风力发电教学讲义

《风力发电》讲义 东北电力大学电气工程学院 2007-09-09 目 录 1第1章 风力发电概述（2学时） 11.1 前言 11.2 风力发电的现状与发展前景 11.2.1 国内风力发电的现状与趋势 31.2.2 国外风力发电的现状与趋势 41.3 风力发电原理简介 61.4 大规模风力发电联网运行面临的问题 71.5 本课程主要内容——IG-FWT / DFIG-WT 71.6 本章小结 8第2章 风电机组特性及数学模型（12学时） 82.1 风力资源特性描述（1学时） 92.2 风力机数学模型（2学时） 92.2.1 定桨距风力机特性 112.2.2 变桨距风力机特性 122.3 风力发电机数学模型（同步旋转坐标系）（7学时） 122.3.1 鼠笼式异步发电机（3学时） 132.3.2 双馈感应发电机（4学时） 192.4 金风750kW/690风电机组运行实例分析（2学时） 192.5 本章小结（1） 20第3章 双馈感应风力发电机组运行控制（11学时） 203.1 双馈感应风电机组运行分析（3学时） 203.1.1 风力机机械功率-风速特性 203.1.2 发电机组输出功率-转速特性 213.2 双馈感应风力发电机组运行控制（6） 213.2.1 概述 213.2.2 风力机运行控制 223.2.3 转子侧变流器运行控制（2学时） 243.2.4 网侧变流器运行控制（2学时） 253.3 G58-850风电机组运行实例分析（2） 253.4 本章小结 26第4章 风电机组联网运行对电力系统运行影响概述（2学时） 264.1风电机组联网运行对电能质量的影响 264.2 风电机组联网运行对电网稳定性的影响 274.3 风电机组接入电网的电压和网损算例分析 274.4 本章小结 28思 考 题 30算 例 第1章 风力发电概述（2学时） 1.1 前言 随着常规能源的减少，环境污染的加剧，可再生能源的开发利用越来越受到各国的高度重视。风能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，是可再生能源中最具有发展潜力的能源之一。发展风力发电，不仅可以节约常规能源，而且有利于环保，是改善能源结构，减少环境污染的有效途径之一，可带来直接的经济效益、社会效益和环境效益。 各工业化国家现代电力系统的特征之一是大规模接入风电机组。这一发展的共同推动力量是风电技术成功开发、政府目标、对进一步可再生能源的补贴和利用以及对降低污染和环境保护的强烈要求。 风电机组是环境友好型发电的最大来源，与其他可再生能源发电，如潮汐发电、波浪发电、光伏发电等相比，风电的效率最高，风电机组的最高效率可达50%。 现代电力系统的基础是常规发电厂，即通过常规发电厂控制电网的电压并维持发电与用电之间的平衡，故这些电力系统的安全可靠运行是基于常规发电厂的运行控制技术。 常规发电厂传统上是以同步发电机为基础。电网发生故障时，常规发电厂的励磁控制参与重建电网电压，而其频率控制则在此事件期间确保电网频率恒定。 风电机组是一种大有前途的替代技术，但在对馈入电网的运行与稳定性影响方面，人们通常还是一知半解。此外，大部分风电机组装有几种不同概念的感应发电机。风电机组越来越多地接入电网，在增加风电的同时减少了常规电厂的供电量及其份额。与这一过程对应的是从人们熟知且成熟的基于常规电厂的电网运行技术向人们一知半解的风电技术转移。因此，这会产生一些有关如何保持电网运行稳定和稳定性研究中如何表示风电机组的问题。 问题：风电所占份额的增加，常规电厂所占份额将下降，则基于常规电厂的电网运行控制能力将逐渐弱化，从而会给所接入电力系统安全经济运行造成不利影响。 稳定性问题——安全性问题 经济性问题——运行调度问题 规划问题 主要内容： 随着风电数量的增加和常规发电厂为支持风电而减少的发电量，风电机组建模就成为与电力系统稳定性研究关系密切的问题了。多数风电机组都装有不同概念的感应发电机，因此，掌握基于这些感应发电机的风电机组工作原理、工作特性非常重要。 现代风电机组是复杂的机电系统。电网故障会激发风电机组和电网之间的相互作用，因此，掌握与此相关的风电机组的机械结构（风轮空气动力学的基础知识、转轴的表示方法和电力系统稳定性研究中风电机组建模的叶片角控制）及其特性非常重要。——对研究风电机组运行特性很重要。 定速风电机组运行原理——建模，3阶模型/5阶模型 1.2 风力发电的现状与发展前景 1.2.1 国内风力发电的现状与趋势 资源总量及分布状况 图1.1 中国风能资源分布情况 根据初步测定结论，我国陆地风能的实际可开发总量大约是2.53亿千瓦。根据资源、土地、交通和电网条件确定近期具备开发条件的风电场址约有50个，分布在全国16个省(市，自治区)，其中新疆达坂城、内蒙古辉腾锡勒、河北张北、吉林通榆.和广东南澳等场址均具备装机100兆瓦的条件。 目前国内风电装机情况 到2006年底，全国已建成约80个风电场，装机总容量达到约230万千瓦，比2005年新增装机100多万千瓦，增长率超过80%。[1] “八五”及“九五”初期，风电场平均综合造价约为10000元/千瓦。到“九五”末期，风电场平均综合造价降到8500元/千瓦，约降低15%。同时上网电价也有了一定的下降。目前的电价水平约为0.60－0.70元/千瓦时。 风电上网电价一览表(含税价) 序号     风电场名称      上网电价（元/kWh） 1      浙江苍南风电场       1.2 2      河北张北风电场       0.984 3      辽宁东岗风电场       0.9154 4      辽宁大连横山风电场   0.9 5      吉林通榆风电场       0.9 6      黑龙江木兰风电场     0.85 7      上海崇明南汇风电场   0.773 8      广东汕尾红海湾风电场 0.743 9      广东南澳风电场       0.74 10     甘肃玉门风电场       0.73 11     海南东方风电场       0.65 12     广东惠来海湾石风电场 0.65 13     内蒙古锡林浩特风电场 0.64786 14     广东南澳振能风电场   0.62 15     内蒙古朱日和风电场   0.6094 16     内蒙古辉腾锡勒风电场 0.609 17     内蒙古商都风电场     0.609 18     新疆达坂城风电场一厂 0.533 19     新疆达坂城风电场二厂 0.533 20     福建东山澳仔山风电场 0.46         特许权招标项目中标价： 一 广东石碑山（粤电公司）    0.501 二 江苏如东一期（华睿公司）  0.436 三 江苏如东二期（龙源）      0.519 四 吉林通榆（龙源,华能）     0.509～0.5096 五 内蒙辉腾锡勒（北京国际电力新能源）  0.382 广东省物价局粤价[2004]110号文定价(对广东新投产项目)： 0.528元（未含配套送出工程还本付息及其运行费用） 风电人才情况 目前，我国从事风电的技术骨干大多数是从其他行业转过来的，他们普遍缺少风电方面的专业培训和技术学习。具备创新、国际交往能力的复合型风电人才和优秀的风电设计师尤为短缺。据华北电力大学博士生导师徐大平介绍，到2020年我国将需要几十万人从事风电产业，其中包括好几万专业人员。我国风电专业人才缺口巨大，人才培养任务极其艰巨。[2] 1.2.2 国外风力发电的现状与趋势 近几年来，风力发电的发展不断超越其预期的发展速度。过去5年中全球风电累计装机容量的平均增长率，一直保持在33％，而每年新增风电装机容量的增长率则更高，平均为35.7％。 最近，欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量的12％的蓝图》的报告，期望并预测2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿千瓦（注：这是2002年世界风电装机容量的38.4倍），年安装量达到1.5亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12％”。“风力12％”的蓝图展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可或缺的重要力量。风力发电不再是一种可有可无的补充能源，已经成为最具有商业化发展前景的成熟技术和新兴产业，有可能成为世界未来最重要的替代能源 全球风能协会（GWEC）在其报告中公布，2006年全球风电机组新安装量为15,197MW，累计安装总量达74,223MW。上述统计涉及全球逾70多个国家和地区，在所有国家中机组安装总量最高的依次是德国（20,621MW）、西班牙（11,615MW）、美国（11,603MW）、印度（6,270MW）和丹麦（3,3136MW）。目前，全球已有13个国家迈入安机量超1GW（即1000MW）的队伍之中，而上年仅11个国家。新加入的两个国家分别是法国和加拿大。 图1.2 2006年风电机组累计安装量排名 图1.3 2006年新增风电机组排名 1.3 风力发电原理简介 风力发电机组主要包括风力机和发电机两大主要部件。