭矩和功率的目的。變槳調節(jié)時葉片迎角可相對氣流連續(xù)的變化，以便得到風輪功率輸出達到希望的范圍。在90℃迎角時是葉片的順槳位置。在風力發(fā)電機組正常運行時，葉片向小迎角方向變化而限制功率。變距范圍要求0°～90°。從起動角度0°到順槳，葉片就像飛機的垂直尾翼一樣。

由于變槳距控制型風輪具有典型教學意義，在并網型風力發(fā)電機組中要求能進行實驗。14、對并網型風力發(fā)電機組齒輪箱的要求

風力發(fā)電機組中的齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功能是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。風輪的轉速很低，遠達不到發(fā)電機發(fā)電要求，必須通過齒輪箱輪副的增速作用來實現，故也將齒輪箱稱之為增速箱。本并網型風力發(fā)電機組還要求附加一臺在風力源風速作用下的原動機系統(tǒng)。

根據機組的總體布置要求，可將與風輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）和齒輪箱的輸入軸合為一體，其軸端形式是法蘭盤連接結構。也可將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯軸節(jié)連接的結構。為了增加機組的制動能力，可考慮在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置，配合變槳距制動裝置共同對機組傳動系統(tǒng)進行聯合制動。由于齒輪箱是風力發(fā)電機組中的重要設備，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。對構件材料的要求是，除了常規(guī)狀態(tài)下機械性能外，還應保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件等。為模擬冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設置監(jiān)控點，對運轉和潤滑狀態(tài)和溫度進行遙控。本模擬風力發(fā)電機組是以水平軸風力發(fā)電機組用固定平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動為代表的機組。

14.1、對齒輪箱設計的要求

齒輪箱的設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結構簡化并且重量最輕。根據機組要求，采用CAD優(yōu)化設計，選用合理的設計參數，排定最佳傳動方案，選擇穩(wěn)定可靠的構件和具有良好力學特性的材料，配備完整充分的潤滑等。

齒輪箱作為傳遞動力的部件，在運行期間同時承受動、靜載荷。其動載荷部分取決于風輪、發(fā)電機的特性和傳動軸、聯軸器的質量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機的外部工作條件。為此要求模擬機組，能對起動、運行、空轉、停機、正常起動和緊急制動等各種工況進行試驗。

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14.2、原動機安裝布置

為了使并網型風力發(fā)電機組符合實際工程機組的結構特點，要求將原動機安裝在齒輪箱內，以學生不宜看到為準。14.3、對齒輪箱噪聲級的要求

風力發(fā)電齒輪箱的噪聲標準為85dB(A)左右。噪聲主要來自各傳動件，故應采取相應降低噪聲的措施：1）適當提高齒輪精度，進行齒形修緣，增加嚙合重合度；2）提高軸和軸承的剛度；

3）合理布置軸系和輪系傳動，避免發(fā)生共振。

齒輪箱安裝時采取必要的減振措施，按規(guī)范找正，充分保證機組的聯結剛度，將齒輪箱的機械振動控制在GB/T8534規(guī)定的C級之內。

14.4、對齒輪箱可靠性的要求

按照假定壽命最少20年的要求，視載荷譜所列載荷分布情況進行疲勞分析，對齒輪箱整機及其零件的設計極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進行極限強度分析、疲勞分析、穩(wěn)定性和變形極限分析，動力學分析等。15、對并網型風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)分項功能的要求

偏航系統(tǒng)是水平軸式風力發(fā)電機組必不可少的組成系統(tǒng)之一。要求偏航系統(tǒng)滿足兩個主要作用：1）是與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相互配合，使風力發(fā)電機組的風輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；2）是提供必要的鎖緊力矩，以保障風力發(fā)電機組的安全運行。本并網型風力發(fā)電機組采用主動偏航系統(tǒng)的齒輪驅動形式。

15.1、對偏航系統(tǒng)電纜的要求

實際工程中的風力發(fā)電機組為保證機組懸垂部分電纜不至于產生過度的紐絞而使電纜斷裂失效，必須使電纜有足夠的垂懸量，并要求電纜所允許的扭轉角為±1080度內。本并網型風力發(fā)電機組由于機組中心離地面高度很低，電纜沒有足夠的垂懸量。應采取其它方法解決機架轉動±1080度時的電纜進出問題。

15.2、對偏航系統(tǒng)阻尼的要求

為避免風力發(fā)電機組在偏航過程中產生過大的振動而造成整機的共振，偏航系統(tǒng)在機組偏航時必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據機艙和風輪質量總和的慣性力矩來確定。其基本的確定原則為確保風力發(fā)電機組的偏航時動作平穩(wěn)順暢而不產生振動。只有在阻尼力矩的作用下，機組的風輪才能夠定位準確，充分利用風能進行發(fā)電。

15.3、對偏航系統(tǒng)解纜和紐纜保護的要求

解纜和紐纜保護是風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)所必須具有的主要功能。偏航系統(tǒng)的偏航動作會導致機艙和塔架之間的連接電纜發(fā)生紐絞，所以模擬風力發(fā)電機組也應在偏航系統(tǒng)中應設置與方向有關的計數裝置或類似的程序對機架的轉動的方向和累積角度進行檢測。

15.4、對偏航系統(tǒng)偏航轉速的要求

對于并網型風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)來說，風輪軸和葉片軸在機組的正常運行時不可避免的產生陀螺力矩，這個力矩過大將對風力發(fā)電機組的壽命和安全造成影響。為減少這個力矩對風力發(fā)電機組的影響，偏航系統(tǒng)的偏航轉速應根據風力發(fā)電機組功率的大小通過偏航系統(tǒng)力學分析來確定。根據實際生產和目前國內已安裝的機型的實際狀況，偏航系統(tǒng)的偏航轉速的推薦值見表15-1，本實訓系統(tǒng)采用表15-1中的編號5。

表15-1偏航轉速推薦值

編號風力發(fā)電機組功率/KW偏航轉速/(r/min)1100～200≤0.32250～350≤0.183500～700≤0.14800～1000≤0.09251200～1500≤0.08515.5、對偏航系統(tǒng)偏航液壓系統(tǒng)的要求

本并網型風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)要求設置液壓裝置，液壓裝置的作用是拖動偏航制動器松開或鎖緊。柔性液壓管路連接部分應采用合適的高壓軟管。連接管路、連接組件應通過試驗保證偏航系統(tǒng)所要求的密封和承受工作中出現的動載荷。液壓元器件的設計、選型和布置應符合液壓裝置的有關具體規(guī)定和要求。液壓管路應能夠保持清潔并具有良好的抗氧化性能。液壓系統(tǒng)在額定的工作壓力下不應出現滲漏現象。

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15.6、對偏航系統(tǒng)偏航制動器的要求

采用齒輪驅動的偏航系統(tǒng)，為避免因振蕩的風向變化而引起偏航齒輪產生變載荷，要求采用偏航制動器（或稱偏航阻尼器）來吸收微小自由偏轉振蕩，防止偏航齒輪的交變應力引起齒輪過早損傷。對于由風向沖擊葉片或風輪產生偏航力矩的裝置，應經試驗證實其有效性。

15.7、對偏航系統(tǒng)偏航計數器的要求

偏航系統(tǒng)中要求設有偏航計數器，偏航計數器的作用是用來記錄偏航系統(tǒng)所運轉的圈數，當偏航系統(tǒng)的偏航圈數達到計數器的設定條件時，則觸發(fā)自動解纜動作，機組進行自動解纜并復位。計數器的設定條件是根據機組懸垂部分電纜的允許扭轉角度來確定的，其原則是要小于電纜所允許扭轉的角度，盡管本并網型風力發(fā)電機組不存在扭纜問題，但仍要求機架轉動角度大于±1080度時，模擬實際機組的解纜過程。

15.8、對偏航系統(tǒng)潤滑裝置的要求

偏航系統(tǒng)要求設置潤滑裝置，以保證驅動齒輪和偏航齒圈的潤滑。本并網型發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)可采用潤滑脂和潤滑油相結合方式。實訓中可定期更換潤滑油和潤滑脂。

