国内大型风力发电机组（精选7篇）
1.国内大型风力发电机组 篇一
大型风力发电机组控制系统的安全保护功能制动功能
制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，在硬件上主要由叶尖气动刹车和盘式高速刹车构成，由液压系统来支持工作。制动功能的设计一般按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保护状态。在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，控制器根据机组发生的故障种类判断，分别发出控制指令进行正常停机、安全停机以及紧急停机等处理，叶尖气动刹车和盘式高速刹车先后投入使用，达到保护机组安全运行的目的。独立安全链
系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链采用反逻辑设计，将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后，将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，从而最大限度地保证机组的安全。发生下列故障时将触发安全链：叶轮过速、看门狗、扭缆、24V电源失电、振动和紧急停机按钮动作。防雷保护
多数风机都安装在山谷的风口处或海岛的山顶上，易受雷击，安装在多雷雨区的风力发电机组受雷击的可能性更大，其控制系统最容易因雷电感应造成过电压损害，因此在600kW风力发电机组控制系统的设计中专门做了防雷处理。使用避雷器吸收雷电波时，各相避雷器的吸收差异容易被忽视，雷电的侵入波一般是同时加在各相上的，如果各相的吸收特性差异较大，在相间形成的突波会经过电源变压器对控制系统产生危害。因此，为了保障各相间平衡，我们在一级防雷的设计中使用了3个吸收容量相同的避雷器，二、三级防雷的处理方法与此类同。控制系统的主要防雷击保护：①主电路三相690V输入端（即供给偏航电机、液压泵等执行机构的前段）做了一级防雷保护；②对控制系统中用到的两相220V电压输出端（电磁阀、断路器、接触器和UPS电源等电子电路的输入端）采取二级防雷措施；③在电量采集通信线路上安装了通信避雷器加以保护；④在中心控制器的电源端口增加了三级防雷保护。硬件保护
硬件本身的保护措施主要采取了3种方法：硬件互锁电路、过电压以及过电流保护。
①风力发电机组中的左、右偏航电机和大、小发电机只有一个可以运行，我们通过接触器辅助触点的互联对其进行了互锁。例如：左右偏航电机接触器正常情况下处于断开状态，其各自的辅助触点处于闭合状态。我们将左偏航电机的辅助触点传接到右偏航电机回路里，右偏航电机的辅助触点串接到左偏航电机回路里；当机组需要左偏航时，左偏航接触器带电，而串在右偏航电机回路里的左偏航接触器辅助触点断开，从而保障了正确的偏航。当由于误动作引起左右偏航电机接触器都带电时，它们的辅助触点都断开，机组不进行偏航，从而达到了保护机组安全运行的目的。
②在设计时，对断路器、接触器等选件都进行了负荷计算。选择的原则：既留有裕量也不会使执行机构等受到冲击，当有瞬时冲击电流通过电缆传入控制柜时，控制系统具有自我保护的能力。
③通过将快速熔断器、速断保护的断路器（根据各自的负荷计算允许通过的电流）等串在执行机构的前端，防止了大电流流过回路，从而减少了不必要的损害。接地保护
在整个控制系统中用了以下5种接地方式，来达到安全保护的目的。①工作接地。变压器的中性点设置接地。
②保护接地。为了防止控制系统的金属外壳在绝缘被破坏时可能带电，以致危及人身安全而设置的接地。
③防雷接地。避雷器的一端与控制系统中被保护的设备相连，另一端连接到地下，能把雷电流引入大地。
④防静电接地。将控制系统中的金属可导电部分在工作过程中产生的静电电流引入大地。
⑤屏蔽接地。为防止外界磁场对流经电缆的信号产生影响，设计时选用了屏蔽电缆，并将电缆屏蔽层接地。电网掉电保护UPS电源
风力发电机组离开电网的支持是无法工作的，一旦有突发故障而停电时，控
制计算机由于失电会立即终止运行，并失去对风机的控制，控制叶尖气动刹车和机械刹车的电磁阀就会立即打开，液压系统会失去压力，制动系统动作，执行紧急停机。紧急停机意味着在极短的时间内，风机的制动系统将风机叶轮转数由运行时的额定转速变为零。大型的机组在极短的时间内完成制动过程，将会对机组的控制系统、齿轮箱、主轴和叶片以及塔架产生强烈的冲击。紧急停机的设置是为了在出现紧急情况时保护风电机组安全的。然而，电网故障无须紧急停机；突然停电往往出现在天气恶劣、风力较强时，紧急停机将会对风机的寿命造成一定影响；风机主控制计算机突然失电就无法将风机停机前的各项状态参数及时存储下来，这样就不利于迅速对风机发生的故障作出判断和处理。针对上述情况，对控制电路作了相应的改进。在控制系统电路中加设了一台1kVA的在线UPS后备电源，这样当电网突然停电时，UPS机及时投入，为风机的控制系统提供足够的动力，使风机制动系统按正常程序完成停机过程。
2.国内大型风力发电机组 篇二
风力发电机组[1]控制系统是国内风电设备中薄弱环节,风力发电机组测试及质量控制更是风电领域的难题,各个厂家风力发电机组控制[2,3]差异大,相关IEC[4]标准未得到实际采用,一致性[5]测试无法开展,测试仅限于输入输出对点测试、全功率测试和现场调试,缺乏对主控系统全面测试手段和方法。若直接进入现场调试,成本高,易造成设备损坏;并且因风具有随机性、间歇性,无法在风场对风力发电机组进行全面实验,尤其是极限风况的实验。
目前一些研究院所搭建了测试平台[6],但是多是针对性试验系统,如针对性用于载荷计算、硬件测试或静态测试等,风电机组核心控制算法、策略等不能系统全面动态测试。如何建立一种全面动态的主控测试系统,提前暴露缺陷,方便测试和调试,保证风力发电机组安全[7]稳定运行是迫切需要解决的问题。
1 测试思路
风力发电机组主控系统需测试的功能主要有远程通信、桨距控制、温度控制、偏航控制、功率控制、状态转换等,测试时可依照功能模块先单步测试,然后进行连续测试。为了保证能够对主控系统进行测试的全面性、高效性,在测试中以现场运行需求为测试出发点,在白盒测试的基础上进行黑盒测试。测试将依据详细设计文档,保证编程的正确性;依据风力发电机组相关标准、厂家设计思路、现场经验等,保证功能不缺失,性能满足使用要求;使用行业通用的风力发电机组仿真软件进行工况测试,保证功率控制策略的可行与高效。
2 测试系统的组成