风力发电发展过程中，曾经出现过多种风电机组，按转轴区分有水平轴风电机组和垂直轴风电机组，按叶片数量区分有单叶片、两叶片和多叶片风电机组，按叶片与风向的关系区分有上风向(叶片迎着风向)和下风向(叶片顺着风向)风电机组，按叶片控制方式区分有定桨距和变桨距风电机组，按转速变化情况区分有固定转速和变速风电机组，按照风电机组定子侧频率区分有恒频和变频风电机组，按采用的发电机区分有鼠笼式异步发电机、同步发电机、双馈感应异步发电机和永磁风电机组等。 定桨距风力机是将叶片固定在轮毂上，通过叶片失速控制最大功率。这种技术是典型的丹麦风力机组的技术核心。 变桨距风力机是通过叶片沿其纵向轴心转动来调节功率。 从当今世界风力机发展技术来看，容量小于750kW的风电机组采用定桨距或变桨距技术差别不大，容量大于750kW的风电机组大部分采用变桨距技术。 恒速恒频风力发电技术（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）、变速恒频风力发电技术（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF） 恒速恒频风力发电系统的风力机转速不变，由于风速经常变化，所以恒速恒频风力发电系统的风能利用效率比较低，常用于小型的风力发电系统。 变速恒频风力发电系统的发电机转速可以跟踪风速的变化，由于转速发生变化必然导致发电机频率的变化，必须采用适当的控制手段(AC—DC—AC或AC—AC变频器)来保证与电网同频率后并入电网。目前世界绝大多数大容量的风电机组采用了这种技术。 根据风力机与发电机组的不同组合，有很多种风力发电方式。但是，目前主要有定桨距鼠笼式风力发电系统、变桨距双馈感应风力发电系统、变桨距永磁同步风力发电系统等三种主流风力发电方式，其系统结构如图1.4所示。 （a）定桨距鼠笼式异步风力发电系统 （b）变桨距双馈感应风力发电系统 （c）变桨距永磁同步风力发电系统 图1.4 目前常见的风力发电系统结构 1.4 大规模风力发电联网运行面临的问题 受诸多自然条件因素的影响，风能具有随机变化性，因此决定了风电机组的输出功率具有间歇性，不完全可控。随着风力发电技术的不断进步，单台风电机组容量越来越大。目前，世界上主流风电机组额定容量一般为1～2.5MW，单台风电机组的最大额定容量己经可以达到5MW，因此风电场也能够比以往具有更大的装机容量。随着风电装机容量在各个国家电网中所占的比例越来越高，对电网的影响范围从局部逐渐扩大。 目前，从全世界的范围来看，风电接入电网出现了与以往不同的特点，表现为: （1）单个风力发电场容量增大，目前，国内已经有多个规划中容量高于10万kW的风电场，在未来数年中，甚至可能出现100万kW的大型风电基地。 （2）风电场接入电网的电压等级更高，由以往接入配电网而发展为直接接入输电网络。增加的风电接入容量与接入更高的电压等级使得电网受风电的影响范围更广; （3）由于风电机组往往采用不同于常规同步发电机的异步发电机技术，其静态特性及电网发生故障时的暂态特性与传统同步电机也有很大不同。 无论风电场装机容量大小、采用何种风电机组技术，风电接入会对电网的安全经济运行带来诸多不利影响。例如，而在风电穿透功率较大的电网中，风电接入除了会产生电压稳定问题外，由于改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量，因此风电接入后电网电压稳定性、暂态稳定性及频率稳定性都会发生变化。 另外，大量风电的接入势必替代电网中部分同步机，这部分同步机组的调频调压能力必须由其他同步机组或者是风电机组来承担，因此，国外越来越多的电网公司对于接入电网的大型风电场也提出更高的要求:例如有功功率控制能力、无功电压调整能力及风电机组的故障穿越能力(FRT: Fault Ride Through)。目前，欧洲各国及美国的风电并网导则都有类似的要求。从这个观点来看，对于以后越来越大型化的风电场，已经开始具备了发电厂的特性:而由于变速风力发电机组技术的进步及电力电子变频器在风力发电中的应用，其电压调整能力甚至是部分的调频能力已经逐步可以在风电机组中实现。 在风电场建设与接入电网之前，进行必要的包含风电场的电力系统分析计算，研究规划风电场与电力系统之间的相互影响、及风电接入后系统运行的稳定性变化情况，无论是对于风电场业主还是电网部门而言，都是非常必要的;一方面有助于发现风电场并网后电力系统中可能出现的问题、明确风电场接入对于系统稳定性的影响;另一方面，通过必要的控制措施增强风电场并网后电网的安全性与稳定性，同时也能最大限度的保证风电场的并网发电，保障风电场业主投资的回收与利益。[3] 1.5 本课程主要内容——IG-FWT / DFIG-WT 1.6 本章小结 附录：电力系统稳定性 电力系统稳定分为三个电量的稳定：电压稳定、频率稳定、功角稳定。  励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其次是提高功角稳定。 频率稳定由调速器负责。 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定  静态稳定是系统受到小扰动后系统的稳定性； 暂态稳定是大扰动后系统在随后的1－2个周波的稳定性； 动态稳定是小扰动后或者是大扰动1－2周波后的，并且采取技术措施后的稳定性，也就是PSS研究的稳定性。 电力系统暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的扰动后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或恢复到原来的状态；这里的大扰动如短路故障、突然断线或发电机突然甩负荷等，与故障前系统运行状态、故障类型等因素都有关； 第2章 风电机组特性及数学模型（12学时） 2.1 风力资源特性描述（2学时） 2.1.1 风的产生与特性 1．风的产生——风是由于空气流动而产生的 风是怎样产生的？风的能量来自何方？ 根据气象学家的解释，风是由于空气流动而产生的。地球表面被厚厚一层称为大气层的空气所包围，由于太阳辐射与地球的自转、公转，以及河流、海洋、山岳及沙漠等地表的差异，地面各处受热不均匀，造成了各地区热传播的显著差别，大气的温差发生变化，加之空气中水蒸气的含量不同，在水平方向的空气流动就构成了风。大气流动的最终结果是要使全球各地的热能分布均匀，于是赤道暖空气向两极移动，两极冷空气向赤道移动。 2．风的特性——随机性 空气不规则的运动称为“紊流”，垂直方向的运动叫做“对流”，风特别强调相对于地面水平方向的运动。 风速随高度的增加而变化。风速还随季节变化而变化。 2.1.2 风的能量与测量 风能的特性参数：风能、风能密度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。 1．风能——空气运动产生的动能称为“风能” 气流的动能为： E=mV2/2=ρSV3/2 （J/s=W） 式中：m是气体的质量（kg）；V为气体的速度(m/s)；ρ为空气质量（kg/m3）；S为单位时间内气流通过的截面积(m2)，L=VS为单位时间内气流通过截面积S时的体积（m3）。 2．风能密度——单位时间内通过单位面积的风能 风能密度是估计风能潜力大小的一个重要指标，其定义为单位时间内通过单位面积的风能： W=E/S=ρV3/2 （W/m2） 由此可知，风能密度与空气密度和风速有关。在海拔高度500m以下时，空气密度可取为ρ=1.225kg/m3。 问题：海拔越高，空气密度越大还是越小？（越小，ρh=1.225h-0.00012）(kg/m3) 3．有效风能密度 实际上，风能不可能全部被转换为机械能，也就是说，风力机不能获得全部理论上的能量，它受到各种因素的制约。 当风速由0逐渐增加到某一风速Vin（切入风速）时，风力机才开始提供功率。然后，风速继续增加，达到某一确定值VN（额定风速）时，在该风速作用下风力机提供额定功率或正常功率。风速超过额定风速时，利用调节系统，输出功率保持常数（=额定值）。如果风速继续再增加到某一值VM（切断风速或切出风速）时，出于安全考虑，风力机应停止运转。 世界各国根据各自的风能资源情况和风力机的运行经验，制定了不同的有效风速范围及不同的风力机切入风速、额定风速和切断（出）风速。中国有效风能密度所对应的风速范围是3～25m/s。 有效风能密度曲线——风速、风速持续时间关系曲线（略） 4．风速与风级 风速是空气在单位时间内移动的距离，国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 单位是m/s。 由于风速经常变化，每一瞬时的风速都不相同，所以通常所说的风速是指在一段时间内的平均值，即平均风速，如日平均风速、月平均风速或年平均风速等。 风速取值方法不同会引起风能计算的很大误差。我国现行的风速观测有定时4次2min平均风速和1日24次自动记录10min平均风速两种。 5．风向与风频 风是具有大小和方向的矢量，通常把风吹来的地平方向定位风的方向，即风向。如空气由东向西流动叫东风。在陆地上一般用16个方位来表示不同的风向。 风频是指风向的频率，即在一定时间内某风向出现的次数占各风向出现总次数的百分比。 某风向频率（风频）=某风向出现的次数/风向的总观测次数×100％ 在实际的风能利用中，总是希望某一风向的频率尽可能大些，尤其是不希望在较短时间内出现风向频繁变化的情况。 