15.9、對偏航系統(tǒng)密封的要求

偏航系統(tǒng)要求采取密封措施，以保證系統(tǒng)內的清潔和相鄰部件之間的運動不會產生有害的影響。15.10、對偏航系統(tǒng)表面防腐處理的要求

偏航系統(tǒng)各組成部件的表面處理必須適應風力發(fā)電機組的工作環(huán)境。風力發(fā)電機組比較典型的工作環(huán)境除風況之外，還應考慮其他環(huán)境（氣候）條件、熱、光、腐蝕、機械、電或其他物理的作用，本并網型風力發(fā)電機組應根據實際使用場合考慮。16、對偏航系統(tǒng)組件結構的要求

偏航系統(tǒng)要求由偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航計數器、紐纜保護裝置等主要部分組成。

并網型風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)可采用外齒形式或內齒形式。偏航驅動裝置可以采用電動機驅動或者液壓馬達驅動，制動器可以采用常閉式或者常開式。常開式制動器是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于鎖緊狀態(tài)的制動器；常閉式制動器是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于松開狀態(tài)的制動器。投標生產廠如考慮采用常開式制動器時，模擬風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)要求必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃友b置。

16.1、偏航軸承

偏航軸承的軸承內外圈分別與機組的機艙和塔體用螺栓連接。齒輪可以采用內齒或者外齒形式。外齒形式是輪齒位于偏航軸承的外圈上，加工相對簡單些；內齒形式是輪齒位于偏航軸承的內圈上，合受力效果較好，結構緊湊。具體采用內齒形式或外齒形式可由投標生產廠確定。

16.2、偏航驅動裝置

偏航驅動裝置要求由驅動電機、減速器、傳動齒輪、輪齒間隙調整機構等組成。驅動裝置的減速器可采用行星減速器或蝸輪蝸桿與行星減速器串聯，偏航驅動裝置要求啟動平穩(wěn)，轉速均勻無振動現象。

16.3、偏航制動器

偏航制動器要求采用液壓拖動的鉗盤式制動器。

16.3.1．偏航制動器是偏航系統(tǒng)中的重要部件，制動器應在額定負載下，制動力矩穩(wěn)定，其值應不小于設計值。在機組偏航過程中，制動器提供的阻尼力矩應保持平穩(wěn)，制動過程不得有異常噪聲。制動器應設有自動補償機構，以便在制動襯塊磨損時進行自動補償，保證制動力矩和偏航阻尼力矩的穩(wěn)定。在偏航系統(tǒng)中，制動器可以采用常閉式和常開式兩種結構形式，常閉式制動器是在有動力的條件下處于松開狀態(tài)，常開式制動器則是處于鎖緊狀態(tài)。兩種形式相比較并考慮失效保護，本并網型風力發(fā)電機組要求采用常閉式制動器。

16.3.2．制動盤通常位于塔架或塔架與機艙的適配器上要求為環(huán)狀，制動盤的材質要求具有足夠的強度和韌性，如果采用焊接連接，材質還應具有比較好的可焊性，制動盤的連接、固定必須可靠牢固。

16.3.3．制動鉗由制動鉗體和制動襯塊組成。制動鉗體要求采用高強度螺栓連接，用經過計算的足夠的力矩固定于機艙的機架上。制動襯塊應由專用的摩擦材料制成，要求每臺風機的偏航制動器由中標生產廠家提供10個備用制動襯塊以滿足實訓的要求。

16.4、偏航計數器

偏航計數器是記錄偏航系統(tǒng)旋轉圈數的裝置，要求當偏航系統(tǒng)旋轉的圈數達到設計所規(guī)定的初級解纜和終極解纜圈數時，

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計數器則給控制系統(tǒng)發(fā)信號使機組自動進行解纜。計數器要求是一個帶控制開關的蝸輪蝸桿裝置或是與功能其相類似的程序。

16.5、紐纜保護裝置

紐纜保護裝置是偏航系統(tǒng)必須具有的裝置，它是出于失效保護的目的而安裝在偏航系統(tǒng)中的。它的作用是在偏航系統(tǒng)的偏航動作失效后，電纜的紐絞達到威脅機組安全的程度而觸發(fā)該裝置，使機組進行緊急停機。一般情況下，這個裝置是獨立于控制系統(tǒng)的，一旦這個裝置被觸發(fā)，則機組必須進行緊急停機。紐纜保護裝置要求由控制開關和觸點機構組成，控制開關要求安裝于機組的塔架內壁的支架上，觸點機構要求安裝于機組懸垂部分的電纜上。當機組懸垂部分的電纜紐絞到一定程度后，觸點機構被提升或被松開而觸發(fā)控制開關動作。17、對并網型風力發(fā)電機組的液壓系統(tǒng)的要求

風力發(fā)電機組的液壓系統(tǒng)和剎車機構是一個整體。在變漿距風力發(fā)電機組中，液壓系統(tǒng)主要控制變距機構，實現風力發(fā)電機組的轉速控制、功率控制，同時也控制機械剎車機構。

17.1、比例控制技術

變距系統(tǒng)中要求采用比列控制技術。比例控制技術是在開關控制技術和伺服技術間的過渡技術，它具有控制原理簡單、控制精度高、抗污染能力強、價格適中等特點。因此，使這項技術得到飛速發(fā)展。它是采用比例放大器控制比例電磁鐵實現對比例閥進行遠距離連續(xù)控制，從而實現對液壓系統(tǒng)壓力、流量、方向的無級調節(jié)。

本項比例控制技術原理要求根據輸入電信號電壓值的大小，通過電放大器，將該輸入電壓信號（一般在0～±9V之間）轉換成相應的電流信號，如1mv＝1mA。這個電流信號作為輸入量被送入比例電磁鐵，從而產生和輸入信號成比例的輸出量力或位移。該力或位移又作為輸入量加給比例閥，后者產生一個與前者成比例的流量或壓力。通過這樣的轉換，一個輸入電壓信號的變化，不但能控制執(zhí)行元件和機械設備上工作部件的運動方向，而且可對其作用力和運動速度進行無級調節(jié)。此外，還能對相應的時間過程中，如：在一段時間內流量的變化，加速度的變化或減速度的變化等進行連續(xù)調節(jié)。

為了提供更高的閥性能，希望在閥或電磁鐵上接裝一個位置傳感器以提供一個與閥心位置成比列的電信號。此位置信號向閥的控制器提供一個反饋，使閥心可以由一個閉環(huán)配置來定位。一個輸入信號經放大器放大后的輸出信號再去驅動電磁鐵，電磁鐵推動閥心，直到來自位置傳感器的反饋信號與輸入信號相等時為止。因而此技術能時閥心在閥體中準確地定位，而由摩擦力、液動力或液壓力所引起的任何干擾都被自動地糾正。

17.1.1位置傳感器

位置傳感器是用于閥心位置反饋的傳感器，非接觸式LVDT（線性可變差動變壓器）是由繞在與電磁鐵推桿相連的軟鐵鐵心上的一個一次繞組和兩個二次繞組組成。一次繞組由一高頻交流電源供電，它在鐵心中產生變化磁場，該磁場通過變壓器作用在兩個二次繞組中感應出電壓。如果兩個二次繞組對置連接，則當鐵心居中時，每個繞組中產生的感應電壓將抵消而產生的凈輸出為零。隨著鐵心離開中心移動，一個二次繞組中的感應電壓提高而另一個中降低。于是產生一個凈輸出電壓，其大小與運動量成比例而相位移指示運動方向。該輸出可供給一個相敏整流器（解調器），該整流器將產生一個與運動成比例且極性取決于運動方向的直流信號。