本着模拟现场运行情况的原则,搭建测试系统,研制测试工具,使风力发电机组主控测试系统能够模拟现场工况,使得主控系统运行状态之间能顺利切换,可方便观测分析各种工况,模拟各种故障。
测试系统搭建如图1,由通信系统、模拟风机[8]、风场监控系统、变流系统、外部风况模拟系统等组成。通信系统网路(长虚线部分)为主控对外接口网络,其主要通信接口有变桨系统、变流系统、风场监控系统等,通过该通信系统连接主控及物理或模拟系统;模拟风机系统可以模拟风机运行参数,使主控正常工作,动态检测其功能及性能。实线网络检测、分析各个接口信息是否正常,系统功能、性能是否正常等,是故障分析定位的网络,测试时的人机接口。短虚线代表主控需要和风力发电机组交互的信息。
用PT100、电流源、电压源、Blade及相关测试软件等组成模拟风机模拟风力发电机组的风轮、齿轮箱、发电机、冷却系统等。风力发电机组中温度测量常用PT100,在模拟温度类故障和控制功能测试时可使用电阻箱及普通电阻代替;风速、风向等传感器输出为电流信号,在测试过程中使用电流源代替,可方便模拟风向、风速等值的改变,完成测试;仿真变桨、变流、监控系统实际功能,并建立其与主控的通信,从而来检测主控系统功能和性能;测试系统搭建完成后应保证与主控系统之间通信正常,无故障激活,可通过监控软件观察。
测试系统还面临两个问题:风速一定时如何根据实际情况模拟桨距角变化时发电机转速的变化;发电运行状态桨距角、转矩变化时功率的变化。本系统利用行业内比较成熟的Blade软件,根据风力发电机组参数建立模拟风机模型,根据风速、风向、桨距角、转矩给出发电机转速和发电功率值。模拟风机模型主要模块及参数如表1所示,系统之间数据流动如图2所示。
测试时不但考虑恒定风速风况,更要考虑湍流等情况,对正常湍流模型,湍流标准偏差的代表值σ1,90%情况下由轮毂高度处的风速给出。对标准风机等级,这个值由下式给出:
式中:b=5.6 m/s;Iref的值由表2给出。
表中:Iref表示在15 m/s时湍流密度的期望值;Vref表示参考风速10 min的平均值;A表示较高湍流特性级;B表示中等湍流特性级;C表示较低湍流特性级。
符合高斯分布的有一定方差的白噪声,通过karman滤波,得到在该风况下的karman湍流分布形状,再与一个该风况下的权值作乘积,得到湍流波动皱型。利用Blade软件生成国际规定风况的实际风速,如图3,Hub wind speed曲线即为Vhub=13m/s的湍流风,驱动图2所示的数据流,以此来检验使系统动态运行各项功能和指标。
3 系统测试方案
系统搭建完成后,首先对系统间通信进行测试,如对变桨、变流上送信息进行变位,在监控软件和本机人机界面观察上送信息是否正确,并依照电气原理图纸对DI/AI信息进行验证;启动风力发电机组观察桨距角、转速是否变化,检验正常后,模拟各种工况,展开功能性测试。
依据IEC 61400-1规定工况,以及中国的风场现场经验进行工况模拟,如图4风力发电机组工况分类所示,在此基础上根据图5风力发电机组测试项目分类组织开展测试。现具体以测试第一项功能逻辑中的启动功能测试为例,说明风力发电机组不同湍流风速下控制系统能否正确控制机组启动,其他测试项目限于篇幅不再展开。
风力发电机组启动功能主要测试项目:
1)风力发电机组的各种启动方式是否有效,包括自动启动、面板人工启动、机舱柜人工启动和远程启动等。
在控制系统上电后,系统应对电网及系统安全链进行检测,在无故障情况下,使系统处于待机状态,此时只能手动启动(就地手动、远方手动)。
2)检测风力发电机组启动条件是否有效,这些条件包括系统压力、温度、风速、电网电压、频率等。
3)启动过程中发生故障时响应是否正确有效。
4)启动过程中其他控制如温控、泵控、偏航等是否能根据需要有效。
5)是否限制风力发电机组每天自动启动次数。
6)启动过程中发生风向变化对启动的影响。
7)额定风速以下风力发电机组启动过程,观测调桨、调速、调距等过程。
8)额定风速以上启动过程,观测调桨、调速、调矩等过程。
注:启动过程中调桨、调速、调矩等过程观测见图3湍流风况下风力发电机组启动过程,相应曲线。
4 测试注意事项
主控系统功能测试完成后,应对需求分析文档进行测试,测试之前应制定详细测试项目,保证风力发电机组控制系统功能满足现场应用,具体可参考风力发电机组相关标准。
测试过程中应制定测试模板,避免因测试人员能力、测试人员状态的不同导致测试结果不同,保证测试质量。如表3为状态码测试模板,黑色字体为测试举例。
对测试过程中出现的问题要详细记录并进行跟踪,避免问题丢失、遗漏。因测试过程中会对程序进行适时修改,对修改后问题进行详细回归测试,保证已修改程序不会产生新的问题。测试过程中不应只输入合理条件,还需观察各种不合理条件下主控系统的处理措施,只有在实验中考虑的更全面,才能在现场调试中减少时间,降低成本。在测试完成后应对测试问题、功能文档进行整理,作为现场故障分析参考手册。
5 测试项目验证
构建本测试系统,按照测试方案,目前已完成国家科技攻关重点项目3 MW风力发电机组主控等系统全面动态测试验证,有效提前暴露了状态转换、启动、停机、通信、控制策略、算法等多方面的缺陷,如并网运行时功率控制跳变(见图6)、因系统间协调配合缺陷不能正常停机、故障监测不全面、停机时风机不能及时脱网、稳定风速下持续调桨幅度过大、状态码误激活、判据不合适、参数不合理、状态码激活后策略未分级、停机过程与文档不一致、不能识别与变桨通信中断、在高风速下不能发电运行等,风力发电机组主控系统得到了有效完善,通过修改完善这些缺陷,在室内研发阶段得到了解决,有效保证了风力发电机组稳定运行。
6 结论
本测试系统的开发,能够对大型风力发电机组进行全面动态测试,经大型项目的实践,其能够实现如下目的:
1)把现场调试工作搬进了实验室,节约了大量测试成本;
2)使测试工作摆脱了自然风的各种限制,不再受风的随机性、间歇性、易受影响等特性的影响,节约了数倍的测试时间,缩短了产品的开发周期;
3)测试过程中发现问题,适时对控制程序进行更改,做到了在测试中完善产品的研发模式。
总之,本测试方法经大型项目的检验,能够有效发现系统的不足,做到程序化、标准化、科学化测试。
参考文献
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[7]IEC61400-1-2005风力发电机安全要求[S].IEC61400-1-2005safety requirements for wind turbine generator system[S].