风速频率＝内某风速时数/各风速出现总时数×100％ 如风力机安装地点的风速频率已知，又已知该风力机的功率曲线，就可以算出该风力机每年的发电量。 风速变化的幅度——风速的变幅。 在风能利用中，特别是对于风力发电，要选择风频和风速变化比较稳定的地点。 6．风的测量（专门的程序要求） 风的测量是了解风的特性和风力资源的基础。进行风的测量的主要目的是正确估计某地点可利用风能的大小，为装备风力机提供风能数据。 风的测量包括风向测量和风速测量。估算风能资源必须测量每日、每年的风速、风向，了解其变化规律。 风速大小与风速计安装高度和观测时间有关。世界各国基本都以10m高度处观测为基准，但取多长时间的平均风速不统一。 作为计算风能资源基本依据的每小时风速值的测量方法不统一，以下3种为主要的平均风速测量方法： 1）将每小时内测量的风速值取平均值； 2）将每小时最后10min内测量的风速值取平均值； 3）在每小时内选几个瞬时测量风速值再取其平均值。 一般而言，只有年平均风速超过6m/s的地区才适合建风电场。 风能年可利用小时数大于2000h的地区为风能可利用区。 2.1.3 风力资源 广义而言，风能也是太阳能的一部分。太阳能以辐射短波的形式以17×1012kW的辐照度不间断地发射到地球上来。其中半数以上的辐射能因云层反射作用而损耗。据理论计算，全球大气中总的风能约1014MW，其中蕴藏可被开发利用的风能约有3.5*109MW，这比世界上可利用的水能大10倍。 世界风力资源分布 地球表面积（107*106km2）有27％的地区年平均风速高于5m/s（距地面10m高）。如将这些地方用作风力发电场，则每km2的风力发电能力最大值可达8MW，总装机容量可达24×1013W。据分析，实际陆地面积中风力大于5m/s的地区，仅有4%有可能安装风力发电机组。据研究初步估计，按目前的技术水平，可认为每km2的风能发电量为0.33MW，平均每年发电量为2*106kWh的可用资源较为合理。 中国风力资源分布 中国风能资源十分丰富，全国风能储量约4.8*109MW，可开发利用的风能资源总量约2.53亿kW。 在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带及岛屿。中国一般用有效风能密度和年累计有效风速小时数两个指标来表示风能资源的潜力和特征。 表2.1 中国风能分区及其占全国面积的百分比 指 标 丰富区 较丰富区 可利用区 贫乏区 年有效风能密度(W/m2) >200 200~150 150~50 <50 风速3m/s的年累计小时数(h)≥ >5000 5000~4000 4000~2000 <2000 风速6m/s的年累计小时数(h)≥ >2200 2200~1500 1500~350 <350 占全国面积的百分比(%) 8 18 50 24 注：摘自《中国科学技术蓝皮书》，科学技术文献出版社，1990 1）风能最佳区 东南沿海、山东半岛、辽东半岛以及海上岛屿： 有效风能密度在200W以上； 大于或等于3m/s的风速的时间，全年有6000h～8000h； 大于或等于6m/s风速的时间，也有3500h。 内蒙古、甘肃北部： 有效风能密度在200W； 大于或等于3m/s的风速的时间，全年有6000h以上； 大于或等于6m/s风速的时间，也有2200～2500h。 黑龙江南部、吉林北部： 有效风能密度在200W以上； 大于或等于3m/s的风速的时间，全年有5000～6600h以上； 大于或等于6m/s风速的时间，也有2000h左右。 2）风能较佳区 3）风能可利用区 4）风能贫乏区 2.2 风力机数学模型（2学时） 2.2.1 风能转换原理概述 风速为V0时，风力机所捕获的能量为： （2－1） 式中：Pw为风能；(为空气密度；A1=(R2为风力机叶片扫过面积（R为叶轮半径）；Cp为风能捕获系数，是表征风力机捕获风能大小的一个量，与风力机的转速(()、风力机的桨距角(()等因素有关，其理论最大极限值为0.59。 2.2.2 风力机的特征系数 1．风能利用系数Cp Cp其物理含义为：风力机的风轮能够从自然风能中吸取的能量与风轮扫过面积内未扰动气流所具风能的百分比。 Cp=Pm / (0.5*ρSVw3) 理想风力机的最大风能利用系数Cpmax =0.593，Cp值越大，表示风力机的风能转换效率越高，主要取决于风轮叶片的气动特性、结构设计和制造工艺水平。Cp=0.45-0.15 2．叶尖速比( 为了表示风轮运行速度的快慢，常用叶片的叶尖圆周速度与来流风速之比来描述。 (=(R/Vw 式中：(为风轮旋转角速度（rad/s），R为风轮叶尖半径，V为风速。对于给定风速Vw，当桨距角(为最大受风角度（通过定义为0o）时，当风力机转速为某一特定值时，Cp有一极大值，该风力机转速即为最佳叶尖速((opt)，叶尖速比(定义为： （2－2） 3．装置总效率 风力发电装置的总效率，除了要考虑风力机本身的转换效率外，还需考虑风力机的其他损失，如传动机构损失、发电机损失等。以典型风力发电装置为例，若取风力机效率为70%，传动效率和发电机效率为80%，因理想风力机的风能利用系数是59.3%，所以装置的风能利用系数为： Cp=0.593*0.7*0.8=0.332 问题：Vw=12m/s，风力机半径=1m时，风力发电机输出功率是多大？（0.664*1728W=1147W）；风力机半径=5m时，风力机发出的功率又是多大？（28684.8W）（R=29m时，Pm=964427W） 4．工作风速与功率的关系 风力机的实际输出功率受到一些条件的限制。风力机启动时，需要一定的最低扭矩，风力机的启动扭矩必须大于这一最低扭矩，而启动扭矩主要与风速有关（叶轮安装角），因此风力机有一最低工作风速。 当风速超过技术上规定的最高值时，基于安全方面的考虑（主要是塔架安全和风轮强度），风力机应立即停车，所以每一风力机都有规定最高风速。风力机达到标称功率输出时的风速称为额定风速。 如果提高风力机工作风速，在转速变化的情况下，功率按速度的立方增加，但受发电机额定功率的限制，风力机输出功率不可增加太多。所以，风力机就不可能在任何风速下都以最佳的功率系数和叶尖速比工作。在固定的转速下，Cp值与(无关，只与风速Vw有关。 风力机的额定工作风速直接影响风力机的年输出能量，应根据风力机安装位置处的年平均可利用风速合理确定额定工作风速，以达到最佳的能量生成。 2.2.1 定桨距风力机特性 定桨距失速控制 风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性，称为定浆距风力发电机组。这种机组的输出功率随风速的变化而变化，从Cp的关系看，难以保证在额定风速之前Cp最大，特别是在低风速段。这种机组通常设计有两个不同功率，不同极对数的异步发电机。大功率高转速的发电机工作于高风速区，小功率低转速的发电机工作于低风速区，由此来调整(，追求最佳Cp。当风速超过额定风速时，通过叶片的失速特性或叶片偏航控制来降低Cp，从而维持风力机捕获功率恒定。实际上难以做到功率恒定，通常有些下降,如图2.1所示。 图2.1 风力机组功率特性曲线 在定桨距情况下，叶尖速比λ决定着风能利用系数Cp的大小。对于一个特定的风力机，具有唯一一个使得Cp最大的叶尖速比，称之为最佳叶尖速比，用λopt表示，对应的Cp为最大风能利用系数，用Cpmax表示。从图2.2可以看出，当叶尖速比λ大于或小于最佳叶尖速比λopt时，风能利用系数Cp都会偏离最大风能利用系数Cpmax，引起机组效率的下降。 图2.2 定桨距风力机性能曲线 定浆距风力机的特点可总结如下:（见图2.3） (1)在某一固定的转速下，风速越大，风提供的输入功率越大，风力机输出的机械功率也越大； (2)在某一固定的风速下，风力机在某一转速时可以输出最大的功率，转速较小或较大时风轮机输出功率都会降低，该点与图2. 2中λ=λopt、Cp=Cpmax点相对应，此时的转速称为最佳转速； (3)风力机最佳转速是相对于某一确定的风速来说的，随着风速的增加，风力机最佳转速也增加。 图2.3 定浆距风力机功率－转速特性 2.2.2 变桨距风力机特性 （a）风力机Cp与(、(的关系曲线 （b）风力机的风能捕获效率与其转速关系曲线 图2.4 变浆距风力机的功率调节特性 图2.4为变桨距风力机的功率调节特性曲线，由图(a)可知，当叶尖速比(恒定时，随着桨距角(的增加（越来越偏离受风方向），风力机的风能捕获效率Cp逐渐下降；由图(b)可知，桨距角不变时，当风力机运行于最佳叶尖速时所捕获的风能最大，图中Popt是各风速下风力机的最大输出功率点的连线，即最佳功率曲线。 因此，风力机的捕获功率Pm与风速Vw、风力机转速(、桨距角(等有关，即风力机输出功率可表示为下面的函数式： (2-4) 因此，在风力机不过载的前提下，为了使风力机捕获功率最大，需要使风力机运行于最佳叶尖速、桨距角调整到最大受风角度（一般定义为0o）。 作为变速风力发电机组，一个最重要的目标是追求最大限度将风能转变为电能，以提高机组的运行效率。因此变速风力发电机组分为三个不同的区域来运行： 图2.5 变速恒频风力发电机组的运行区域 (1) Cp恒定区 当风速达到起动风速后，风轮转速由零增大到发电机可以切入的转速，风力发电机组开始作发电运行，通过对发电机的转速进行控制，Cp不断上升，直至Cp＝Cpmax进入Cp恒定区，这时机组在最佳状态下运行。