17.1.2控制放大器

控制放大器的輸入信號可以采用可變電流或電壓。根據輸入信號的極性，閥心兩端的電磁鐵將有一個通電，使閥心向某一側移動。放大器為兩個運動方向設置了單獨的增益調整，可用于微調閥的特性或設定最大流量。還應設置一個斜坡發(fā)生器，進行適當的接線可啟動或禁止該發(fā)生器，并且要設置斜坡時間調整。還應針對每個輸出級設置死區(qū)補償調整。使用位置傳感器的比例閥其目的是實現閥心的位置控制，即閥心在閥體中的位置僅取決于輸入信號而與流量、壓力或摩擦力無關。位置傳感器提供一個LVDT反饋信號。此反饋信號與輸入信號相加所得到的誤差信號驅動放大器的輸出級。本實訓系統(tǒng)要求在放大器面板上設有輸入信號和LVDT反饋信號的監(jiān)控點。

當比例控制系統(tǒng)設有反饋信號時，可實現控制精度較好的閉環(huán)控制。17.2、液壓系統(tǒng)

變漿距模擬風力發(fā)電機組的液壓系統(tǒng)由兩個壓力保持回路組成。一路由蓄能器通過電液比例閥供給葉片變距油缸，另一路由蓄能器供給高速軸上的機械剎車機構。

18、對并網型風力發(fā)電機組液壓系統(tǒng)實驗的內容和要求

18.1、液壓裝置實驗

18.1.1.實驗內容在正常運行和剎車狀態(tài)，分別觀察液壓系統(tǒng)壓力保持能力和液壓系統(tǒng)各元件動作情況，記錄系統(tǒng)自動

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補充壓力的時間間隔。

18.1.2.實驗要求在執(zhí)行啟動與機械剎車指令動作正確；在連續(xù)觀察的6h中自動補充壓力油2次，每次補油時間約2s。在保持壓力狀態(tài)24h后，無外泄漏現象。

18.1.3.實驗方法

1）打開油壓表，進行開機、停機操作，觀察液壓是否及時補充、回放，壓力是否保持在設定值。2）檢查液壓系統(tǒng)的泄露現象。3）用電壓表測試電磁閥的工作電壓。

4）分別操作風力發(fā)電機組的開機，松剎、停機動作，觀察變距控制是否相應動作。5）觀察在液壓補油，回油時是否有異常噪聲。18.2、飛車實驗

飛車實驗的目的是為了設定或檢驗液壓系統(tǒng)中的突開閥。一般按如下程序進行試驗：18.2.1將所有過轉速保護的設置值均改為正常設定值的2倍，以免這些保護首先動作。18.2.2將發(fā)電機并網轉速調至1500r/min。

18.2.3調整好突開閥后，起動風力發(fā)電機組。當風力發(fā)電機組轉速達到額定轉速的125%時，突開閥將打開并將氣動剎車油缸中的壓力油釋放，從而導致空氣動力剎車動作，使風輪轉速迅速降低。

18.2.4讀出最大風輪轉速值和風速值。18.3、變距系統(tǒng)實驗

變距系統(tǒng)實驗主要是測試變距速率、位置反饋信號與控制電壓的關系并繪制曲線。19、對繞線轉子雙饋感應發(fā)電機的基本要求

因感應發(fā)電機并網方法優(yōu)于同步發(fā)電機，并網運行穩(wěn)定，調節(jié)維護方便，結構緊湊等特點，在風力發(fā)電機組中得到最為廣泛的應用。

但是由于應用風能動力發(fā)電，風速是不穩(wěn)定的，是隨時變化的，有時瞬間變化可達10m/s以上，發(fā)電機處于負載不穩(wěn)定狀態(tài)，極端時發(fā)電機嚴重過載。有時風力發(fā)電機處于輕載狀態(tài)，無風時（風速達不到起動風速）則處于停機狀態(tài)，所以風力發(fā)電機的投、切（并網和脫網）操作比其他類型的發(fā)電機要頻繁許多。另外還有風電場的環(huán)境條件等等。

由于風力發(fā)電條件的特殊性，對風力發(fā)電機也要考慮相應的一些要求：1）發(fā)電機的外殼防護等級宜選用IP44或IP54，即全封閉式電機；2）發(fā)電機的冷卻方式選用IC411，即電機外殼表面帶散熱筋加外風扇；3)發(fā)電機的絕緣等級選用F級，而且經VPI（真空壓力無溶劑浸漬）處理；4）發(fā)電機內帶空間加熱器；

5）發(fā)電機底部要有氣壓平衡孔，此孔又能起到排出凝露水的作用；6）發(fā)電機振動要小，振速不超過2.8/s；噪聲要低，一般要求7）發(fā)電機軸承潤滑脂選用時要考慮到冬季的低溫；8）發(fā)電機的飛逸轉速要高，一般大于1.5倍同步轉速；

9）發(fā)電機的效率要高，且轉差率要大，效率曲線要平坦（這個要求是相互矛盾的，要綜合權衡后選取合適的轉差率；10）發(fā)電機的自然功率因數要盡可能高，以減少對電網無功功率的吸收或降低補償電容器的電容量；11）發(fā)電機的外形尺寸要小，重量要輕，以減小機艙的體積，減輕機艙的重量；12）發(fā)電機端電壓的波動一般為±5%，最好能考慮到±8%，甚至±10%的波動；13）發(fā)電機的堵轉電流要小。

20、對繞線轉子雙饋感應發(fā)電機技術特性的要求

感應發(fā)電機是感應電機的一種運行方式：發(fā)電機運行時，它的轉速n高于同步轉速0。

過載能力為感應發(fā)電機的一項重要技術指標，對風力發(fā)電機，一般要求

Lp≤85dB(A)大機組的

Lp≤82dB(A)；

n，此時轉差率S=（nsn-n）/

n＜

sKm2.0。

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20.1、對雙饋感應發(fā)電機工作特性的要求

20.1.1.由于風力發(fā)電機受風速變化的影響，絕大部分時間發(fā)電機處于輕載狀態(tài)，為綜合提高發(fā)電機的出力，提高中低輸出功率區(qū)的效率，因此要求模擬發(fā)電機的效率曲線平坦些。

20.1.2.風力機運行時因風速的大小方向是不穩(wěn)定的，隨時變化的，為了減少發(fā)電機輸出功率的波動，降低風力機受沖擊的機械應力，要求發(fā)電機的轉速輸出功率特性軟一點，因此就要求發(fā)電機的轉差率絕對值S要大。

20.1.3.并網型風力感應發(fā)電機本身不發(fā)無功功率，其勵磁電流要從電網獲取，因此感應發(fā)電機的功率因數是一個重要的技術指標，只要技術上允許，應盡量提高發(fā)電機的自然功率因數值。本模擬1500KW、6P、690V感應發(fā)電機的自然功率因數在0.90～0.92之間較為合適。

20.2、對風力發(fā)電機并網的要求

并網運行的異步發(fā)電機的電壓一定是電網電壓，其頻率也一定是電網頻率，要求輸出功率變化也不會使異步發(fā)電機產生振蕩及失步，異步發(fā)電機的輸出功率與轉差率幾乎成線性關系，并網瞬間沖擊電流很小。

本模擬風力發(fā)電教學實訓系統(tǒng)應結合學校配電系統(tǒng)的情況綜合考慮。20.3、對感應雙饋發(fā)電機的技術設計要求

本模擬實訓系統(tǒng)投入并網運行的風力發(fā)電機電壓為690V。

20.3.1風力發(fā)電機不能用同容量的電動機來替代以降低設備成本，因為電動機電壓較低，如380V的電動機，把它用作發(fā)電機而并到400V的電網上時，電壓增加約5%，磁路磁密增加就更多，會引起勵磁電流大幅增加，功率因數降低；另外按電動機設計時，為了提高電機的效率，總是最大可能地減少電機轉子銅耗，電機的轉差率一般比較��；然而當風力發(fā)電機運行時，考慮到提高發(fā)電機輸出功率的穩(wěn)定性，要求發(fā)電機有較大的轉差率。

20.3.2發(fā)電機的鐵心材料應選擇損耗小，導磁性能強的冷軋硅鋼板，應考慮用

P15/50350W/kg的冷軋硅鋼板。

20.3.3定子繞組要求為低諧波含量的對稱均勻繞組，盡最大可能地增加每極每相槽數，本模擬風力發(fā)電機為雙速發(fā)電機，投標的生產廠家是采用雙繞組雙速，還是采用單繞組雙速電機在投標文件中應表述清楚。