3.风力发电机组塔架制造工艺 篇三
关键词：风力发电机组塔架；制造流程；法兰平面度
中图分类号：TM315 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）27-165-2
1 塔架概况及其制造技术要求
1.1塔架概况
塔架为钢质圆锥体结构，总高度为84.146米（含基础环），由4段圆锥体（分别为塔架下段，塔架中下段，塔架中上段，塔架上段）和基础环通过法兰连接组成。每段塔架由多节筒体拼接而成，每节筒体约2.8米高。塔架设计最低温度为-20℃，筒体（含基础环）材料为Q345-C，法兰和门框材料为Q345E-Z25。
塔架自重：199.6t，塔底直径：4302mm，塔顶直径：3276mm
1.2塔架制作技术要求
首台塔架各段主体完工后应进行总体组对，塔架总高度公差为±15mm，检查两端法兰的平面度、同轴度，以四个斜边长差值在3n mm以内为合格（n为塔架分段数量），但最大不得超过9mm。
2 塔架制造工艺流程
考虑到塔筒为钢质圆锥体结构，我们采用AutoCAD 2011软件对筒体进行零件展开，利用SigmaNest软件对零件进行切割下料。在切割筒体零件前，我们认真对数控切割机进行校准，保证零件切割精度。
2.1 筒节制作
2.1.1 筒节下料程序编写
塔架筒节下料程序利用SigmaNest软件编写，下料程序中包含筒节定位基准线信息。
2.1.2 筒节下料
塔架筒节下料后需测量每个零件的尺寸及对角线长度，测量值在误差范围内方可送至下道工序。误差范围为：筒壁扇形钢板下料尺寸与理论尺寸误差不超过1mm。筒节下料完成后按图纸使用半自动切割机开焊接坡口并进行打磨。特别需要注意的是下料完后要做好标记移植，即是把钢板的出厂编号移植到每个下料的零件上。
2.1.3 筒节卷制
我厂采用中国南通盛利重工机械制造有限公司生产的恒得利W11S-60X3200X上辊万能式卷板机进行筒节卷制。该卷板机参数如下：
最大板宽：3200mm；最大板厚：60mm；卷板速度：约4
米/分；电机功率：56kW
①钢板吊上卷板机前。应认真清洁表面的灰尘、铁锈等杂物，避免滚板过程中损伤设备。②将钢板放入卷板机，前后进行滚压。滚压过程中采用圆弧样板进行检验，直到钢板的内径满足图纸要求。③在卷好的钢板对接处点焊，并在筒节两端加引弧板。④使用自动焊机进行筒节内纵缝的焊接，先从内表面焊起，内表面焊接结束后再焊接外表面。
2.2 筒节与筒节组对
筒节间的组对采取卧式组对，每节组对时都要从焊缝位置开始，保证相邻筒节纵缝错位180°。通过对多个筒节进行组对，形成分段筒节。
①筒节组对前，先测量筒节对接处端面的周长，以便确定筒节组对错边量。②选择一个筒节作为组对基准筒节。将基准筒节放在固定胎架上，另一节筒节放在可移动胎架上，将可移动胎架慢慢向固定胎架靠拢，直到两个筒节端面的间隙达到图纸要求。③塔架总高度为84.146米，但总高度公差仅为±15mm。因此在一节筒节与另一节筒节组对完成后，就需要测量组对误差。该组对误差应在组对下一个筒节时利用焊接间隙消除掉。
2.3 法兰与筒节组对
按图纸将法兰与筒节进行组对，形成法兰筒节。根据金风公司的设计要求，法兰与筒节组对并焊接完成后，法兰平面只允许内倾。这对法兰和筒体组对的精度提出了很高的要求。经过认真考虑，我厂最终采用立式组对法来进行组对，为此我厂设计了法兰组对平台。
①法兰组对平台由一根圆管及八根工字钢焊接而成。圆管位于工字钢中心，8根工字钢按等分角度焊接在圆管外部。各段塔架法兰直径是不同的，因此工字钢的长度应能保证所有法兰都可以放置在工字钢上。工字钢表面用水平仪调平。②将法兰放置在法兰组对平台上，保证法兰的中心与圆管的中心对齐。将筒节吊至法兰上方进行组对，组对过程中注意控制法兰和筒节的错边量，并保证筒节纵缝应位于法兰两螺栓孔之间。③为了保证法兰与筒节的组对精度，组对后、焊接前应进行法兰平面度的检测。如发现平面度超差，应进行重新组对，直到平面度满足要求为止。
2.4 分段筒节与法兰节最终组对
①组装方法。分段筒节与法兰筒节采用卧式组对。将分段筒节放在固定胎架上，将法兰筒节放置在可移动塔架上。组装前认真测量筒节对接处端面的周长，用激光经纬仪检查组装端口的平面度公差。测量数据合格后，将可移动胎架慢慢向固定胎架靠拢，直到两个筒节端面的间隙达到图纸要求。②法兰筒节与分段筒节应在松弛状态下组对，不能采用外力强行组对。③组装后在筒体接口处烧定位焊。定位牢后测量单段筒节长度、两法兰端面的平行度、同轴度。测量值应满足图纸要求，否则应进行重新组对。
2.5 塔架门框的安装
①塔架门框与筒体焊接应在法兰焊接完成后进行。②塔架门框与筒体的焊接采用气体保护焊，焊缝需完全熔透。③塔架门框与相邻筒节纵缝应相互错开。
2.6 塔架附件焊接与组装
①附件的焊接必须在塔架主体完工后进行。②塔架附件焊接采用气体保护焊或手工电弧焊，焊接人员需具备相应的资格证书并需持证上岗。③附件的焊接位置不得位于塔体焊缝（纵缝和环缝）上，与塔体焊缝（纵缝和环缝）的距离应不小于100mm，受结构限制最小距离50mm。④附件焊前清除表面锈蚀、油污，焊条按说明书要求进行烘烤。
3 塔架的焊接条件及要求
①对于塔架筒体、法兰、基础环及门框的焊接操作者，其资质应为持有具有资质的压力容器的焊工，其余焊接工作应由技能熟练并持有焊工证的焊工担任。所持有的证书必须在有效期内。②焊接环境温度应>0℃（低于0℃时，应在施焊处100mm范围内加热到15℃～50℃），相对湿度<90%。③塔架需作所有类型焊缝机械性能检验，在施焊塔架同时，按相同要求制作筒体纵缝焊接试板，产品焊接试板的厚度范围应是所代表的工艺评定覆盖住产品厚度范围之内，如纵向焊缝的焊接工艺评定覆盖范围不同时，应分别制作焊接试板。
4 塔架涂装
我厂该项目采用的是金风公司要求的C5涂料防腐方案，涂料采用永新牌产品，配套如表1。
5 结束语
2015年12月，该承接的湖北麻城蔡家寨项目25套塔架全部交付并安装，塔架的质量得到了业主的好评。通过该项目，我厂在湖北风电塔架制造领域打响了名声！令人欣喜的还有，我厂通过该项目总结出了一套成熟的塔架制造流程，特别是“塔筒组对平台”和“塔筒内纵缝焊接架”在实际建造中有效提高了建造速度和精度。本文既是对湖北麻城蔡家寨项目塔架建造技术的一个总结，也是为今后我厂再承接塔架建造项目提供有力的技术支持。
参 考 文 献
[1] 陈克，付英杰，苑宏智，吴熙萍.风力发电塔架制造技术[A].全国焊接工程创优活动经验交流会论文集[C].2011.
[2] 王书海.风电塔架制造工艺探讨[J].中国科技纵横，2013（4）：133-133.