这段区域主要是调节发电机阻力矩(有功功率给定值)使转速随着风速而变化，使λ=λopt，实现最大风能捕获，后面要详述这一过程的控制。 (2)转速恒定区 随着风速的增大，机组的转速也在增大，最终达到机组允许的最大转速。维持这一转速不变，随着风速的增大，Cp值减小，机组的功率在增大。 (3)功率恒定区 随着功率的增大，发电机和变流器最终达到功率极限。随着风速的增大，发电机的转速必须降低，使Cp值迅速降低，从而维持该功率不变。 后面的这两个运行区域主要靠伺服系统控制的桨距调节系统起作用。在追踪最大风能运行的Cp恒定区，要通过风力机与发电机的配合，使机组在不同的风速时运行在不同的转速下，保持Cp＝Cpmax不变，最大限度地捕获风能。 比较来看，定浆距失速控制风力机整机机构简单，部件少，造价低，并具有较高的安全系数，利于市场竞争。但失速型叶片本身结构复杂，成型工艺难度也较大。随着功率增大，叶片加长，所承受的气动推力增大，叶片的失速动态特性不易控制，使制造更大机组受到限制。变浆距型风力机能使叶片的安装角随风速而变化，风力机能够在各种工况下(起动、正常运转、停机)均可以按最佳参数运行，风能利用率较高，它可以使发电机在额定风速以下的工作区段有较高的发电量，而在额定风速以上高风速区段不超载，不需要过载能力大的发电机等等。当然它的缺点是需要有一套比较复杂的变距调节结构。[4] 2.3 风力发电机数学模型（同步旋转坐标系）（7学时） 2.3.1 鼠笼式异步发电机（3学时） 图2.6 定桨距鼠笼式异步风力发电系统 图2.7 异步电机等值电路 2.3.2 双馈感应发电机（4学时） 双馈感应风力发电机组主要包括风力机、双馈感应发电机和四象限变流器等部件，图2.8是其等效原理图 图2.8 双馈感应风力发电机组原理示意图 双馈感应发电机变速恒频运行原理 双馈感应式发电机（DFIG）定子、转子均有abc三相绕组，三相绕组顺着电机旋转方向在空间依次相差120o电角度分布。 在分析电机运行时，假设定、转子磁路对称；气隙磁场在空间上按正弦规律分布（见图2.11）；忽略电机磁路饱和及铁心磁滞、涡流的影响；认为定转子磁路的磁导率均为常数，不计温度和频率变化对电机参数的影响。 定子绕组电压极性及其电流正方向采用发电机惯例，并规定负值定子电流产生正值磁链，且磁链正方向为绕组轴线方向；转子绕组电压极性及其电流正方向采用电动机惯例，并且规定正值转子电流产生正值磁链，磁链方向为转子绕组轴线方向。基于上述规定可以得到如式(2.1)-(2.3)所示的同步旋转坐标下的双馈感应电机方程。 图2.11 双馈感应发电机定、转子绕组空间布置示意图 本文对正方向做如下规定：定子侧采用发电机惯例，转子侧采用电动机惯例；定子正值电流产生负值磁链，转子正值电流产生正值磁链，各磁链正方向分别为相应绕组轴线正方向。 采用恒功率派克变换，则两相同步旋转坐标系（d轴与定子合成磁场矢量重合，落后q轴90度）下的双馈感应发电机组的定转子电压方程、磁链方程和转子运动方程分别为： （1）双馈感应发电机组的电压方程 (2-1) 式中：Usd、Usq、Urd、Urq—分别为定、转子电压的d、q轴分量； Isd、Isq、Ird、Irq—分别为定、转子电流的d、q轴分量； Ls、Lr、Lm—分别为定、转子的自感及互感； Rs、Rr—分别为定、转子的电阻； (1、(s—分别为双馈感应发电机组的同步角速度和转差角速度； (sd、(sq、(rd、(rq—分别为定、转子磁链的d、q轴分量。 （2）双馈感应发电机组的磁链方程 (2-2) （3）双馈感应发电机组的转子运动方程 (2-3) 式中： 为电磁转矩； Tm=Np×Pm/(r为机械转矩； Tj、Np—分别为发电机组的转动惯量和转子极对数。 发电机定侧输出功率和转子侧吸收功率分别为： (2-4) 由上述分析可知，双馈感应发电机组的动态特性可由电压方程和转子机械运动方程予以描述，共为5阶模型。 双馈感应发电机组的三阶模型 忽略定子绕组电磁暂态过程和四象限变流器的暂态过程，即定子电压和四象限变流器方程均用代数方程表示，只计及转子回路电磁暂态过程时，则双馈感应发电机组模型变为由三阶微分方程和7个代数方程构成的联立方程组，即： (2-5) 式中： ， 定子电压方程： (2-6) 图2.9 双馈感应发电机变速恒频运行原理 图2.9中f1、f2分别为DFIG定、转子电流的频率，n1为定子磁场的转速，即同步转速，n2为转子磁场相对于转子的转速，nr为DFIG转子的电转速。由电机学的知识可知，DFIG稳定运行时，定、转子旋转磁场相对静止，即 n1=n2+nr 因f1=n1/60及f2=n2/60，故有 nr/60+f2=f1 从上式可知，当发电机转速nr变化时，可通过调节转子励磁电流频率f2保持定子输出电能频率f1恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机亚同步运行时，f2>0，转子绕组相序与定子相同；当发电机超同步运行时，f2< 0，转子绕组相序与定子相反;当发电机同步速运行时，f2 = 0，转子进行直流励磁。 双馈感应发电机的数学模型 图2.10 双馈电机等值电路(折算到定子侧后的等值电路) 转子回路四象限变流器的数学模型 图2.12为转子回路四象限变流器的等效原理图，转子侧变流器和网侧变流器通过直流电容相连，其中转子侧变流器为双馈感应发电机提供交流激磁，输出幅值、相位、频率可变的励磁电压，实现DFIG的调速控制；网侧变流器与电网进行有功功率交换。 图2.12 四象限变流器主电路模型 图中：Esa、Esb、Esc—分别为系统侧三相电压； Ein.a、Ein.b、Ein.c—分别为系统侧变流器输出三相电压； Ura、Urb、Urc—分别为发电机转子三相内电势； Ua、Ub、Uc—分别为转子侧变流器输出三相电压； R、L—分别为网侧变流器与系统连线电阻和电感； R2、L2—分别为转子侧变流器与转子内电势之间的等值电阻和电感。 根据图2.12所示电压、电流正方向，abc自然坐标系下的四象限变流器的状态方程为： (2-8) (2-9) (2-10) 式中：Ein.x、Urx分别为网侧、转子侧变流器的输出相电压（x=a,b,c）。 忽略开关动态过程，Ex、Vrx的基波分量与参考波之间有如下关系： Ein.x=m1*sin((1t+(x)*Udc/2 Urx=m2*sin((st+(x)*Udc/2 (2-11) 其中：(x、(x分别为两变流器输出电压相对于各自交流系统电压的参考相位；(1、(s分别为网侧交流系统基波角频率和转子回路交流系统基波频率； m1、m2分别为网侧和转子侧变流器的调制比。 令变换矩阵T为： (2-12) 对上述状态方程进行Park变换，可得同步旋转坐标系（dq坐标系）下的四象限变流器方程为： (2-13) (2-14) (2-15) 由上述分析可知，双馈感应发电机组四象限变流器的动态特性可由电网侧、转子侧以及直流侧电容的电压方程予以描述，共为5阶模型。 若忽略风力机的动态过程，双馈感应风力发电机组数学模型为8阶模型。 四象限变流器稳态数学模型： (2-7) (2-8) (2-9) 式中： 为定子绕组暂态电感。 Ein.d=md1×Udc/2，Ein.q=mq1×Udc/2；Urd=md2×Udc/2，Urq=mq2×Udc/2； m1=sqrt(md1×md1+mq1×mq1)(<=1)，m2=sqrt(md2×md2+mq2×mq2)(<=1)； 2.4 金风750kW/690风电机组运行实例分析（2学时） 金风750风机配套电容器参数 MKK690-D-25-11 CN=3*55.7μF ±5% UN=690V QN/50Hz=25kvar AMC10KV -40℃~55℃ 金风750风力发电机阻抗参数 定子电阻Rs=0.0103欧姆 转子电阻Rr=0.0221欧姆 定子电抗Xs=0.19欧姆； 转子电抗Xr=0.21欧姆 励磁电阻Rm=273.3欧姆 励磁电抗Xm=8.4欧姆 Pin=782kW，线电压U=690V，并联电容器容量Qc=225kVar/690V 出口变压器：690V/10.0kV 序号 描 述 单位 规 格 1 机组     1.1 制造商   新疆金风科技股份有限公司 1.2 型号   金风S48/750 1.3 额定功率 kW 750 1.4 叶轮直径 M 48.4 1.5 切入风速 m/s 4.0 1.6 额定风速 m/s 15 1.7 切出风速（10分钟均值） m/s 25 1.8 切出极限风速(5秒均值) m/s 30 1.9 抗最大风速（5秒均值） m/s 65.1(GL)/70(IEC61400-1) 1.10 设计使用寿命 年 20 1.11 设备可利用率   ≥95% 1.12 安装同类型机组数量（中国） 台 2 2 叶片     2.1 产品型号   HT/FD48-750 2.2 叶片材料   玻璃纤维增强树酯 2.3 叶片数量 个 3 2.4 叶轮转速 Rpm 22.3 2.5 叶尖线速度 m/s 56 3 齿轮箱     3.1 型号   FL750-ZP 3.2 传动级数   2级，一级行星，一级斜齿传动 3.3 齿轮箱传动比   67.9 3.4 额定功率 kW 825 3.5 额定扭矩（输入） KN.m 350 3.6 润滑油型号   Mobil SHC XMP 