20.3.4要注意避免小于五階振型兩個轉速范圍內的共振點，要計算定子鐵心的固有頻率和轉軸的臨界轉速，一般要把激振力的頻率遠離相應振型的鐵心固有頻率20%以上。

20.3.5發(fā)電機定轉子槽配合選擇時，要避免噪聲大的槽配合，也要避免選用會產生軸電流的槽配合，槽配合的選擇無論對感應電動機還是對感應發(fā)電機均是十分重要的，建議選用曾經使用過且表明無不良電磁噪聲、振動和軸電流的槽配合。

20.3.6發(fā)電機軸承選擇時，要考慮到電機運行發(fā)熱后引起軸膨脹的影響，要允許電機軸能向非轉動端膨脹。20.3.7發(fā)電機結構要注意能保證任何狀態(tài)下，內外氣壓平衡，必要時可在機座上鉆個氣壓平衡孔。

20.3.8發(fā)電機轉子需經平衡校正，一般要校到G6.3以保證發(fā)電機有較小的振動，空載運行時，發(fā)電機振速一般應不超過2.8/s。

20.3.9發(fā)電機要求有安全接地螺栓，出線盒內也應有一個供電纜接地的接地螺栓。

20.3.10發(fā)電機的磁路設計要合理，磁密不宜取得太高，定子齒部、軛部磁密一般不要超過1.65T，空氣隙磁密不超過0.85T，定子電密不超過5.0

A/mm2。

20.4.對繞線轉子雙饋感應發(fā)電機與電網聯接的要求

感應發(fā)電機轉子繞組系統(tǒng)由三只集電環(huán)引出，發(fā)電機定子和轉子繞組與電網可實現以下幾種聯接方式：20.4.1定子接電網，轉子直接短路；

20.4.2定子通過兩只控制性能優(yōu)良的電流型PWM逆變器接入電網，轉子直接通過集電環(huán)接網；20.4.3定子直接接電網，轉子通過集電環(huán)饋入可控變頻電流。

上述聯接方式3具有電壓穩(wěn)定，正弦性良好，有較為寬廣的調速范圍而且轉子可控變頻裝置的容量很小，僅為發(fā)電機轉子的轉差功率，從而也顯現出良好的經濟性。因此本模擬風力發(fā)電機考慮采用上述20.4.3的聯接方式：21、對變速恒頻系統(tǒng)控制結構的要求

本模擬風力發(fā)電實驗系統(tǒng)要求采用日前能源開發(fā)領域中比較先進、理想的發(fā)電機控制技術------交流勵磁變速恒頻控制結構，它是變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的主流結構，是基于雙饋感應發(fā)電機的雙饋型系統(tǒng)，在目前兆瓦級的風力發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應用，

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并正在向著更大功率等級發(fā)展。因此對本模擬風力發(fā)電實驗系統(tǒng)的控制結構提出以下要求：

21.1、采用交流勵磁雙饋變速恒頻控制結構

DFIG定子接電網或者直接接負載，轉子側通過背靠背雙PWM四象限變流器與電網連接，通過在雙饋發(fā)電機的轉子側施加三相交流勵磁來控制發(fā)電機的轉矩，轉速變化時，控制調節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位，實現定子側輸出電壓的恒頻恒壓。要求采用矢量控制技術，實現變速恒頻無沖擊電流并網；實現有功、無功功率的獨立調節(jié)；實現輸出功率因數的控制；改善風力發(fā)電機組和所并電網的動態(tài)和靜態(tài)特性。與電力系統(tǒng)構成了“柔性連接”。

21.2、控制方案是在轉子電路實現

流過轉子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機的轉速運行范圍所決定的轉差功率。要求轉子勵磁變流器滿足：1）保證在轉子和電網之間實現能量的雙向流動；2）輸出電流幅值、頻率、相位連續(xù)可調；3）輸出頻率范圍滿足雙饋發(fā)電機的調速范圍要求，即70%同步轉速～130%同步轉速連續(xù)可調，轉差頻率可在±30%同步轉速內調節(jié)。

21.3、轉子勵磁變流器應包括兩個部分組成

網側整流器和轉子側逆變器。兩個變流器都必須具備功率雙向流動功能。網側整流器保證直流母線電壓恒定，并且保證網側功率因素為1；轉子側逆變器為雙饋發(fā)電機提供交流勵磁電流，以控制發(fā)電機實現發(fā)電機組的順利并網，以及轉速調節(jié)和無功功率控制。在機組的運行過程中，控制器首先控制網側整流器建立恒定的直流母線電壓，然后驅動轉子側逆變器開關管進行并網控制，當并網調節(jié)滿足后，控制接觸器接通，完成并網。并網之后，再根據主控制器給定的轉速和無功功率信號來進行轉速調節(jié)和無功功率控制。

22、對模擬風力發(fā)電機組并網方式的要求

傳統(tǒng)的異步發(fā)電機并網方式主要有：直接并網方式、準同步并網方式、降壓并網方式等，上述方式在模擬風力發(fā)電實驗系統(tǒng)中不考慮采用。要求采用在變速條件下根據電網電壓和發(fā)電機轉速改變勵磁，調節(jié)發(fā)電機輸出滿足軟并網條件。

22.1、對并網的要求

要求雙饋發(fā)電機的轉子勵磁變流器直接與電網相連，雙饋發(fā)電機定子與電網經過開關相連，并網前，雙饋感應發(fā)電機（DFIG）空載，調節(jié)DFIG的定子空載電壓，使其與電網電壓在幅值、頻率及相位上相一致。根據交流勵磁雙饋發(fā)電機矢量控制原理實現定子電壓控制策略，在并網過程中，定子的沖擊電流很小，轉子電流也能夠穩(wěn)定過渡，實現了變速恒頻雙饋發(fā)電機組順利并網。并網之后，系統(tǒng)切換到調速控制，調速性能良好。23、對并網型風力發(fā)電機組控制與安全系統(tǒng)的技術要求23.1、風力發(fā)電機組的運行的控制要求23.1.1、控制思想

本并網型風力發(fā)電機組采用變槳距，對于變槳距風力發(fā)電機組的功率調節(jié)方式與定槳距恒速型風力發(fā)電機組不同，它是采用變槳距方式改變風輪能量的捕獲，從而使風力發(fā)電機組的輸出功率發(fā)生變化，最終達到限制功率輸出的目的。

23.1.2、對并網型風力發(fā)電機自動運行的控制要求

1)．開機并網控制：當風速10min平均值在系統(tǒng)工作區(qū)域內，機械閘松開，風力作用于風輪旋轉平面上，風力發(fā)電機組慢慢起動，當發(fā)電機轉速大于20%的額定轉速持續(xù)5min，轉速仍達不到60%額定轉速，發(fā)電機進入電網軟拖動狀態(tài)。正常情況下，風力發(fā)電機組轉速連續(xù)增高，不必軟拖增速，當轉速達到軟切轉速時，風力發(fā)電機組進入軟切入狀態(tài)；當轉速升到發(fā)電機同步轉速時，旁路主接觸器動動作，機組并入電網運行。

2)．小風和逆功率脫網：小風和逆功率停機是將風力發(fā)電機組停在待風狀態(tài)，當10min平均風速小于小風脫網風速或發(fā)電機輸出功率負到一定值后，風力發(fā)電機組不允許長期在電網運行，必須脫網，處于自由狀態(tài)，風力發(fā)電機組靠自身的摩擦阻力緩慢停機，進入待風狀態(tài)。當風速再次上升，風力發(fā)電機組又可自動旋轉起來，達到并網轉速，風力發(fā)電機組又投入并網運行。

3)．普通故障脫網停機：機組運行時發(fā)生參數越限、狀態(tài)異常等普通故障后，風力發(fā)電機組進入普通停機程序，機組投入氣動剎車，軟脫網，待低速軸轉速低于一定值后，再抱機械閘，如果是由于內部因素產生的可恢復故障，計算機可自行處理，無需維護人員到現場，即可恢復正常開機。