4.风力发电机组并网技术 篇四
20世纪90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。同时，电力电子技术和计算机技术的高速发展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制的变流技术在双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电系统中的应用。八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域内得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机媲美。九十年代微机控制技术的发展，加速了双馈电机在工业领域的应用步伐。近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，变速恒频双馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交变流器两种结构形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用功率元件数量较多。(2)采用全控电力电子器件的交直交变流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且易于控制策略的实现和功率双向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。
为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励磁控制策略进行了较深入的研究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策略和直接转矩控制策略。我国科研机构从上世纪九十年代开始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还仅限于实验室，只有部分研究成果在中，在小型风力发电机的励磁控制系统中得到应用。因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度对提高我国风电机组自主化进程具有重要意义。
除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频双馈风力发电系统还有许多研究热点包括:
(I)风力发电系统的软并网软解列研究
软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重要部分。一般的，当电网容量比发电机的容量大得多的时候，可以不考虑发电机并网的冲击电流，鉴于目前并网运行的发电机组已经发展到兆瓦级水平，所以必须要限制发电机在并网和解列时候的冲击电流，做到对电网无冲击或者冲击最小。
(2)无速度传感器技术在双馈异步风力发电系统应用的研究
近年，双馈电机的无位置以及无速度传感器控制成了风力发电领域的一个重要研究方向，在双馈异步风力发电系统中需要知道电机转速以及位置信息，但是速度以及位置传感器的采用提高了成本并且带来了一些不便。理论上可以通过电机的电压和电流实时计算出电机的转速，从而实现无速度传感器控制。如果采用无传感器控就可以使发电机和逆变器之间连线消除，降低了系统成本，增强了控制系统的抗干扰性和可靠性。
(3)电网故障状态下风力发电系统不间断运行等方面
并网型双馈风力发电机系统的定子绕组连接电网上，在运行过程中，各种原因引起的电网电压波动、跌落甚至短路故障会影响发电机的不间断运行。电网发生突然跌落时，发电机将产生较高的瞬时电磁转矩和电磁功率，可能造成发电机系统的机械损坏或热损坏，所以三相电网电压突然跌落时的系统持续运行控制策略的研究是目前研究焦点问题之一。
此外，双馈风力发电系统的频率稳定以及无功极限方面也是目前研究的热点。
在大型风力发电系统运行过程中，经常需要把风力发电机组接入电力系统并列运行。发电机并网是风力发电系统正常运行的“起点”，也是整个风力发电系统能够良好运行的前提。其主要要求是限制发电机在并网时的瞬变电流，避免对电网造成过大的冲击，并网过程是否平稳直接关系到含风电电网的稳定性和发电机的安全性。当电网的容量比发电机的容量大的多(大于25倍)的时候，发电机并网时的冲击电流可以不考虑。但风力发电机组的单机容量越来越大，目前己经发展到兆瓦级水平，机组并网对电网的冲击已经不能忽视。比较严重的后果不但会引起电网电压的大幅下降，而且还会对发电机组各部件造成损害;而且，长时间的并网冲击，甚至还会造成电力系统的解列以及威胁其它发电机组的正常运行。
因此必须通过合适的发电机并网方式来抑制并网冲击电流。
目前，实现发电机并网的方式主要有两种，一种被称为准同期方式，另一种被称为自同期方式。准同期方式是将已经励磁的发电机在达到同期条件后并入电网;自同期方式则是将没有被励磁的发电机在达到额定转速时并入电网，随即给发电机加上励磁，接着转子被拉入同步。自同期方式由于当发电机合闸时，冲击电流较大，母线电压跌落较多而很少采用。因此，现在发电机的主要并网方式为准同期方式，它能控制发电机快速满足准同期条件，从而实现准确、安全并网。
异步风力发电机组并网
异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，其输出的功率与转速近乎成线性关系，因此对机组的调速要求不像同步发电机那么严格精确，不需要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速时就可并网。但异步发电机的并网也存在一些问题。例如直接并网时会产生过大的冲击电流(约为异步发电机额定电流的4～7倍)，并使电网电压瞬时下降。随着风力发电机组电机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自身部件的安全以及对电网的影响也愈加严重。过大的冲击电流，有可能使发电机与电网连接的主回路中自动开关断开;而电网电压的较大幅度下降；则可能会使低压保护动作，从而导致异步发电机根本不能并网。另外，异步发电机还存在着本身不能输出无功功率、需要无功补偿、过高的系统电压会造成发电机磁路饱和等问题。
目前，国内外采用异步发电机的风力发电机组并网方式主要有以下几种。
(1)直接并网方式
这种并网方法要求并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力机驱动的异步发电机转速接近同步转速(90%一100%)时即可完成自动并网，见图(2-6)所示，自动并网的信号由测速装置给出，然后通过自动空气开关合闸完成并网过程。这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单，但并网瞬间存在三相短路现象，并网冲击电流达到4～5倍额定电流，会引起电力系统电压的瞬时下降。这种并网方式只适合用于发电机组容量较小或与大电网相并的场合。
(2)准同期并网方式
与同步发电机准同步并网方式相同，在转速接近同步转速时，先用电容励磁，建立额定电压，然后对已励磁建立的发电机电压和频率进行调节和校正，使其与系统同步。当发电机的电压、频率、相位与系统一致时，将发电机投入电网运行，见图(2-7)所示。采用这种方式，若按传统的步骤经整步到同步并网，则仍须要高精度的调速器和整步、同期设备，不仅要增加机组的造价，而且从整步达到准同步并网所花费的时间很长，这是我们所不希望的。该并网方式合闸瞬间尽管冲击电流很小，但必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免造成网上飞车。
(3)降压并网方式
降压并网是在异步发电机和电网之间串接电阻或电抗器或者接入自祸变压器，以便达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机进入稳态运行后必须将其迅速切除。显然这种并网方法的经济性较差。
(4)晶闸管软并网方式
这种并网方式是在异步发电机定子与电网之间通过每相串入一只双向晶闸管连接起来，来对发电机的输入电压进行调节。双向晶闸管的两端与并网自动开关K2的动合触头并联，如图2-9所示。