320 3.7 润滑形式   压力强制润滑 4 发电机     4.1 型号   YJ50A 4.2 额定功率 kW 750 4.3 额定电压 V 690 4.4 额定电流 A 690 4.5 额定转速 Rpm 1520 4.6 额定滑差   1.33% 4.7 功率因数（cosφ） 1/4P ＞0.71 1/2P ＞0.86 3/4P ＞0.91 P ＞0.91 4.8 绝缘等级   F 4.9 防护等级   IP54 5 补偿电容     5.1 额定容量 kVAr 175 5.2 组数   4 6 主轴     6.1 型号   JF750.28.000 7 主轴承     7.1 制造厂家/型号   SKF/  24084 CA/W33 8 制动系统     8.1 主制动系统   3个叶尖气动刹车 8.2 第二制动系统   高速轴2个机械刹车闸 9 偏航系统     9.1 类型/设计   电机驱动/四级行星减速 9.2 控制   主动对风/计算机控制 9.3 偏航控制速度 度/秒 0.68 9.4 风速仪型号   4.3518.00.000 9.5 风向标型号   4.3128.00.000 10 液压装置     10.1 型号   WEA750 11 控制系统     11.1 计算机柜型号   可编程控制器（西门子S7－300） 11.1.1 软件控制界面   WP3000 11.2 主开关柜     11.2.1 断路器型号   S6N800　PR211-LI　R800　3P　PF 11.2.2 额定电压 V 690 11.2.3 额定频率 Hz 50 11.2.4 软并网装置/类型   TT430N/22 11.2.5 主/旁路接触器   AF750-30-11 230V 12 防雷保护     12.1 防雷设计标准   EDIN VDE0127/IEC61400-24/GL 12.2 A级防雷 防雷措施：B级防雷 C级防雷   叶尖避雷器，机舱避雷针，电器元件防雷, FLT　PLUS　CTRL－1.5/I VAL-MS 500 12.3 机组接地电阻值 Ω ≤4 13 重量     13.1 机舱（不包括叶轮） 吨 22 13.2 发电机 吨 4.4 13.3 齿轮箱 吨 5.9 13.4 主轴 吨 2.05 13.5 叶片 吨 3.1 13.6 叶轮 吨 13.8 13.7 塔架 吨 52.4（47.28米，包括基础环） 14 塔架     14.1 类型   钢制锥筒（内设爬梯及防跌落保护） 14.2 高度 米 47.28(轮毂中心高度为50) 14.3 表面防腐   表面喷漆(外表面≥240μm，内表面≥170μm） 15 基础   按机位的地质勘测报告提供设计 2.5 本章小结 第3章 双馈感应风力发电机组运行控制（11学时） 3.1 双馈感应风电机组运行分析（3学时） 3.1.1 风力机机械功率-风速特性 风力机是风力发电系统的原动机，通过捕捉风的动能来驱动发电机旋转发电，其输出功率Pm与风速Vw、风力机转速(和桨距角(之间的关系可表示为： (3－1) 通常，根据风力机出厂时给定的静态风速—功率特性曲线，由风速、风力机转速通过查表来确定风力机的输出功率。 图3.1 风力机机械功率(Pm)-风速(V)特性曲线 3.1.2 发电机组输出功率-转速特性 图3.2 风电机组输出电功率(Pe)-转速(ωr)特性曲线 3.2 双馈感应风力发电机组运行控制（6） 3.2.1 概述 双馈感应风电机组的联网运行控制目标为：1）低于额定风速时为实现最大风能捕获的电机转速控制；2）高于额定风速时为维持风电机组输出功率不超出其额定值的恒定输出功率控制；3）风电机组与电网之间的无功功率交换控制。 目标1）、3）是通过双馈感应发电机励磁调速控制来实现；目标2）是通过风力机桨距角控制来实现,两者协调运行。 图3.3 双馈感应风电机组的原理结构框图 3.2.2 风力机运行控制 图3.4是风力机功率-风速-转速静态特性示意曲线，由图可知，变桨距风力机运行于以下四种模式： 1）低风速时的恒定最低转速ωr。min控制（A-B）； 2）中风速时实现最优风能捕获的最佳叶尖速控制（B- C）； 3）额定风速以下时的恒额定转速ωr。nom运行控制（C-D）； 4）额定风速以上时的恒定功率控制（D-E）。 （a）风力机机械功率(Pm)-风速(V)特性曲线 （b）风电机组输出电功率(Pe)-转速(ωr)特性曲线 图3.4 风力发电机组静态特性曲线 3.2.3 转子侧变流器运行控制（2学时） DFIG的交流励磁调速控制是通过转子侧变流器产生合适的变频电源来实现的。 由DFIG数学模型可知，忽略定子绕组电阻，实现定子磁场定向（(sd=(s，(sq=0）时，发电机组定子输出有功功率、无功功率和电磁力矩分别为： （3－2） （3－3） 由此可知，通过控制转子电流的交、直轴分量Irq、Ird，可实现风电机组的励磁调速控制。风电机组按恒定功率因数cos(=1运行时，则励磁电流参考值为Ird.ref=Usq/(Lm*(1)。 而转子电流控制是通过转子侧变流器输出电压控制来间接实现的。采用定子磁场定向，可得正常运行时的转子电压控制模型为： （3－3） 即d、q轴电流分量除受控制量Urd、Urq的影响外，还受电流交叉耦合项(sLr’irq、(sLr’ird和定子电压等影响。为解除d、q轴间电流耦合和电网电压扰动，采用反馈线性化控制，由式（3－1）－（3－2）确定d、q轴电流参考值后，即可根据式（3－3）得到如图3.5所示的转子电压d、q轴分量控制律，实现双馈感应发电机组的励磁调速控制。 （a）上层调速控制：力矩电流分量参考值的确定 （b）底层控制：转子侧变流器输出电压控制 图3.5 双馈感应发电机组的励磁调速控制框图 3.2.4 网侧变流器运行控制（2学时） 网侧变流器与转子侧变流器结构对称，但网侧变流器的控制目标是维持直流侧电压恒定。 忽略连接电感等值有功功率、无功功率损耗，则电网注入到网侧变流器的功率为： （3－7） 直流侧电容电压变化方程为： （3－8） 所以通过控制电流交、直轴分量iq、id，即可分别控制网侧变流器与系统的无功功率交换和直流侧电容电压。 采用反馈线性化控制，可以得到如下所示的网侧变流器输出电压交、直轴分量控制律： （3－9） （3－10） 其中：(1、(2为比例系数，idref、iqref分别为交、直轴参考电流，Udc.ref，Qg.ref为直流侧电压参考值和无功功率参考值，kdci，kdcp为比例系数。 图3.6为网侧变流器的控制示意框图。 图3.6 网侧变流器控制框图 3.3 G58-850风电机组运行实例分析（2） 3.4 本章小结 第4章 风电机组联网运行对电力系统运行影响概述（2学时） 4.1风电机组联网运行对电能质量的影响 风速变化、湍流以及风力机尾流效应造成的紊流会引起风电功率的波动和风电机组的频繁启停；风机的杆塔遮蔽效应使风电机组输出功率存在周期性的脉动。功率的变化将会使电网频率在一定范围波动，影响电网中频率敏感负荷的正常工作。 风电功率的波动势必会引起电压的变化，主要表现为：电压波动，电压闪变、电压跌落以及周期性电压脉动等。另外，风电机组中的电力电子控制装置如果设计不当，将会向电网注入谐波电流，引起电压波形发生不可接受的畸变，并可能引发由谐振带来的潜在问题。 4.2 风电机组联网运行对电网稳定性的影响 当风力发电场接入电网后，风电场的有功注入与无功消耗会对电网的电压稳定性、静态稳定性以及动态稳定性产生各方面的影响。随着风力机组容量的不断增大，异步机的无功－电压特性引起电网接入点的节点电压稳定裕度下降，影响电压稳定性。其主要原因是风速变化引起的风电场输出功率的变化，其次是受到风力机组的类型、控制系统、电网状况等因素的影响，使风力机组在叶轮旋转一周的过程中产生的转矩不稳定，从而造成了输出功率的变化。 总体来说，风力发电会提高电网的静态稳定性，降低动态稳定性。特别是当风力机组起动时，感应电机会吸收大量的无功功率，如果没有足够的无功补偿，将会导致节点电压跌落。风力机组输出变化着的功率直接导致了节点电压的波动，如果机组的容量超过一定范围，那么它所引起的电压波动将很大，超出电网运行的允许范围。 异步电机作为发电机运行时，没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压，因此并网时必然伴随一个过渡过程，流过 5～6 倍额定电流的冲击电流，一般经过几百毫秒后转入稳态。异步发电机并网时的冲击电流的大小，与并网时网络电压的大小、发电机的暂态电抗以及并网时的滑差有关。滑差越大则交流暂态衰减时间就越长，并网时冲击电流有效值也就越大。风力发电机组与大电网并联时，合闸瞬间的冲击电流对发电机及电网系统安全运行不会有太大影响。但对小容量的电网而言，风电场并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其他电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。 