4)．緊急故障脫網停機：當系統(tǒng)發(fā)生緊急故障如風力發(fā)電機組發(fā)生飛車、超速、振動及負載丟失等故障時，風力發(fā)電機組進入緊急停機程序，機組投入氣動剎車的同時執(zhí)行90°偏航控制，機艙旋轉偏離主風向，轉速達到一定限制后脫網，低速軸轉速小于一定轉速后，抱機械閘。

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5)．安全鏈動作停機：安全鏈動作停機是指電控制系統(tǒng)軟保護控制失敗時，為安全起見所采取的硬性停機---氣動剎車、機械剎車和脫網同時動作，風力發(fā)電機組在幾秒內停下來。

6)．大風脫網控制：當風速10min平均值大于25m/s時，風力發(fā)電機組可能出現超速和過載，為了機組的安全，這時風力發(fā)電機組必須進行大風脫網停機。風力發(fā)電機組先投入氣動剎車，同時偏航90°，等功率下降后脫網，20s后或者低速軸轉速小于一定值時，抱機械閘，風力發(fā)電機組完全停止。當風速回到工作風速區(qū)后，風力發(fā)電機組開始恢復自動對風，待轉速上升后，風力發(fā)電機組又重新開始自動并網運行。

7)．對風控制：風力發(fā)電機組在工作風速區(qū)時，應根據機艙的控制靈敏度，確定每次偏航的調整角度。用兩種方法判定機艙與風向的偏離角度，根據偏離的程度和風向傳感器的靈敏度，時刻調整機艙偏左和偏右的角度。

8)．偏轉90°對風控制：風力發(fā)電機組在大風速或超轉速工作時，為了風力發(fā)電機組的安全停機，必須降低風力發(fā)電機組的功率，釋放風輪的能量。當10min平均風速大于25m/s或風力發(fā)電機組轉速大于轉速超速上限時，風力發(fā)電機組作偏轉90°控制，同時投入氣動剎車，脫網，轉速降下來后，抱機械閘停機。在大風期間實行90°跟風控制，以保證機組大風期間的安全。

9)．功率調節(jié)：當風力發(fā)電機組在額定風速以上并網運行時，對于變槳距風力發(fā)電機組，必須進行變距調節(jié)，減小風輪的捕風能力，以便達到調節(jié)功率的目的，本模擬風力發(fā)電機組要求槳距角的調節(jié)范圍在-2°～86°。

10)．軟切入控制：風力發(fā)電機組在進入電網運行時，必須進行軟切入控制，當機組脫離電網運行時，也必須軟脫網控制。利用軟并網裝置可完成軟切入/出的控制。通常軟并網裝置主要由大功率晶閘管和有關控制驅動電路組成。控制目的就是通過不斷監(jiān)測機組的三相電流和發(fā)電機的運行狀態(tài)，限制軟切入裝置通過控制主回路晶閘管的導通角，以控制發(fā)電機的端電壓，達到限制起動電流的目的。在電機轉速接近同步轉速時，旁路接觸器動作，將主回路晶閘管斷開，軟切入過程結束，軟并網成功。本模擬風力發(fā)電機要求限制軟切入電流為額定電流的1.5倍。

23.1.3對于風力發(fā)電機控制保護的要求

1).主電路保護：在變壓器低壓側三相四線進線處設置低壓配電低壓斷路器，以實現機組電氣元件的維護操作安全和短路過載保護，該低壓配電低壓斷路器還配有分動脫扣和輔動觸點。發(fā)電機三相電纜線入口處，也要設有配電自動空氣斷路器，用來實現發(fā)電機的過電流、過載及短路保護。

2).過電壓、過電流保護：主電路計算機電源進線端、控制變壓器進線端和有關伺服電動機進線端，均要求設置過電壓、過電流保護措施。如整流電源、液壓控制電源、穩(wěn)壓電源、控制電源一次側、調向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機械閘系統(tǒng)、補償控制電容都要有相應的過電流、過電壓保護控制裝置。

3).防雷設施及熔絲：主避雷器與熔絲，合理可靠的接地線為系統(tǒng)主避雷保護，同時控制系統(tǒng)要有專門設計的防雷保護裝置。在計算機電源及直流電源變壓器一次側，所有信號的輸入端均要求設相應的瞬時超電壓和過電流保護裝置。

4).熱繼電保護：運行的所有輸出運轉機構如發(fā)電機、電動機、各傳動機構的過熱、過載保護控制裝置。

5).接地保護：由于設備因絕緣破環(huán)或其他原因可能引起出現危險電壓的金屬部分，均要設置保護接地。所有風力發(fā)電機組的零部件、傳動裝置、執(zhí)行電動機、發(fā)電機、變壓器、傳感器、照明器具及其他電器的金屬底座和外殼；電氣設備的傳動機構；模擬塔架機艙配電裝置的金屬框架及金屬門；配電、控制和保護用的盤（臺、箱）的框架；交、直流電力電纜的接線盒和終端盒金屬外殼及電纜的金屬保護層和竄線的鋼管；電流互感器和電壓互感器的二次線圈；避雷器、保護間隙和電容器的底座、非金屬護套信號線的1～2根屏蔽芯線；上述各項都要求保護進行接地。

23.2、控制安全系統(tǒng)安全運行的技術要求

控制安全系統(tǒng)是風力發(fā)電機組安全運行的大腦指揮中心，控制系統(tǒng)的安全運行就是保證了機組安全運行，由于風力發(fā)電機組運行所涉及的內容相當廣泛，僅運行工況而言，就包括起動、停機、功率調解、變速控制和事故處理等方面的內容。

風力發(fā)電機組在起停過程中，機組各部件將受到劇烈的機械應力的變化，而對安全運行起決定因素是風速變化引起的轉速的變化。所以轉速的控制是機組安全運行的關鍵。風力發(fā)電機組的運行是一項復雜的操作，涉及的問題很多，如風速的變化、轉速的變化、溫度的變化、振動等都會直接威脅風力發(fā)電機組的安全運行。

23.2.1控制系統(tǒng)安全運行要求必備條件

1)風力發(fā)電機組開關出線側相序必須與并網電網相序一致，電壓標稱值相等，三相電壓平衡。2）風力發(fā)電機組安全鏈系統(tǒng)硬件運行正常。

3）調向系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，風速儀和風向標處于正常運行的狀態(tài)。4）制動和控制系統(tǒng)液壓裝置的油壓、油溫和油位在固定范圍內。

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5)齒輪箱油位和油溫在正常范圍。

6）各項保護裝置均在正常位置，且保護值均與批準的設定值相符。7）各控制電源處于接通位置。8）監(jiān)控系統(tǒng)顯示正常運行狀態(tài)。

9）停止運行一個月以上的風力發(fā)電機組再投入運行前要求檢查絕緣，合格后才允許起動。10）經維修的風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)在投入起動前，要進行嚴格檢測。23.2.2對并網型風力發(fā)電機組工作參數安全運行范圍的要求

1.風速：自然界風的變化是隨機的沒有規(guī)律的，當風速在3～25m/s的規(guī)定工作范圍變化時，只對風力發(fā)電機組的發(fā)電工況有影響，當風速變化率較大且風速超過25m/s以上時，就會對機組的安全性產生威脅。

2.轉速：本并網型風力發(fā)電機組的風輪轉速考慮設計低于15r/min，發(fā)電機的最高轉速不超過額定轉速的20%。當風力發(fā)電機組超速時，對機組的安全性產生嚴重威脅。

3.功率：在額定風速以下時，不作功率調節(jié)控制，只有在額定風速以上應作限制最大功率的控制，考慮要求運行安全最大功率不允許超過設計值20%。

4.溫度：運行中風力發(fā)電機組的各部件運轉將會引起溫升，要求控制器環(huán)境溫度應為0～30℃，齒輪箱油溫小于120℃，發(fā)電機溫度小于150℃，傳動等環(huán)節(jié)溫度小于70℃。

5.電壓：發(fā)電電壓允許的范圍在設計值的10%，當瞬間值超過額定值的30%時，視為系統(tǒng)故障。6.頻率：機組的發(fā)電頻率應限制在50HZ±1HZ，否則視為系統(tǒng)故障。