接入双向晶闸管的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。图(2-9)示出软并网装置的原理。通过采集US和IS的幅值和相位，对晶闸管的导通角进行控制。具体的并网过程是:当风力发电机组接收到由控制系统微处理机发出的启动命令后，先检查发电机的相序与电网的相序是否一致，若相序正确，则发出松闸命令，风力发电机组开始启动；当发电机转速接近同步转速时(约为99 %-100%同步转速)，双向晶闸管的控制角同时由180度到0度逐渐同步打开，与此同时，双向晶闸管的导通角则同时由0度到180度逐渐增大，此时并网自动开关K2未动作，动合触点未闭合，异步发电机即通过晶闸管平稳地并入电网，随着发电机转速的继续升高，电机的转差率趋于零，当转差率为零时，双向晶闸管已全部导通，并网自动开关K2动作，短接双向晶闸管，异步发电机的输出电流将不再经双向晶闸管，而是通过已闭合的自动开关K2流入电网。在发电机并网后，应立即在发电机端并入补偿电容，将发电机的功率因数(cos }p)提高到0.95以上。由于风速变化的随机性，在达到额定功率前，发电机的输出功率大小是随机变化的，因此对补偿电容的投入与切除也需要进行控制，一般是在控制系统中设有几组容量不同的补偿电容，根据输出无功功率的变化，控制补偿电容的分段投入或切除。这种并网方法的特点是通过控制晶闸管的导通角，来连续调节加在负载上的电压波形，进而改变负载电压的有效值。目前，采用晶闸管软切入装置((SOFT CUT-IN)已成为大型异步风力发电机组中不可缺少的组成部分，用于限制发电机并网以及大小电机切换时的瞬态冲击电流，以免对电网造成过大的冲击。
晶闸管软并网技术虽然是目前一种较为先进的并网方法，但它也对晶闸管器件以及与之相关的晶闸管触发电路提出了严格的要求，即晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，只有发电机主回路中的每相的双向晶闸管特性一致，并且控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，才能保证可控硅导通角在0度到180度范围内同步逐渐增大，才能保证发电机三相电流平衡，否则会对发电机
不利。
适合交流励磁双馈风力发电机组的并网技术
目前，适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术，包括空载并网方式，独立负载并网方式，以及孤岛并网方式。另外，对于垂直轴型的双馈机组，由于不能自动起动，所以必须采用“电动式”并网方式。下面对各种并网方式的实现原理分别给予了简要介绍。
(1)空载并网技术
所谓空载并网就是并网前双馈发电机空载，定子电流为零，提取电网的电压信息(幅值、频率、相位)作为依据提供给双馈发电机的控制系统，通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致。当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后控制策略从并网控制切换到发电控制。如图(2-10)所示。
（2)独立负载并网技术
独立负载并网技术的基本思路为:并网前双馈电机带负载运行(如电阻性负载)，根据电网信息和定子电压、电流对双馈电机和负载的值进行控制，在满足并网条件时进行并网。独立负载并网方式的特点是并网前双馈电机已经带有独立负载，定子有电流，因此并网控制所需要的信息不仅取自于电网侧，同时还取自于双馈电机定子侧。
负载并网方式发电机具有一定的能量调节作用，可与风力机配合实现转速的控制，降低了对风力机调速能力的要求，但控制较为复杂。
(3)孤岛并网方式
孤岛并网控制方案可分为3个阶段。第一阶段为励磁阶段，见图(2-12)所示，从电网侧引入一路预充电回路接交—直—交变流器的直流侧。预充电回路由开关K1、预充电变压器和直流充电器构成。
当风机转速达到一定转速要求后，K1闭合，直流充电器通过预充电变压器给交—直—交变流器的直流侧充电。充电结束后，电机侧变流器开始工作，供给双馈电机转子侧励磁电流。此时，控制双馈电机定子侧电压逐渐上升，直至输出电压达到额定值，励磁阶段结束。
第二阶段为孤岛运行阶段。首先将Kl
断开，然后启动网侧变流器，使之开始升压运行，将直流侧
升压到所需值。此时，能量在网侧变流器，电机侧变流器以及双馈电机之间流动，它们共同组成一个孤岛运行方式。
第三阶段为并网阶段。在孤岛运行阶段，定子侧电压的幅值、频率和相位都与电网侧相同。此时闭合开关K2，电机与电网之间可以实现无冲击并网。并网后，可通过调节风机的桨距角来增加风力机输入能量，从而达到发电的目的。
(4)“由动式”并网方式
前面介绍的几种并网方式都是针对具有自起动能力的水平轴双馈风力发电机组的准同期并网方式，对于垂直轴型的双馈机组(又称达里厄型风力机)由于不具备自启动能力，风力发电机组在静止状态下的起动可由双馈电机运行于电动机工况来实现。
如图(2-13)所示，为实现系统起动在转子绕组与转子侧变频器之间安装一个单刀双掷开关K3，在进行并网操作时，首先操作K3将双馈发电机转子经电阻短路，然后闭合K1连接电网与定子绕组。在电网电压作用下双馈电机将以感应电动机转子串电阻方式逐渐起动。通过调节转子串电阻的大小，可以提高起动转矩减小起动电流，从而缓解机组起动过程的暂态冲击。当双馈感应发电机转速逐渐上升并接近同步转速时，转子电流将下降到零。在此条件下，操作K3断开串联电阻后将转子绕组与转子侧变频器相连接，同时触发转子侧变频器投入励磁。最后在成功投入励磁后，调节励磁使双馈发电机迅速进入定子功率或转速控制状态，完成机组起动过程。
这种并网方式实现方法简单，通过适当的顺序控制就能够实现不具备自起动能力的双馈发电机组的起动与并网的需要，如果电机转子侧安装有“CrowBarProtection”保护装置，则通过控制器投切“CrowBar Protection”就可以实现系统的起动与准同期并网。
空载并网方式并网前发电机不带负载，不参与能量和转速的控制，所以为了防止在并网前发电机的能量失衡而引起的转速失控，应由原动机来控制发电机组的转速。独立负载并网方式并网前接有负载，发电机参与原动机的能量控制，表现在一方面改变发电机的负载，调节发电机的能量输出，另一方面在负载一定的情况下，改变发电机转速的同时，改变能量在电机内部的分配关系。前一种作用实现了发电机能量的粗调，后一种实现了发电机能量的细调。可以看出，空载并网方式需要原动机具有足够的调速能力，对原动机的要求较高;独立负载并网方式，发电机具有一定的能量调节作用，可与原动机配合实现转速的控制，降低了对原动机调速能力的要求，但控制复杂，需要进行电压补偿和检测更多的电压、电流量。孤岛并网方式是一种近年来才提出的比较新颖的一种并网方式，在并网前形成能量回路，转子变换器的能量输入由定子提供，降低了并网时的能量损耗。
其中空载并网方式由于具有控制策略简单，控制效果好，而在实际机组中广泛采用，而负载并网方式、孤岛并网方式以及“电动式”并网方式由于存在控制系统较为复杂，系统稳定性差等缺点目前仍然停留在理论探索阶段。
双馈发电机并网控制与功率控制的切换
双馈风力发电系统并网控制的目的是对发电机的输出电压进行调节，使建立的DFIG的定子空载电压与电网电压的幅值、频率、和相位保持一致，当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后进行最大风能追踪控制
.并网成功后一方面变桨距系统将桨叶节距角置于0以获得最佳风能利用系数，与此同时转子励磁系统开始进行最大功率点跟踪(Maximum Power pointTracking,MPPT)控制，以捕获最大风能。并网切换前后控制策略有较大差异，如果直接切换，则控制系统重新从零开始调节，必然引起转子电压的突变，从而造成并网瞬间系统产生振荡，这种振荡可能短时间内使系统输出有很大的偏差，致使控制量超过系统可能的最大允许范围，容易造成发电机损坏，而这在实际的并网过程中是十分不利的。为此，要达到发电机顺利、安全并网的目的还必须实现控制策略的无扰切换，使转子输出电压平稳的过渡到新的稳定状态。
双馈发电机的解列控制
5.风力发电机组变桨距 篇五
关键词：风力发电；现状；技术发展