4.3 风电机组接入电网的电压和网损算例分析 简单的风电联网系统等效后的结构如图4.1所示 图4.1 简单的风电机组联网运行图 机端电压与电网电压的电压降落为 ΔV＝V1-V0＝(PR－XQ)/V0 网损为W＝(P2＋Q2)R/V02 风电机组发出的功率为 S1＝P－jQ 则风电机组输出电流 I＝S1*/V1*=(P+jQ)/V1* 由此可确定风电机组机端电压为 V1=V0+IZ=V0+(R+jX) (P＋jQ) /V1* 经过n次迭代后可得 V1(n)=V0+IZ=V0+(R+jX) (P＋jQ) /V1*(n) 4.4 本章小结 思 考 题 第一章 风力发电概述 1.1 我国风力发电的激励政策是什么？-《可再生能源法》含义 1.2 《京都议定书》？含义 1.3 清洁发展机制（Clean Develop Mechanism）是什么含义？（每减少1吨CO2的效益是多少） 1.4 截止2006年底全国总风电装机容量是多少？占当年总发电装机容量比例是多少（其中火电总装机容量是多少）？2006年全国总风力发电量是多少？占当年全国总发电量比例是多少（其中总火力发电量是多少）？ 1.5 按发电煤耗0.35kg/kWh计算，2006年火力发电总煤耗是多少？目前我国煤炭总储量是多少？煤炭年开采量是多少？按此煤耗速度，我国煤炭消耗可维系多久？ 1.6 目前风电装机成本多大（？元/kW）？到2010年，全国规划风电总装机容量是400万千瓦；2020年，全国规划风电总装机容量是2000万千瓦，按目前风电装机成本计算，风电设备市场分别是多大？ 1.7 在火力发电过程中，每燃烧1吨标准煤所排放的CO2 、SO2的典型值是多少？按2000小时/年计算，50MW风电场一年可节省多少标准煤（发电煤耗按0.35kg/kWh计算）？可减少排放多少CO2、SO2？按风电价格0.6元/kWh计算，每年发电效益是多少？按8000元/kW成本计算，多少年可收回投资？ 1.8 我国风能资源比较丰富的地区在哪里？目前，在建和筹建的大型风电场有哪些？容量分别是多大？是哪家供货商？ 1.9 我国主要的风力发电集团公司有哪些？相应的风电装机容量有多少？ 1.10 我国风电机组制造公司有哪些？ 第二章 风电机组特性及数学模型 2.1 适合建风电场的自然风力条件是什么？ 2.2 风力资源特性如何描述？（风能密度-） 2.3 风力机是如何实现风能捕获？描述风力机运行状态的量有哪些？风力机的状态量如何影响输出功率Pm？水平风力机和纵向风力机有什么区别？ 2.4 什么叫切入风速、额定风速、切出风速？有效风速范围一般是多少？（3-25m/s） 2.5 风速由切入风速逐渐增加至切出风速时，定桨距风力机运行状态如何变化？ 变桨距风力机运行状态如何变化？ 2.6 维持电机运转所需的基本条件有哪些？双馈感应发电机、鼠笼感应发电机是如何满足这些条件？ 2.7 电机转速高于同步速时，异步电机是处于发电状态？还是电动负载状态？鼠笼式异步发电机的内电势矢量比机端电压矢量超前还是滞后? 2.8 双馈感应发电机与鼠笼电机结构上有何区别？ 第三章 双馈感应风力发电机组运行控制 3.1 风电机组运行过程中往往要受到哪些物理条件限制？ 3.2 风力机机械功率-风速特性曲线的恒功率段表示何含义，对应风速有何特点？ 3.3 发电机组电磁功率-转速特性曲线的恒转速段是何含义？恒功率段是何含义？ 3.4 双馈感应风电机组的励磁调速是如何实现的？转子侧变流器与电网侧变流器是通过哪个量来协调控制运行？ 3.5 发电机组转速变化时，四象限变流器的能量流向有何变化？ 3.6 双馈感应发电机定子绕组与电网相连，转子绕组开路电压的幅值、交变频率与转速有何关系？ 第四章 风电机组联网运行对电力系统运行影响概述 4.1 在风电机组联网运行对电力系统运行的诸多影响中，哪些影响是有利的，哪些是不利的？ 4.2 无功功率与电压调整的关系？ 4.3 有功功率与频率调整的关系？ 4.4 谐波产生的原因？ 算 例 例1：某双馈感应风力发电机组，定子绕组Δ连接，转子绕组Y连接。定子额定功率Ps=800kW，转子额定功率为Pr=64kW，定子线电压Us=690V，线电流Is=669A，电阻R1=0.016Ω/相，电抗X1=0.071Ω/相，激磁电抗Xm=5.47Ω/相。转子线电压Ur=150V，线电流Ir=277A，电阻R2=0.0125Ω/相，电抗X2=0.115Ω/相。转子与定子绕组比Nr/Ns=1852/690，发电机额定转速ωr=1620rpm，极对数Np=2，电网频率f=50Hz，风电机组运行控制采用定子磁场定向原理。 求：发电机稳态运行时dq坐标系下ψsd、ψsq、ψrd、ψrq、Usd、Usq、Urd、Urq、Isd、Isq、Ird、Irq及电磁转矩Te。 参考文献 [1]. 国家发改委网站 http://www.sdpc.gov.cn/ [2]. 中国电力新闻网 [3]. 迟永宁 大型风电场接入电网的稳定性问题研究 中国电力科学研究院博士学位论文 2006 [4]. 卞松江 变速恒频风力发电关键技术研究 浙江大学博士学位论文 2003 龙源内蒙古风力发电有限公司 风力发电基础理论题库 第1章 风力发电的历史与发展 填空题 1、中国政府提出的风电规划目标是 2010 年全国风电装机达到（500 万千瓦），到 2020 年风电装机达到（3000 万千瓦）。2020 年之后风电超过核电成为第三大主力发电电源，在 2050 年前后（达到或超过 4 亿千瓦），超过水电，成为第二大主力发电电源。 简答题 1、风力发电的意义？ （1） 提供国民经济发展所需的能源 （2） 减少温室气体排放 （3） 减少二氧化硫排放 （4） 提高能源利用效率，减轻社会负担 （5） 增加就业机会 2、风力机归纳起来，可分为哪两大类？ （1）水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行， （2）垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向， 3、风电机组发展趋势？ （1）从定桨距(失速型)向变桨距发展 （2）从定转速向可变转速发展 （3）单机容量大型化发展趋势 第2章 风资源与风电场设计 填空题 1、风能大小与（气流通过的面积）、（空气密度）和（气流速度的立方）成（正比）。 2、风速的测量一般采用（风杯式风速计）。 3、为了描述风的速度和方向的分布特点，我们可以利用观测到的风速和风向数据画出所谓的（风向玫瑰图）。 4、风电场的机型选择主要围绕风电机组运行的（安全性）和（经济性）两方面内容，综合考虑。 简答题 1、简述风能是如何的形成的 在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向力的影响 2、 风能的基本特征？ （1）风速 （2）空气密度与叶轮扫风面积 （3）风能密度 （4）叶轮气流模型 3、测风注意事项？ 最佳的风速测量方法是在具有风资源开发潜力的地区安装测风塔，测风高度与预装风电机组的轮毂高度尽量接近，并且测风设备安装在测风塔的顶端，这样，一方面可以减小利用风切变系数计算不同高度处的风速所带来的不确定性，另一方面也可以减小测风塔本身对测风设备造成的影响（塔影效益），如果测风设备安装在测风塔的中部，应尽量使侧风设备的支架方向与主风向保持垂直，并使侧风设备与测风塔保持足够的距离。 名词解释 1、风速：风速是单位时间内空气在水平方向上所移动距离。 2、空气密度与叶轮扫风面积：风力发电机通过把风力转化为作用在叶片上的转矩获得能量，这部分能量取决于流过叶轮的空气的密度，叶轮的扫风面积和风速。 3、风能密度：通过单位截面积的风所含的能量称为风能密度，常以W/m2来表示。 4、风能密度的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 是： 第三章 风力发电的空气动力学原理 填空题 1、风电机组叶片的上侧比下侧弯曲（幅度大），叶片上侧比叶片下侧的气流速度（要大），这就导致叶片两侧产生压力差。 2、根据气体的伯努力方程知叶片上侧是（低压区），叶片下侧是（高压区）。叶片获得垂直于气流方向的（升力）。 3、风轮尖速比是风轮的一个重要参数，它指的是（风轮叶片叶尖线速度与来流风速的比值）。 4、目前主要有两种调节功率的方法，都是采用空气动力方法进行调节的。一种是（定桨距(失速)调节方法）；一种是（变桨距调节方法）。 5、失速控制主要是通过（确定叶片翼型的扭角分布），使风轮功率达到（额定点后），减少升力提高阻力来实现的。 6、变桨距控制主要是通过（改变翼型迎角变化），使翼型升力变化来进行调节的。变桨距控制多用于大型风力发电机组。 7、变桨距控制是通过叶片和轮毂之间的（轴承机构转动叶片来减小迎角），由此来减小翼型的升力，达到（减小作用在风轮叶片上的扭矩和功率）的目的。 简答题 1、简述失速控制型风轮的优缺点。 优点： （1）叶片和轮毂之间无运动部件，轮毂结构简单，费用低； （2）没有功率调节系统的维护费； （3）在失速后功率的波动相对小。 缺点: （1）气动刹车系统可靠性设计和制造要求高； （2）叶片、机舱和塔架上的动态载荷高； （3）由于常需要刹车过程，在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷； （4）起动性差； （5）机组承受的风载荷大； （6）在低空气密度地区难于达到额定功率。 2、简述变桨距控制风轮的优缺点 优点： （1）起动性好； （2）刹车机构简单，叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降； （3）额定点以前的功率输出饱满； （4）额定点以后的输出功率平滑； （5）风轮叶根承受的静、动载荷小。 