7.壓力：機組的許多執(zhí)行機構由液壓執(zhí)行機構完成，所以各液壓站系統(tǒng)的壓力必須監(jiān)控，由壓力開關設計額定值確定，通常低于100Mpa

21.2.3對系統(tǒng)的接地保護安全要求

1）配電設備接地。變壓器、開關設備和互感器外殼、配電柜、控制保護盤，金屬構架、防雷設施及電纜頭等設備必須接地。

2）塔筒與地基接地裝置，接地體應水平敷設。塔內和地基的角鋼基礎及支架要用截面25×4的扁鋼相連作接地干線，塔筒做一組，地基做一組，兩者焊接相連形成接地網。

3）接地網形式要求以閉合型為好。當接地電阻不滿足要求時，引入外部接地體。

4）接地體的外緣應閉合，外緣各角要作成圓弧形，其半徑不宜小于均壓帶間距的一半，埋設深度應不小于0.6m，并敷設水平均壓帶。

5）變壓器中線點的工作接地和保護地線，要分別與人工接地網連接。6）避雷線宜設單獨的接地裝置。7）整個接地網的接地電阻應小于4Ω。

8）電纜線路的接地。當電纜絕緣損壞時，在電纜的外皮、鎧甲及接線頭盒均可能帶電，要求必須接地。

9）如果電纜在地下敷設，兩端都應接地。低壓電纜除在潮濕的環(huán)境須接地外，其他正常環(huán)境不必接地。高壓電纜任何情況都應接地。

23.3、對并網型風力發(fā)電機組控制目標的要求

風力發(fā)電機組是實現由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉換的裝置，風輪系統(tǒng)實現了從風能到機械能的能量轉換，發(fā)電機和控制系統(tǒng)則實現了從機械能到電能的能量轉換過程，本模擬風力發(fā)電實訓系統(tǒng)重點實現以下控制目標：

1).控制系統(tǒng)保持風力發(fā)電機組安全可靠運行，同時高質量地將不斷變化的風能轉化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網。2).控制系統(tǒng)采用計算機控制技術實現對風力發(fā)電機組的運行參數、狀態(tài)監(jiān)控顯示及故障處理，完成機組的最佳運行狀態(tài)管理和控制。

3)．利用計算機智能控制實現機組的功率優(yōu)化控制，對于變槳距風力發(fā)電機組主要進行最佳尖速比和額定風速以上的恒功率控制。

4).大于開機風速并且轉速達到并網轉速的條件下，風力發(fā)電機組能軟切入自動并網，保證電流沖擊小于額定電流。當風速在3～25m/s之間，切入發(fā)電機組并網運行（本模擬發(fā)電機組設定模擬1500KW或201*KW機組，適應這一風速范圍）。

23.4、要求完成的主要自動控制功能

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1）大風情況下，當風速達到停機風速時，風力發(fā)電機組應限速脫網抱液壓機械閘停機，而且在脫網同時，風力發(fā)電機組偏航90°.停機后待風速降低到大風開機風速時，風力發(fā)電機組又可自動并入電網運行。

2）為了避免小風時發(fā)生頻繁開、停機現象，在并網后10min內不能按風速自動停機。同樣，在小風自動脫網停機后，5min內不能軟切并網。

3）當風速小于停機風速時，為了避免風力發(fā)電機組長期逆功率運行，造成電網損耗，應自動脫網，使風力發(fā)電機組處于自由轉動的待風狀態(tài)。

4）當風速大于開機風速，要求風力發(fā)電機組的偏航機構始終能自動跟風。跟風精度范圍±15°。

5）風力發(fā)電機組的液壓機械閘在并網運行、開機和待風狀態(tài)下，應該松開機械閘，其余狀態(tài)下（大風停機、斷電和故障等）均應抱閘。

6）風力發(fā)電機組的葉尖閘除非在脫網瞬間、超速和斷電時釋放，起平穩(wěn)剎車作用。其余時間（運行期間、正常和故障停機期間）均應處于歸位狀態(tài)。

7）在大風停機和超速停機的情況下，風力發(fā)電機組除了應該脫網、變距、抱閘停機外，還應該自動投入偏航控制，使風力發(fā)電機組的機艙軸心線與風向成一定的角度，增加風力發(fā)電機組脫網的安全度，待機艙轉約90°后，機艙保持與風向偏90°跟風控制，跟風范圍±15°。

8）在電網中斷、缺相和過電壓的情況下，風力發(fā)電機組應停止運行，此時控制系統(tǒng)不能供電，如果正在運行時風力發(fā)電機組遇到這種情況，應能自動脫網和抱閘停機，此時偏航機構不會動作，風力發(fā)電機組的機械結構部分應能承受考驗。

9）風力發(fā)電機組模擬塔架內的懸掛電纜只允許扭轉±2.5圈，系統(tǒng)要設計正/反向扭纜計數器，超過時自動停機解纜，達到要求后再自動開機，恢復運行發(fā)電。

10）風力發(fā)電機組應具有手動控制功能（包括遠程遙控手操），手動控制時“自動”功能應該解除，相反地投入自動控制時，有些“手動”動能自動屏蔽。

11）控制系統(tǒng)應該保證風力發(fā)電機組的所有監(jiān)控參數在正常允許的范圍內，一旦超過極限并出現危險情況，應能自動處理并安全停機。

23.5、控制系統(tǒng)主要參數21.5.1．主要技術參數

1）主發(fā)電機輸出功率（額定）Pe(KW)2）發(fā)電機最大輸出功率1.2Pe(KW)3）工作風速范圍3～25m/s4）額定風速Ve(m/s)5）切入風速（1min平均值）3m/s6）切出風速（1min平均值）25m/s7）風輪轉速N(r/min)8）發(fā)電機并網轉速1000±20r/min9）發(fā)電機輸出電壓690V±10%10)發(fā)電機發(fā)電頻率50Hz±0.5Hz11）并網最大沖擊電流（有效值）＜1.5Ie12）電容補充后功率因數0.6～0.9221.5.2.控制指標及效果

1）方式專用微控制器2）過載開關＜690V，660A3）自動對風偏差范圍±15°4）風力發(fā)電機組自動起、停時間＜60s5）系統(tǒng)測試精度≥0.5%6）電纜纏繞2.5圈自動解纜7）解纜時間55min

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8）手動操作響應時間＜5s21.5.3.保護功能

1）超電壓保護范圍連續(xù)3s＞1.3Ue(V)2）欠電流保護范圍連續(xù)3s＜1.3Ie(A)3）風輪轉速極限＜40r/min4）發(fā)電機轉速極限＜1800r/min5）發(fā)電機過功率保護值連續(xù)60s＞1.2Pe(KW)6）發(fā)電機過電流保護值連續(xù)30s＞1.5Ie(A)7）大風保護風速連續(xù)600s＞25m/s8）系統(tǒng)接地電阻＜4Ω9）防雷感應電壓＞3500V23.6、對風力發(fā)電機組變距控制的要求23.6.1變漿距風力發(fā)電機組的控制方式

風力發(fā)電機組的變距系統(tǒng)主要包含著兩種控制方式，即并網前的速度控制與

并網后的功率控制。由于異步電機的功率與速度是嚴格對應的，功率控制最終也是通過速度控制來實現的。

變漿距風輪的葉片在靜止時，節(jié)距角為90°，這時氣流對葉片不產生力矩，整個葉片實際上是一塊阻尼板。當風速達到起動風速時，葉片向0°方向轉動，直到氣流對葉片產生一定的攻角，風輪開始起動。風輪從起動到額定轉速，其葉片的節(jié)距角隨轉速的升高是一個連續(xù)變化的過程。根據給定的速度參考值，調整節(jié)距角，進行實際的速度控制。