能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用，已受到世界各国的高度重视。风电是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展风电这一清洁能源已成为世界各国的战略选择。我国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。近年来我国风电产业及技术水平发展迅猛，但同时也暴露出一些问题。总结我国风电现状及其技术发展，对进一步推动风电产业及技术的健康可持续发展具有重要的参考价值。
1我国风力发电的现状
2005年2月，我国国家立法机关通过了《可再生能源法》，明确指出风能、太阳能、水能、生物质能及海洋能等为可再生能源，确立了可再生能源开发利用在能源发展中的优先地位。2009年12月，我国政府向世界承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，把应对气和变化纳入经济社会发展规划，大力发展包括风电在内的可再生能源与核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。论文大全网编辑。
随着新能源产业成为国家战略新兴产业规划的出台，风电产业迅猛发展，有望成为我国国民经济增长的一个新亮点。
我国自上世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始，经过二十几年的发展，我国的风电市场已经获得了长足的发展。到2009年底，我国风电总装机容量达到2601万kW，位居世界第二，2009年新增装机容量1300万kW，占世界新增装机容量的36%，居世界首位[1,2]。可以看出，我国风电产业正步入一个跨越式发展的阶段，预计2010年我国累计装机容量有望突破4000万kW。
从技术发展上来说，我国风电企业经过“引进技术—消化吸收—自主创新”的三步策略也日益发展壮大。随着国内5WM容量等级风电产品的相继下线，以及国内兆瓦级机组在风电市场的普及，标志我国已具备兆瓦级风机的自主研发能力。同时，我国风电装备制造业的产业集中度进一步提高，国产机组的国内市场份额逐年提高。目前我国风电机组整机制造业和关键零部件配套企业已能已能基本满足国内风电发展需求，但是像变流器、主轴轴承等一些技术要求较高的部件仍需大量进口。因此，我国风电装备制造业必须增强技术上的自主创新，加强风电核心技术攻关，尤其是加强风电关键设备和技术的攻关。
2风力发电的技术发展
风力发电技术是涉及空气动力学、自动控制、机械传动、电机学、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程。目前在风能发电领域，研究难点和热点主要集中在风电机组大型化、风力发电机组的先进控制策略和优化技术等方面。
2.1风力发电机组机型及容量的发展
现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作为提高风能利用率和发电效率的有效途径，风力发电机单机容量不断向大型化发展。从20世纪80年代中期的55kW容量等级的风电机组投入商业化运行开始，至1990年达到250kW，1997年突破1MW，1999年即达到2MW。进入21世纪，兆瓦级风力机逐渐成为国际风电市场上的主流产品。2004年德国Repower即研制出第一台5MW风电机，Enercon开发出第二代直驱式6WM风电机，预计2013年单机容量将突破15MW[1,3]。从世界范围来看，1.5MW-2MW的机型占世界机组容量的比例，已从2007年的63.7%飞速上升
到80.4%；而在我国，2005年风电场新安装的兆瓦级风电机组占当年新装机容量的21.5%，而2009年比例已经上升到86.86%[4]。这表明容量风电机组已经成为我国风电市场上的主流产品。
2.2风力发电机组控制技术的发展
控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键技术[5,6]，这是因为：
1）自然风速的大小和方向随着大气的气压、气温和湿度等的活动和风电场地形地貌等因素的随机性和不可控性，这样风力机所获得的风能也是随机和不可控的。
2）为使风能利用率更高，大型风力发电机组的叶片直径大约在60m~100m之间，因此风轮具有较大的转动惯量。
3）自动控制在风力发电机组的并网和脱网、输入功率的优化和限制、风轮的主动对风以及运行过程中故障的检测和保护中都应得到很好的利用。
4）风力资源丰富的地区通常环境较为恶劣[转贴于:论文大全网
在海岛和边远的地区甚至海上，人们希望分散不均的风力发电机组能够无人值班运行和远程监控。这就对风力发电机组的控制系统可靠性提出了很高的要求。
因此，众多学者都致力于深入研究风力发电的控制技术和控制系统，这些研究工作对于风力发电机组优化运行有极其重要的意义。计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，并网运行的风力发电控制技术得到了较快发展，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展，甚至向智能型控制发展。
定桨距型风力机指桨叶与轮毂的连接是固定的，即桨距角固定不变，当风速变化时，桨叶的迎风角度固定不变。失速型是当风速高于额定风速，利用桨叶翼型本身所具有的失速特性，即气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，将发电机的功率输出限制在一定范围内。失速调节型的优点是简单可靠，当风速变化引起输出功率变化时，只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不做任何控制，使控制系统大为简化。其缺点是叶片重量大，桨叶、轮毂、塔架等部件受力较大，机组的整体效率较低，也使得这些关键部件更容易疲劳磨损。
变速恒频风力发电机组是近年来发展起来的一种新型风力发电系统，其转速不受发电机输出功率的限制，而其输出电压的频率、幅值和相位也不受转子转速的影响。论文大全网整理。
与恒速风电机组相比，它的优越性在于：低风速时能够跟踪风速变化，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调节风力机桨距角，在保证风电机组安全稳定运行的同时，使输出功率更加平稳。变速恒频风力发电机组通过励磁控制和变桨距调节来实现最佳运行状态。变桨距是根据风速和发电机转速来调整叶片桨距角，从而控制发电机输出功率，由传动齿轮箱、伺服电机和驱动控制单元组成。随着风电控制技术的发展，当输出功率小于额定功率状态时，变桨距风力发电机组采用OptitiP技术，即根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，以得到理想的输出功率。变桨距风力发电机组的优点是：输出功率平稳，在额定点具有较高的风能利用系数，具有更好的起动性能与制动性能，能够确保高风速段的额定功率。
2.3风力发电机组控制策略的发展
风能是一种能量密度低、稳定性较差的能源，由于风速、风向的随机性变化，导致风力机叶片攻角不断变化，使叶尖速比偏离最佳值，风力机的空气动力效率及输入到传动链的功率发生变化，影响了风电系统的发电效率并引起转矩传动链的振荡，会对电能质量及接入的电网产生影响，对于小电网甚至会影响其稳定性。风力发电机组通常采用柔性部件，这有助
于减小内部的机械应力，但同时也会使风电系统的动态特性复杂化，且转矩传动模块会有很大振荡。目前，对风力发电机的控制策略研究根据控制器类型可分为两大类：基于数学模型的传统控制方法和现代控制方法。传统控制采用线性控制方法，通过调节发电机电磁转矩或桨叶节距角，使叶尖速比保持最优值，从而实现风能的最大捕获。对于快速变化的风速，其调节相对滞后。同时基于某工作点的线性化模型的方法，对于工作范围较宽、随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统并不适用。