缺点： （1）由于有叶片变距机构、轮毂较复杂，可靠性设计要求高，维护费用高； （2）功率调节系统复杂，费用高。 第四章 风力发电机组整体结构介绍 填空题 1、机舱由（底盘）和（机舱罩）组成，底盘上安装除了控制器以外的主要部件。机舱罩后部的上方装有（风速和风向传感器），舱壁上有（隔音和通风）装置等，底部与塔架连接。 2、风轮是获取风中能量的关键部件，由（叶片和轮毂）组成。叶片根部是一个法兰，与（回转轴承）连接，实现（变桨过程）。 3、风轮按叶片数可以分为（单叶片）、（双叶片）、（三叶片）和（多叶片风轮）。 4、按照叶片能否围绕其纵向轴线转动，可以分为（定桨距风轮）和（变桨距风轮）。 5、风轮的作用是（把风的动能转换成风轮的旋转机械能）。 6、目前叶片多为（玻璃纤维增强复合材料(GRP)），基体材料为（聚酯树脂或环氧树脂）。 7、用于叶片制造的主要材料有（玻璃纤维增强塑料(GRP)）、（碳纤维增强塑料(CFRP)）、（木材）、（钢和铝）等。 简答题 1、 简述定桨距风轮与变桨距风轮的特性及其区别 （1）定桨距风轮叶片与轮毂固定连接，结构简单，但是承受的载荷较大。在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低，发电机不会因超负荷而烧毁。 （2）变桨距风轮的叶片与轮毂通过轴承连接。虽然结构比较复杂，但能够获得较好的性能，而起叶片轴承载荷较小，重量轻。另外按转速的变化又可以分为定转速风轮和变转速风轮。变转速风轮的转速随风速变化可以使风轮保持在最佳效率状态下运行，获取更多的能量，并减小因阵风引起的载荷。但是变转速发电机的结构复杂，还需要通过交-直-交变流装置与电网频率保持同步的装置，又消耗了一些能量。 2、叶片的几何参数有哪些？ （1）叶片长度 （2）叶片面积 （3）叶片弦长 （5）叶片扭角 2、 风轮的几何参数 （1） 叶片数 （2）风轮直径 （3）风轮中心高 （4）风轮扫掠面积 （5）风轮锥角 （6）风轮仰角 （7）风轮偏航角 （8）风轮实度 3、轻型结构叶片的优缺点如下。 优点： （1）在变距时驱动质量小，很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度； （2）减少风力发电机组总重量； （3）风轮的机械刹车力矩很小； （4）周期振动弯矩由于自重减轻而很小； （5）减少了材料成本； （6）运费减少； （7）便于安装。 缺点： （1）要求叶片结构必须可靠，制造费用高； （2）所用材料成本高； （3）风轮推力小，风轮在阵风时反应敏感，因此，要求功率调节也要快； （4）材料特性及载荷计算必须很准确，以免超载。 4、目前世界上绝大多数叶片都采用复合材料制造，复合材料具有哪些优点？ （1）可设计性强 （2）易成型性好 （3）耐腐蚀性强 （4）维护少、易修补 5、雷击造成叶片损坏的机理是？ 一方面雷电击中叶片叶尖后，释放大量能量，使叶尖结构内部的温度急骤升高，引起气体高温膨胀，压力上升，造成叶尖结构爆裂破坏，严重时使整个叶片开裂； 另一方面雷击造成的巨大声波，对叶片结构造成冲击破坏。 名词解释 叶片长度：叶片径向方向上的最大长度。 叶片面积：叶片面积通常理解为叶片旋转平面上的投影面积。 叶片弦长：叶片径向各剖面翼型的弦长。叶片根部剖面的翼型弦长称根弦，叶片尖部剖面的翼型弦长称尖弦。 叶片扭角：叶片各剖面弦线和风轮旋转平面的扭角。 风轮直径：风轮直径是指风轮在旋转平面上的投影圆的直径。 风轮中心高：风轮中心高指风轮旋转中心到基础平面的垂直距离。 风轮扫掠面积：风轮扫掠面积是指风轮在旋转平而上的投影面积。 风轮锥角：风轮锥角是指叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜度。 风轮仰角：风轮的仰角是指风轮的旋转轴线和水平面的夹角。 风轮偏航角：风轮偏航角是指风轮旋转轴线和风向在水平面上投影的夹角。 风轮实度：风轮实度是指叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值，实度大小取决于尖速比。 第五章 风力发电机组机械传动系统 填空题 1、风力发电机组的机械机构主要包括（叶片）、（轮毂）、（偏航系统）、（主轴）、（主轴承）、 （齿轮箱）、（刹车系统）、（液压系统）、（机舱及塔架）等。 2、轮毂是（联接叶片与主轴）的重要部件，它承受了风力作用在叶片上的推力、扭距、弯距及陀螺力距。通常轮毂的形状为（三通形）或（三角形）。 3、风轮轮毂的作用是（传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去，由此叶片上的载荷可以传递到机舱或塔架上）。 4、在风力发电机组中大量采用（高强度球墨铸铁）作为轮毂的材料。 5、在风力发电机组中，主轴承担了（支撑轮毂处传递过来）的各种负载的作用，并将扭矩传递给增速齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架。 6、在风力发电机组中，联轴器常采用（刚性联轴器）、（弹性联轴器(或万向联轴器)）两种方式。 7、（刚性联轴器常）用在对中性好的二轴的联接，而（弹性联轴器）则可以为二轴对中性较差时提供二轴的联接，更重要的是弹性联轴器可以提供一个（弹性环节），该环节可以吸收轴系因外部负载的波动而产生的额外能量。 8、在风力发电机组中通常在低速轴端(主轴与齿轴箱低速轴联接处)选用（刚性联轴器）。一般多选用（涨套式联轴器）、（柱销式联轴器）等。在高速轴端(发电机与齿轮箱高速轴联接处)选用（弹性联轴器(或万向联轴器)），一般选用（轮胎联轴器），或（十字节联轴器）。 9、机械刹车是一种（制动式减慢旋转负载）的装置。 10、机械刹车还可以根据作用方式分为（气动液压）、（电磁）、（电液）、（手动）等形式。 11、按工作状态分，制动器可分为（常闭式）和（常开式）。常闭式制动器靠弹簧或重力的作用经常处于（紧闸状态），而机构运行时，则用人力或松闸器使制动器松闸。与此相反，常开式制动器经常处于（松闸状态），只有施加外力时才能使其紧闸。 12、在风力发电机组，最常用的机械刹车为（盘式）、（液压）、（常闭式制动器）。 13、常用的盘式制动器结构形式有（钳盘式）、（全盘式）及（锥盘式）三种。 14、风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功能是（将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速）。 15、轮系可以分为两种类型：（定轴轮系）和（周转轮系）。 16、风力发电机组齿轮箱的种类很多，按照传统类型可分为（圆柱齿轮箱）、（行星齿轮箱）以及它们互相组合起来的齿轮箱；按照传动的级数可分为（单级）和（多级）齿轮箱；按照转动的布置形式又可分为（展开式）、（分流式）和（同轴式）以及（混合式）等等。 17、齿轮箱的常见故障有（齿轮损伤）、（轴承损坏）、（断轴）和（渗漏油）、（油温高）等。 18、风力发电机组的偏航系统一般分为（主动偏航系统）和（被动偏航系统）。对于并网型风力发电机组来说，通常都采用（主动偏航的齿轮驱动）形式。 19、（解缆）和（纽缆）保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。偏航系统的偏航动作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生（纽绞），所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数装置或类似的程序对电缆的纽绞程度进行检测。 20、偏航系统必须设置（润滑装置），以保证（驱动齿轮和偏航齿圈）的润滑。 21、偏航系统一般由（偏航轴承）、（偏航驱动装置）、（偏航制动器）、（偏航计数器）、（纽缆保护装置）、（偏航液压回路）等几个部分组成。 22、风力发电机组的偏航系统一般有（外齿形式）和（内齿形式）两种。偏航驱动装置可以采用（电动机驱动）或（液压马达驱动）。 23、驱动装置一般由（驱动电动机）或（驱动马达）、（减速器）、（传动齿轮）、（轮齿间隙调整机构）等组成。驱动装置的减速器一般可采用（行星减速器）或（蜗轮蜗杆与行星减速器串联）。 简答题 1、一般常用的轮毂形式有哪几种及其特点？ 刚性轮毂： 刚性轮毂的制造成本低、维护少、没有磨损，三叶片风轮大部分采用刚性轮毂，也是目前使用最广泛的一种形式。 铰链式轮毂： 铰链式轮毂常用于单叶片和二叶片风轮，铰链轴和叶片轴及风轮旋转轴互相垂直，叶片在挥舞方向、摆振方向和扭转方向上都可以自由活动，也可以称为柔性轮毂。 2、弹性联轴器在风力发电机组中的特点和重要性？ 在风力发电机组中对弹性联轴器的基本要求为： （1）强度高，承载能力大。由于风力发电机组的传动轴系有可能发生瞬时尖峰载荷，故要求联轴器的许用瞬时最大转矩为许用长期转矩的三倍以上。 （2）弹性高，阻尼大，具有足够的减振能力。把冲击和振动产生的振幅降低到允许的范围内。 （3）具有足够的补偿性，满足工作时两轴发生位移的需要。 （4）工作可靠性能稳定，对具有橡胶弹性元件的联轴器还应具有耐热性、不易老化等特性。 3、轮系的定义？ 