當轉速達到額定轉速后，發(fā)電機并入電網。這時發(fā)電機轉速受到電網頻率的牽制，變化不大，主要取決于發(fā)電機的轉差，發(fā)電機的轉速控制實際上已轉為功率控制。為了優(yōu)化功率曲線，在進行功率控制的同時，通過轉子電流控制器對電機轉差進行調整，從而調整風輪轉速。當風速較低時，電機轉差調整到很�。�1%），轉速在同步速附近；當風速高于額定風速時，電機轉差調整到很大（10%），使葉尖速比得到優(yōu)化，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。

23.6.2變距控制系統(tǒng)

變距控制系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)。變距控制器是一個非線性比例控制器，它可以補償比例閥的死帶和極限。變距系統(tǒng)的執(zhí)行機構是液壓系統(tǒng)，節(jié)距控制器的輸出信號經D/A轉換后，變成電壓信號控制比例閥（或電液伺服閥），驅動油缸活塞，推動變距機構，使葉片節(jié)距角變化。

活塞的位移反饋信號由位移傳感器測量，經A/D轉換后輸入比較器。23.7、對風力發(fā)電機組現場數據采集信號的要求23.7.1電量信號

1）電壓、電流：測量信號范圍寬，要求有較好的線性度；測量信號諧波豐富，頻譜特性復雜；電壓、電流信號為矢量信號，暫態(tài)反應速度應低于0.02s，精度高于0.5級。

2）功率因數：影響風力發(fā)電機組發(fā)電量計量和補償電容投入容量，要求較高精度。3）電網頻率：一般在工頻附近，精度要求±0.1Hz，反應速度快。

一次電壓、電流由PT\\CT變換為可采樣的交流信號，經濾波整形限幅后進行A/D轉換。以上數據信號采集點集中，數據流量大，采樣速度高。上述電壓電流采樣數據的主要用途為：

a.在發(fā)電機或主回路元件故障及電網發(fā)生危及發(fā)電機運行的異常狀態(tài)時作為微機保護的判據。

b.作為風力發(fā)電機組發(fā)電量統(tǒng)計、性能評估、狀態(tài)顯示的重要參數。以及超功率和低功率時作為風力發(fā)電機組退出運行判據。同時，也作為就地電容補償投切重要判據。

23.7.2.溫度信號

據信號采集點相對集中，距離主控位置50m。器件熱容量較大，反應到溫度變化較慢，可考慮采用鉑電阻測量。溫度參數可作為器件疲勞程度和風力發(fā)電機組運行效能的判據，不要作為突發(fā)故障的保護判據。溫度統(tǒng)計對于故障分析和歷史數據趨勢分析有一定作用。

23.7.3.風向信號

風力發(fā)電機組對風向的測量由風向標實現。風向瞬時波動頻繁，幅度不大。風力發(fā)電機組為主動對風設計，當風向發(fā)生

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變化時，由偏航機構根據風向標信號帶動機頭隨風轉動。風力發(fā)電機組對風向的測量由風向標來完成。風向標的種類有許多。建議采用一種內部帶有一個8位的格雷碼盤，當風向標隨風轉動時，同時也帶動格雷碼盤轉動，由此得到不同的格雷碼數，通過光電感應元件，形成一組8位的數字輸入信號。格雷碼盤將360°劃分成256個區(qū)，每區(qū)分為1.41°，所以其測量精度位1.41°。這種風向標可以確定風向具體位置。

23.7.4.風輪轉速信號

轉速范圍3～30r/min。根據現場空間布置，可采用霍爾元件將轉速信號轉換為窄脈沖。脈沖頻率范圍為7～20Hz。通常工作在10Hz以上。葉片轉速與電機轉速相差一個固定變化，可以相互校驗被測信號的可靠性。

模擬風力發(fā)電機組轉速的測量點應設置兩個：發(fā)電機主軸轉速和風輪轉速。頻率與轉速的對應關系為線性的。風輪轉速和發(fā)電機轉速可以進行相互校驗，風輪轉速乘以傳動比率等于發(fā)電機轉速，如果不符，表示兩個轉速信號的采集部分有故障，風力發(fā)電機組退出運行。轉速測量用于判斷風力發(fā)電機組并網和脫網，還可用于判別超速條件，當風輪轉速超過30r/min或電機轉速超過1575r/min時，應停機。

23.7.5.風速信號

風速通過安裝在機艙外的光電數字式風速儀測得。風速儀送出的信號為頻率值，經光耦合器隔離后送至頻率數字化模塊。模塊可處理最大輸入頻率值為6.8kHz。模塊采用485通信方式把數據送給工控機，計算機把傳送來的頻率信號經平均后轉換成風速，由于頻率-風速的轉換關系非線性，在轉換過程中采用了分段線性的方法進行處理。要求風速值可根據功率進行校驗，當風速在3m/s以下，功率高于1.5kW持續(xù)1min時，或風速在8m/s以上，功率低于1.0kW持續(xù)1min時，表示風速計有故障。23.8、對機組控制運行安全保護系統(tǒng)的要求

23.8.1.大風保護安全系統(tǒng)

機組設計有切入風速Vg，停機風速Vt，一般取10min，25m/s的風速為停機風速；由于此時風的能量很大，系統(tǒng)必須采取保護措施，在停機前對于變漿距風力發(fā)電機組必須調節(jié)葉片變距角，實現功率輸出的調節(jié)，限制最大功率的輸出，保證發(fā)電機運行安全。當大風停機時，機組必須按照安全程序停機。停機后，風力發(fā)電機組必須90°對風控制。23.8.2.參數越限保護

風力發(fā)電機組運行中，有許多參數需要監(jiān)控，不同機組運行的現場，規(guī)定越限參數值不同，溫度參數由計算機采樣值和實際工況計算確定上下限控制，壓力參數的極限，采用壓力繼電器，根據工況要求，確定和調整越限設定值，繼電器輸入觸點開關信號給計算機系統(tǒng)，控制系統(tǒng)自動辨別處理。電壓和電流參數由點亮傳感器轉換送入計算機控制系統(tǒng)，根據工況要求和安全技術要求確定越限電流電壓控制的參數。

23.8.3.電壓保護

指對電氣裝置元件遭到的瞬間高壓沖擊所進行的保護，通常對控制系統(tǒng)交流電源進行隔離穩(wěn)壓保護，同時裝置加高壓瞬態(tài)吸收元件，提高控制系統(tǒng)的耐高壓能力。

23.8.4.電流保護

控制系統(tǒng)所有的電器電路（除安全鏈外）都必須加過流保護器，如熔絲、空氣開關。23.8.5.振動保護

機組設有三級振動頻率保護，振動球開關、振動頻率上限1、振動頻率極限2，當開關動作時，系統(tǒng)將分級進行處理。23.8.6.開機保護

設計機組開機正常順序控制，要求限制并網時的電流沖擊。23.8.7.關機保護

風力發(fā)電機組在小風、大風及故障時需要安全停機，停機的順序要求先空氣氣動制動，然后，軟切除脫網停機。軟脫網的順序控制與軟并網的控制基本一致。

23.8.8.緊急停機安全鏈保護

緊急停機是機組安全保護的有效屏障，當振動開關動作、轉速超轉速、電網中斷、機組部件突然損壞或火災時，風力發(fā)電機組緊急停機，系統(tǒng)的安全鏈動作，將有效的保護系統(tǒng)各環(huán)節(jié)工況安全，控制系統(tǒng)在3s左右，將機組平穩(wěn)停止。23.9、對機組接地保護裝置的要求

23.9.1.接地裝置可考慮利用與大地有可靠連接的自然接地，即模擬塔筒和實驗室地基，但為了可靠接地，再自行設計人工接地體與塔筒和地基相連組成接地網，這樣具有較好的大電流、大電壓和雷電的沖擊，同時必須安裝繞線環(huán)和接地棒的接地

16浙江省財政資助風力發(fā)電實驗室項目組附錄2：風力發(fā)電實驗室建設方案

設計裝置。

23.9.2.人工接地體不應埋設在強烈腐蝕性土壤處，埋設時接地體深度不小于0.6mm，垂直接地體長度應不小于2.5m，埋入后周圍要用新土墩實。

23.9.3.接地體連接應采用塔接焊，塔接長度為扁鋼寬度的2倍，并由三個鄰邊施焊，為圓鋼直徑的六倍，并由兩面施焊。接地體與接地線連接，應采用可拆卸的螺栓聯接，以便測試電阻。