现代控制方法主要包括变结构控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等[7,8]。变结构控制因具有快速响应、对系统参数变化不敏感、设计简单和易于实现等优点而在风电系统中得到广泛应用。鲁棒控制具有处理多变量问题的能力，对于具有建模误差、参数不准确和干扰位置系统的控制问题，在强稳定性的鲁棒控制中可得到直接解决。模糊控制是一种典型的智能控制方法，其最大的特点是将专家的知识和经验表示为语言规则用于控制，不依赖于被控制对象的精确的数学模型，能够克服非线性因素的影响，对被调节对象有较强的鲁棒性。由于风力发电机的精确数学模型难以建立，模糊控制非常适合于风力发电机组的控制，越来越受到风电研究人员的重视。人工神经网络是以工程技术手段来模拟人脑神经元网络的结构与特征的系统。利用神经元可以构成各种不同的拓扑结构的神经网络，它是生物神经网络的一种模拟和近似。利用神经网络的学习特性，可用于风力机的低风速的节距控制。
3存在的问题及展望
尽管近年来我国风电产业得到了迅猛的发展，但同时也暴露出众多的问题。
6.风力发电机组的设计理念 篇六
1.系统效率问题
风力发电机的风轮转子的风能利用效率对风力发电机组的系统效率起着决定性作用。由风力发电机系统效率公式η系=η转·η控·η逆·η电·η蓄可知，系统效率除与风轮转子的气动效率有关外，还与发电机效率、控制器效率、逆变器效率、蓄电池的充电效益有关。要大幅度提高后者的效率值，不但技术难度大，而且经济上不可取。水平式风力发电机最大风能利用系数理论值为0.593。市场上现有的微小型风力发电机CP值为0.25~0.35，与最大值0.593还有很大差距,仍有很大的潜力可挖。利用最新的二维机翼在大功角时风洞试验的研究成果，借鉴大、中型风力发电机现有技术成果。根据风力机既具有外流机翼特性，又具有内流叶轮的工作特点。采用先进的设计手段、设计方法和优化技术以及采用新材料、新技术、新工艺等综合手段来提高风轮转子风能利用系数，使之达到中型风力发电机的CP值为0.42的水平。从而降低单位每百瓦发电量的材料消耗量，同时减少了重量和体积，为新材料、新技术、新工艺的应用打下了良好的基础。
2.安装，维护问题
一般使用离网型独立运行的微小型风力发电机组的用户往往地处交通不便，无常规能源输送的边远地区、深山、草原牧区、边防哨所、微波站以及沿海海岛、航标灯站等等。受材料采购困难，配件供应不畅和维护技术等因素的限制。我们的设计目标：使风力发电机成为一种安装方便、免维护、保护功能完善的傻瓜型产品。
3.成本问题
据统计，到目前为止，我国尚有7656万无电人口、16个无电县、828个无电乡和29783无电乡村，它们地处交通不便，无常规能源供应的边远地区、深山、沿海岛屿。那里经济、文化较为落后，收入较低，但当地的风能、太阳能资源往往较为丰富。如果能提供一种物美价廉、可靠性高的风力发电机产品，对解决他们的日常生活用电，丰富他们的文化生活无疑是一大福音。另外，沿海近海的滩涂养殖场、内陆湖泊渔民、沿海地区居民等，虽然该地区经济较为发达，且有常规能源供应，如果能提供一种性价比高、投资回收期短、外观美的风力发电机产品，则能为风力发电机的推广普及创造良好条件。这样，就能减轻日趋紧张的城市电网的供电压力。用风能替代一部分使用石化燃料发电的电能，既符合我国能源的可持续发展战略，又减少了对地球不可再生资源的开采和对大气环境的污染。我们的设计目标：使风力发电机成为人人用得起，个个用得好的优秀产品。
4.振动和噪音问题
微小型风力机往往安装在住宅的附近、楼顶、花园、停车场、高速公路灯上，要求振动小、噪音低。如果风力发电机噪音大，会严重干扰居民的日常正常生活；如果风力发电机振动大，易造成紧固件脱松和材料的疲劳损坏，对的人身、财产安全构成极大的危害。我们的设计目标：使风力发电机在正常运行时达到近乎无振动、无噪音状态，使风力发电真正成为绿色环保的清洁能源。
5.寿命、可靠性问题
风力发电机组由风轮转子、三相永磁交流发电机、控制器、逆变器、蓄电池组等部件组成。风轮转子的功能：接受风能，并将风能转变为机械能；三相永磁交流发电机的功能：将机械能转变为电能；控制器的功能：将三相交流电整流、稳压为电压恒定的直流电；逆变器的功能：将直流电逆变为三相200V50HZ的正弦交流电；蓄电池的功能：储存电能以供用户在所需时使用。设计制造风力发电机涉及的学科较广，有材料力学、空气动力学、电机学、微电子学、电化学等学科，兼之使用者所处的地区，经济欠发达，文化相对落后，交通运输不便，无常规能源供应，缺乏必要维修能力。我们的设计目标：使风力发电机具有结构简单、寿命长、可靠性高的特点。
综合以上五点所述，新设计的风力发电机组应具有风能利用系数高、体积小、重量轻、外观美、噪音低、振动低、安装方便、免维护、寿命长、可靠性高、性能价格比高、保护功能齐全的特点。做到人人用得起，个个用得好，为用户和社会创造良好的经济利益和社会利益。在“敢于开拓，敢于创新；创一流企业，争天下第一”的云攀精神激励下，凭借着“保护人类唯一的赖以生存的地球”信念的支持下，云攀人以顾客为关注的焦点；以市场为导向；以保护地球，匹夫有责为己任；时刻牢记“光明使者”的重任，通过对现有市场上的微小型风力发电机产品的技术状态、使用状况和顾客呼声、愿望、抱怨、投诉进行充分的市场调查，并对收集的资料进行科学的汇总、分类、统计分析，找出其优点和存在缺陷。针对传统小型风力发电机组存在的问题，我们第一步设想：利用大、中型风力机桨叶失速控制技术移植到微小型风力机中，同时利用发电机的饱和特性来替代微小型风力机的偏侧调速机构，以达到限制转速、限制功率的目的。从而将原有的三个转动部件（对风装置，发电装置，偏侧调速限功装置）减少为二个。第二步：采用组合叶素理论和动量理论，利用二维机翼在大功角下的风洞试验研究结果，修正大攻角失速后的空气动力学数据，考虑了轴向和切向诱导速度沿轴向的变化，计及了叶尖损失、风切变、尾流等影响风力机效率的因素来设计失速叶片的气动外形和结构，在制造过程中选用高强度工程塑料，采用精密注射工艺成型。在确保叶片强度、刚度、疲劳寿命前提下解决成本与性能问题。同时利用“锥角效应”解决叶片振动、噪音问题。第三步，将电动机的碳刷、滑环机构移植到微小型风力机中，解决电缆缠绕问题。第四步，制造一个集整流、稳压、报警、指示、蓄电池保护功能于一身的控制器，解决蓄电池欠压、过充问题，从而延长蓄电池的寿命。第五步，制造一个智能型正弦波逆变器，并具有过载、短路自动保护功能，解决常规逆变器的带感性负载时易产生运转噪音、效率低、寿命短和可靠性差的问题。第六步，借鉴电器接插件结构形式设计电连接器解决发电机与控制器连接的隐患问题；利用密封胶解决电机密封问题；利用多种防松方法，如防松胶、转向与螺纹旋向相反自紧的原理、非金属嵌件锁紧螺母等多种形式解决紧固件松动问题。为实现我们制订的目标，云攀人经过不懈努力、屡败屡战、精益求精，皇天不负有心人，终于变美梦成真。集微电子技术、永磁电机技术、计算机技术、电力电子技术、空气动力学技术于一身的具有高
科技含量、最新一代的风力发电机组横空出世。
控制器特点
1.采用铝合金挤压成型的外壳，外形美观，兼起散热器自散热作用，减少了利用轴流风扇进行强迫冷却而引起附加电能消耗。2.利用可控硅半控桥式整流，移相稳压控制技术（或二极管桥式整流，PWN直流斩波控制技术）制成的整流、稳压电路，其稳压精度高、效率高、电源质量好、可靠性高。3.具有风轮转子发电指示；三相永磁交流发电机的充电指示；蓄电池欠压、过充状态指示功能以及蓄电池的欠压、过充自动保护功能。4.配备光伏电池组输入端子。方便用户将风力发电系统扩充为风—光互补型风电系统。5.引入切入风速控制系统。其工作原理为风轮转子起动并连续旋转后，由于风轮转子维持风速低于起动风速，在发电机电压未达到蓄电池充电电压时，使风轮转子空转。一旦达到充电电压时，即转换为正常充电工作状态。这样使风轮转子能更有效吸地收风能。6.根据三相交流发电机绕组自身特点配以先进吸收电路设计的制动装置。一方面确保风力发电机安装时人员的人身安全，另一方面在台风来临时保护机组免受损坏。
风轮转子的特点
１、选用玻璃纤维增强型工程塑料，经精密注射工艺成型的风轮叶片，表面喷涂耐侯性能极佳的专用面漆，在确保叶片满足强度、刚度要求的前提下，减轻了叶片重量。在确保叶片满足复杂气动外形尺寸精度的前提下，提高了生产效率，降低了生产成本．