23.9.4.當地下較深處的土壤電阻率較低時，可采用深井或深管式接地體，或在接地坑內填入化學降阻劑。24、對風力發(fā)電機組塔架的要求

塔架和基礎是風力發(fā)電機組的主要承載部件。本模擬風力發(fā)電實驗系統(tǒng)考慮采用圓筒型塔架，這種形式在當前風力發(fā)電機組中大量采用，其優(yōu)點是美觀大方，上下塔架安全可靠，高度初步計劃1-1.5米，結構材料為鋼結構塔架。25、對并網型風力發(fā)電機組的實驗內容與要求

風力發(fā)電機組完成總裝配工序后，在出廠前需進行規(guī)定項目的出廠檢測試驗。風電場在用的風力發(fā)電機組，在進行大檢修或由于事故等原因造成大件總成拆修或更換的，應在完成修換工作后進行檢測試驗，本實訓系統(tǒng)檢測試驗部分的實驗內容參照檢測試驗的相關項目和教學要求并結合現場實際進行，鞏固學生所學的風電專業(yè)知識。25.1、實驗目的

通過對風力發(fā)電機組（除塔架、葉片外）進行功能實驗和部分性能實驗，使學生初步掌握風力發(fā)電機組通過試驗和調試達到安全運行質量標準的知識和技能。

25.1.1．功能實驗通過檢測試驗，考核檢測機組的傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等功能動作的正確性與可靠性。

25.1.2.部分性能實驗對機組的起動性能、空載性能、偏航性能及安全保護性能進行檢測試驗使其符合要求。25.2、實驗條件和設備配置

1）對實驗載人平臺平臺的要求：由于在實驗時，需要在上面站立15-20人，同時要放置測試儀器，所以必須設計合理、牢固、穩(wěn)定，在風葉一側要有防護網，可按照實驗要求調整并能牢靠緊固于其基礎上。不用時可移至實驗室的空位上，即遠離風力發(fā)電機組。

2）監(jiān)控設備完好，儀器儀表符合實驗要求。

3）實驗電源符合要求，電源變壓器容量、電壓等級符合需要。4）實驗室設施布置應符合安全要求。5）實驗用指導書，實驗用各種記錄表格規(guī)范。6）實驗用各種通用工具、用具與材料齊備。7）實驗風力發(fā)電機組系裝配完整。25.3、實驗準備

25.3.1.將實驗臺架移至風力發(fā)電機的對應位置緊連接螺栓。25.3.2.檢查下列電氣接線：

1）控制柜與機艙控制箱間控制電纜接線。

2）機艙控制箱與液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、偏航減速器及提升機間連接。3）機艙控制箱與機組各傳感器間接線。4）控制柜與柜外輔助檢測儀器、儀表間接線。5）控制柜與風電機組發(fā)電機的出線連接。6）控制柜與動力電源連接。

25.3.3.復查傳動系統(tǒng)各總成部件底腳螺栓緊固情況；復查動力傳動件螺栓緊固狀況。必要時重新按規(guī)定扭矩和順序緊固。25.3.4.復查液壓油量、潤滑油量。必要時按規(guī)定補充加足。25.3.5.復查盤式制動器與偏航制動器。必要時予以重新調整。25.3.6.接通動力電源，檢查相序，檢查主斷路器及各電機保護整定值。25.4、功能實驗和部分性能實驗

25.4.1.發(fā)電機以電動機方式空載運轉實驗

17浙江省財政資助風力發(fā)電實驗室項目組附錄2：風力發(fā)電實驗室建設方案

1）斷開齒輪箱與發(fā)電機間聯接。

2）以軟起動方式起動發(fā)電機待達同步轉速，電機溫度穩(wěn)定后，監(jiān)測電流、電壓、有功功率、起動時間；測電機轉速、振動與噪聲、繞組溫度、軸承溫度、電機出風溫度和環(huán)境溫度。

25.4.2.潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、盤式制動器、偏航機構功能檢查實驗

1）潤滑系統(tǒng)：起動潤滑泵電機，檢查電機轉向，檢查油位、油壓、油溫傳感器工作狀況，檢查濾清器工作狀況及潤滑油冷卻和潤滑油加熱工作狀況。

2）液壓系統(tǒng)：起動液壓泵電機，檢查電機轉向，檢查油位傳感器，檢查調整油壓、檢查建壓時間、補壓時間和滲漏情況。3）盤式制動器：復查剎車片間隙，分別記錄電機自斷電開始按正常制動操作至停轉所需時間。4）偏航機構：

a.檢查電機轉向，應與控制開關標示一致。

b.檢查偏航反映靈敏程度（利用風向儀），并分別記錄正反方向動作滯后時間。c.檢查偏航制動動作同步程度。

d.檢查解纜動作，比較正反向扭纜回轉角，不符合要求應進行調整。

e.復查偏航驅動齒輪與齒圈的齒側隙；對有兩只以上驅動器的，應檢查其齒側隙相對位置關系。25.4.3.發(fā)電機齒輪系統(tǒng)空載實驗

1）連接發(fā)電機與齒箱間的傳動機構（聯軸器、安全離合器等）。

2）起動發(fā)電機，待轉速和電機繞組溫度穩(wěn)定后，監(jiān)測電機電流電壓、并計算出齒輪箱空載損耗。

3）測齒輪箱轉速、振動與噪聲，測齒輪箱軸承溫度、潤滑油溫（如采用獨立潤滑系統(tǒng)的，應在起動發(fā)電機齒輪箱系統(tǒng)前，先起動潤滑油泵，待其工作狀況符合要求后，再起動發(fā)電機齒輪箱系統(tǒng)）。

25.4.4.安全保護性能實驗

1）緊急停機：測量電機自穩(wěn)定轉速狀態(tài)斷電并緊急制動至停轉所需時間及振動情況。

2）安全鏈模擬實驗：測定電機在穩(wěn)定轉速狀態(tài)下，模擬過振、電網失電等狀態(tài)時保護動作過程所用時間。25.4.5.控制器功能檢測實驗

1）轉速：以高精度（高于0.5級）測速儀與控制器測速儀同步測量齒輪箱輸入軸和發(fā)電機軸轉速，以較測定值。2）溫度：以高精度（高于0.5級）測溫計與控制器測溫計同步測量齒輪箱潤滑油溫、發(fā)電機軸承溫度、環(huán)境氣溫，比較測定值。

3）電量：以高精度（高于0.5級）的標定電量表計與控制器電量表同步測定電壓、電流、頻率、功能因素、有功與無功功率等，比較測定值。

4）風速與風向：

a.以高精度（高于0.5級）風速儀測定模擬變化的風速，與控制器風速儀同步測定值做比較。b.模擬風向變化，測定控制器反應。25.5、實驗數據記錄整理與分析處理25.5.1.實驗數據記錄

1）實驗數據由實驗學生專人負責現場記錄；每一測點（或每一參數）應按規(guī)定次數記錄，一般為五次，間隔時間1min�，F場發(fā)現測量數據有較大偏差時，實驗指導教師應要求學生重復做試驗驗證其有效性，并在試驗記錄中加注說明。

2）實驗數據應記錄在預先準備妥當的專用表格上，同一實驗項目的記錄應歸類集中，同一臺機組的全部實驗記錄應裝訂成冊，作為實驗報告的附件交老師批改。

25.5.2.實驗數據分析：

1.所有實驗項目，均有相應的技術質量標準，將其與實驗數據記錄一一對應比較，凡沒有超差的項目，均為合格項目，凡發(fā)生超差的項目，應分析其產生原因，并做出針對性的判斷，其中屬于影響機組正常運行的，如機組振動嚴重超標、機組潤滑油溫、軸承溫度、電機繞組溫度嚴重超標的，應找出原因，消除其影響，并重新做實驗，確認全部合格后，方準予風力發(fā)電機組投入運行。

18浙江省財政資助風力發(fā)電實驗室項目組

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