２、根据风力发电机叶轮转子既具有外流机翼类似的特性，又具有开式旋转机械的特点，采用组合叶素理论和动量理论，考虑了轴向和切向诱导速度沿轴向的变化，计及了叶尖损失、尾流损失、风切变、尾流与塔架位势干扰等影响风力机效率的因素，利用二维机翼在大功角下风洞试验成果来修正大攻角失速后气动数据以及空气动力学的最新研究成果来设计风轮转子叶片的气动外形和结构，并根据叶片最佳外形尺寸要求进行优化设计，兼顾起动性能和工作性能两者之间的关系，既使风轮转子具有重量轻、转动惯量小、对风速的变化响应速度快的特点；同时又使风轮转子具有转换效率高、Ｃp-l曲线形状好即曲线平顶范围较宽。从而降低了起动风速，增加了年发电量。
３、利用“锥角效率”优化设计风轮参数，使风轮转子在正常运转时近乎无振动、无噪音。４、利用失速叶片的失速特性来限速、限功，简化了结构，减少了零部件的数量。永磁交流发电机的特点
１、采用专利技术的径向式永磁磁路转子结构，使转子单位每百瓦稀土永磁材料消耗量低、效率高、比功率大、重量轻、体积小，由于风轮转子直接套在发电机的转轴上，使风轮转子对风速变化的响应速度快。其转子工作转速最高可达１００００转/分。
２、采用ＣＡＤ技术、有限元分析技术对电机定子进行优化设计，重点是如何降低发电机的阻转矩，如定子铁心采用斜槽结构、定子绕组采用分数槽绕组、槽楔采用磁性槽楔、合理选择定、转子的槽数和极数配合。
３、根据风轮转子的功率——风速曲线、转速——风速曲线来设计发电机功率——转速曲线。使两者具有良好的匹配特性即在一定风速、一定风轮转子转速的前提下风轮转子的机械功率应略大于发电机的输入功率。过大，会出现大马拉小车现象，白白浪费风能并造成机组年发
电量的下降；过小，会造成风轮转子转速突然下降并产生冲击现象，使风轮转子在偏离最佳叶尖速比状态下运行，同样降低了机组的年发电量。
４、发电机的电流——转速曲线形状好，即能兼顾低、中、高速时发电机输出特性。
５、采用ＩＰ５４全密封防护等级，前、后端盖止口与机座止口、支承座止口接合处，采用密封胶密封。前端盖与叶片连接法兰接合外，采用新型防水结构，避免风沙、雨水、雪水入侵。
６、采用宽系列橡胶双密封非接触式进口轴承，使发电机在-30C°~+50C°工作环境下可靠使用。
７、连接件、紧固件全部采用不锈钢材料，并采用厌氧胶进行防松处理。
突破传统界限，创造一个新时代
综合利用电机技术、电力电子技术、微机技术、空气动力学技术等综合技术创造出一个近乎完美的小型风力发电机组。
特点：
1.体积小、重量轻、外形美观；
2.起动风速低、系统效率高、设备利用率高；
3.正常运行接近无振动、无噪音，真正的绿色环保、清洁能源；
4.无电缆 缠绕的烦恼；
5.结构简单、安装维护方便；
6.寿命长，可靠性高；
7.智能型正弦波逆变器，具有过载、短路自动保护功能；欠压、过充保护功能；
7.大型风力发电场接地工程研究 篇七
随着全球对低碳经济的关注, 国家对新能源产业的政策扶持, 国内的风力发电产业近年来得到了迅猛的发展。笔者观察到, 对于风电行业的高速发展国内的呼声无外乎是发展过速、产能过剩;在风电整机制造业和上下游产业链不断完善的背景下, 风力发电场的安全运行也逐渐的得到了投资方的关注。
国内的风电是从2007年开始步入高速发展期的, 随着全球CDM交易的活跃程度, 中国几大能源集团都把风力发电作为新的经济增长点。但是, 风力发电机组的运行安全, 在风力发电场的早期建设阶段没有得到足够的重视, 防雷、接地就是其中重要的环节。
2 风电接地, 设计之忧
风力发电机组的接地可以说是个老大难问题, 因为其处于各种环节的边缘。电力勘察设计单位对于接地电阻的设计往往过于简单, 不能根据实际的地质情况提出有效的解决方案, 而这个接地电阻的大小就落在了土建施工的头上, 而实际的土建施工单位紧紧按照基础设计图纸进行基础的浇筑施工, 并不管其接地电阻的大小, 导致风力发电机组在安装调试后常年在接地电阻的高位运行。由于风力发电机组的特点, 高接地电阻往往造成的后果是, 地电位漂移、抬升导致相地电压抬升使电控设备烧毁、甚至烧毁箱变。而接地电阻过高导致的另一个问题就是, 雷击发生时造成的地电位反击事故, 造成主控柜内设备的烧毁等事故。
2.1 土壤电阻率对接地电阻的影响风电材料设备
土壤电阻率的大小直接影响达到目标接地电阻的成本, 目前国际国内的风力发电企业对接地电阻的要求一般为2、4或者10欧姆, 从成本上讲;相同的土壤电阻率条件下, 达到2欧姆的成本最高, 达到10欧姆的成本最低。由于电力勘察设计单位对接地网的设计过于单一, 所以往往无法达到设计的接地电阻要求, 而需要重新对基础的接地电阻进行整改施工。不同机位下不同深度的土壤电阻率有着很大的区别, 根据不同的接地电阻分布情况制定不同机位的防雷接地设计方案是控制防雷接地成本的有效措施。
2.2 多机联合接地的问题
曾有不少防雷专家提出应该将整个风场的风机进行联合接地, 这一提法实质说明防雷专家对接地工程中的误解。任何两台机组的间距至少在300米以上, 为了避免尾流的影响甚至距离会更远, 那么按照雷电冲击电阻的极限半径考虑, 100米是雷击冲击电阻的最大半径, 也就是说雷电流在大地的传播过程中, 最长也就是200米。所以, 把整个风场进行联合接地的提法显然是不合适的, 从成本控制的角度也不符合经济原则。笔者, 2010年曾到过某风场, A号风机的接地电阻小于B号机组, 但A号机组遭雷击后, B号相邻的机组缺由于地电位反击事故造成了SVC柜的烧毁, 这也从侧面说明了多机联合时, 不同机组的接地电阻不同会造成相邻机组的地电位反击事故。
2.3. 接地电阻的波动变化
工程的初设通过后, 就是进场的施工。对于接地工程而言, 很多公司认为很简单、很容易, 有些公司就是边设计边施工边测量, 只要达到设计接地电阻往往就草率收工这就是由于不懂接地工程的特点, 往往会留下隐患。接地工程的特点一般接地电阻在施工完毕后短期内会呈现一个较低的状态, 而经过一个周期的低阻态后会迅速向高攀升, 主要的原因在于施工后的土壤酸碱度与原土壤的酸碱度存在浓度差异, 当接地施工结束后, 地网中会因为接地电流的注入形成原电池电化学反应, 加速原土与回填土之间的电化学渗透, 之后经过一个高阻态周期后接地电阻才会达到长时间的稳定。
3 施工组织设计与管理
完善周密的施工组织计划是保障工程顺利竣工的前提。对于风力发电厂的接地而言, 如果工程队伍一台一台的进行施工, 很难想象其如何保证工期的计划时间。一般而言, 应针对不同机位的特点进行划分。例如, 某风场中33台机组的分布:7台处于沙漠环境、15台处于山顶, 并且是天然承台基础、11台处于山麓位置, 基本属于风化岩条件;施工单位完全可以根据不同地质条件有序的分配工程机械, 对于较难施工的山顶, 重点分配工程机械和人手, 对于较容易施工的沙漠条件, 酌情调配人力和设备, 这样分成三个工程组, 既可以保障同步施工, 提高时间利用率, 又可以灵活调度工程设备, 使工程机具得到最大的发挥。
4 工程的验收与测量方法
风场接地的工程验收一般是由业主或总承包方来组织的, 由于防雷的行政管理权属于气象部门, 所以很多地方的风电场防雷接地验收都是由当地的气象局防雷中心进行验收;但也有一些地方风场是由电力勘察设计院组织接地工程的验收。从行政管辖权及验收的第三方单位来讲, 风力发电场的接地验收目前较为混乱, 只要表现为两个问题:
4.1 责权不清
风力发电场的接地项目究竟是防雷项目还是土建接地施工项目, 这一点在设计与验收时不明确, 如果属于防雷项目, 则由气象主管部门验收, 但如果不属于防雷项目则不应由气象主管部门验收, 因为在电力建设工程中也有接地工程项目。
4.2 验收的标准与测量方法
气象主管部门的接地测量一般采用德国美翠接地电阻测试仪, 或者采用要表式接地电阻测试仪 (也有用4012等电子表) 。这两种测试仪器只适合测量小型接地网络, 而对于风力发电机组的接地, 地网半径一般都大于30米, 所以从测量方法上气象主管部门所使用的测量仪器无法满足实际的测量要求;对于风力发电机组接地的测量标准应按照DL471中规定的测试方法进行测量, 所以, 应对风力发电机组的接地应划为电力接地项目。
对于电力系统的防雷与接地项目的检测验收2010年4月1日开始实施的《气象灾害防御条例》中已经明确, 电力系统的防雷与接地属于特殊行业, 其工程项目的检测验收由电力主管部门与气象主管部门共同颁发防雷检测资质, 由专业的检测单位按照电力行业的相关标准进行检测。
结束语