为了获得很大的传动比，或者为了将输入轴的一种转速变换为输出轴的多种转速等原因，常采用一系列互相啮合的齿轮将输入轴和输出轴连接起来。这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。 4、轮系广泛应用于各种机械中，它的主要功用是？ （1）相距较远的两轴之间的传动 （2）实现变速传动 （3）获得大的传动比 （4）合成运动和分解运动 5、对润滑油的要求应考虑能够起齿轮和轴承的保护作用，此外还应具备哪些性能？ （1）减小摩擦和磨损，具有高的承载能力，防止胶合； （2）吸收冲击和振动； （3）防止疲劳点蚀； （4）冷却，防锈，抗腐蚀。 6、解释风力发电机齿轮箱空载试运转及其注意事项？ 按照说明书的要求加注规定的机油达到油标刻度线，在正式使用之前，可以风力发电齿轮箱属于闭式齿轮传动类型，其主要的失效形式是胶合与点蚀，故在选择润滑油时，重点是保证有足够的油膜厚度和边界膜强度。利用发电机作为电动机带动齿轮箱空载运转。此时，经检查齿轮箱运转平稳，无冲击振动和异常噪声，润滑情况良好，且各处密封和结合面无泄漏，才能与机组一起投入试运转。加载试验应分阶段进行，分别以额定载荷的25%、50%、75%、100%加载，每一阶段运转以平衡油温为主，一般不得小于2h，最高油温不得超过80℃，其不同轴承间的温差不得高于15℃。 7、解释风力发电机齿轮箱正常运行监控状态 每次机组起动，在齿轮箱运转前先起动润滑油泵，待各个润滑点都得到润滑后，间隔一段时间方可起动齿轮箱。当环境温度较低时，例如小于10℃，须先接通电热器加热机油，达到预定温度后才投入运行。若油温高于设定温度，如65℃时，机组控制系统将使润滑油进入系统的冷却管路，经冷却器冷却降温后再进入齿轮箱。管路中还装有压力控制器和油位控制器，以监控润滑油的正常供应。如发生故障。监控系统将立即发出报警信号，使操作者能迅速判定故障并加以排除。在运行期间，要定期检查齿轮箱运行状况，看看运转是否平稳；有无振动或异常噪声；各处连接的管路有无渗漏，接头有无松动；油温是否正常。 8、齿轮箱如何定期更换润滑油？ 第一次换油应在首次投入运行500h 后进行，以后的换油周期为每运行5000~10000h。在运行过程中也要注意箱体内油质的变化情况，定期取样化验，若油质发生变化，氧化生成物过多并超过一定比例时，就应及时更换。齿轮箱应每半年检修一次，备件应按照正规图纸制造，更换新备件后的齿轮箱，其齿轮啮合情况应符合技术条件的规定，并经过试运转与载荷试验后再正式使用。 9、偏航系统的主要作用？ 偏航系统的主要作用有两个：其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；其二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行。 10、偏航液压系统的作用？ 并网型风力发电机组的偏航系统一般都设有液压装置，液压装置的作用是控制偏航制动器松开或锁紧。一般液压管路应采用无缝钢管制成，柔性管路连接部分应采用合适的高压软管。 11、偏航计数器的作用？ 偏航系统中都设有偏航计数器，偏航计数器的作用是用来记录偏航系统所运转的圈数，当偏航系统的偏航圈数达到计数器的设定条件时，则触发自动解缆动作，机组进行自动解缆并复位。 12、偏航轴承外齿形式与内齿形式各自的特点？ 偏航轴承的轴承内外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。轮齿可采用内齿或外齿形式。外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单；内齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑。 13、偏航计数器工作原理？ 偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置，当偏航系统旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆和终极解缆圈数时，计数器则给控制系统发信号使机组自动进行解缆。计数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。 14、纽缆保护装置的作用？ 纽缆保护装置是偏航系统必须具有的装置，它是出于失效保护的目的而安装在偏航系统中的。它的作用是在偏航系统的偏航动作失效后，电缆的纽绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置，使机组进行紧急停机。 15、简述偏航系统零部件的维护方法 （1）偏航制动器 ①需要注意的问题： a.液压制动器的额定工作压力； b.每个月检查摩擦片的磨损情况和裂纹。 ②必须进行的检查： a.检查制动器壳体和制动摩擦片的磨损情况。如有必要，进行更换; b.根据机组的相关技术文件进行调整； c.清洁制动器摩擦片； d.检查是否有漏油现象； e.当摩擦片的最小厚度不足2mm，必须进行更换； f.检查制动器联接螺栓的紧固力矩是否正确。 （2）偏航轴承 ①需要注意的问题： 检查轴承齿圈的啮合齿轮副是否需要喷润滑油，如需要，喷规定型号的润滑油； a.检查是否有非正常的噪声； b.检查联接螺栓的紧固力矩是否正确； c.检查是否有非正常的噪声。 ②必须进行的检查： a.检查轮齿齿面的腐蚀情况； b.检查啮合齿轮副的侧隙； c.检查轴承是否需要加注润滑脂，如需要，加注规定型号的润滑脂。 3)偏航驱动装置必须进行的检查： a.检查油位，如低于正常油位应补充规定型号的润滑油到正常油位； b.检查是否有漏油现象； c.检查是否有非正常的机械和电气噪声； d.检查偏航驱动紧固螺栓的紧固力矩是否正确。 16、简述偏航齿圈齿面磨损原因？ （1）齿轮副的长期啮合运转； （2）相互啮合的齿轮副齿侧间隙中渗入杂质； （3）润滑油或润滑脂严重缺失使齿轮副处于干摩擦状态。 17、简述液压管路渗漏原因 （1）管路接头松动或损坏； （2）密封件损坏。 18、简述偏航压力不稳原因 （1）液压管路出现渗漏； （2）液压系统的保压蓄能装置出现故障； （3）液压系统元器件损坏。 19、简述偏航时异常噪声产生的原因 （1）润滑油或润滑脂严重缺失； （2）偏航阻尼力矩过大； （3）齿轮副轮齿损坏； （4）偏航驱动装置中油位过低 20、简述偏航定位不准确的原因 （1）风向标信号不准确； （2）偏航系统的阻尼力矩过大或过小； （3）偏航制动力矩达不到机组的设计值； （4）偏航系统的偏航齿圈与偏航驱动装置的齿轮之间的齿侧间隙过大。 21、简述偏航计数器故障原因 （1）联接螺栓松动； （2）异物侵入； （3）连接电缆损坏； （4）磨损 第六章 风力发电机组液压与润滑系统 填空题 1、风力发电机组的液压系统的主要功能是（刹车（高、低速轴、偏航刹车）），（变桨控制）、（偏航控制）。 2、在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要作用是（提供风力发电机组的气动刹车，机械刹车的压力，控制机械与气动刹车的开启实现风力发电机组的开机和停机）。 3、在变桨距风力发电机组中，液压系统主要控制（变距机构），实现风力发电机组的（转速控制）、（功率控制），同时也控制（机械刹车机构）及(驱动偏航减速器)。 4、润滑剂可分为：（润滑油）、（润滑脂）、（固体润滑剂），在某些情况下（水和空气）也可以做润滑剂。 5、润滑油成分为（基础油＋添加剂）调和而成。基础油（Base）在润滑油成分中，一般占（90％以上）。 6、风力发电机组因其结构的不同．需要油脂润滑的部位也不尽相同，主要有：（主轴轴承）、（发电机轴承）、（偏航回转轴承）、（偏航齿圈的齿面）、(偏航齿盘表面)。轴承油脂多采用油脂加注枪手工定期加注：工作温度正常情况下一般在(35～90℃)。 简答题 1、比例控制技术的特点？ 变桨距系统采用了比例控制技术。比例控制技术是在开关控制技术和伺服控制技术间的过渡技术，它具有控制原理简单、控制精度高、价格适中，受到人们的普遍重视，使该技术得到飞速发展。它是在普通液压阀基础上，用比例电磁铁取代普通电磁铁构成的。采用比例放大器控制比例电磁铁就可实现对比例阀进行连续控制，从而实现对液压系统压力、流量、方向的连续调节。 2、比例控制技术的工作原理？ 比例控制技术基本工作原理是根据输入电压值的大小，通过放大器，将该输入电压信号(一般在0～±10V 之间)转换成相应的电流信号。这个电流信号作为输入量来控制比例电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量---力或位移。该力或位移又作为输入量加给比例阀，后者产生一个与前者成比例的流量或压力。通过这样的转换，一个输入电压信号的变化，不但能控制执行元件和机械设备上工作部件的运动方向，而且可对其作用力和运动速度进行连续调节。 3、液压系统的检查注意事项？ （1）各液压阀、液压缸及管接头处是否有外泄漏。 （2）液压泵运转时是否有异常噪声。 （3）液压缸全行程移动是否正常平稳。 （4）液压系统各测压点压力是否在规定范围内，是否稳定。 （5）液压系统中油温是否在允许范围内。 （6）换向阀工作是否灵敏可靠。 （7）油箱内油量是否在油标刻线范围内。 （8）定期从油箱内取样化验，检查油液的污染状况。 4、润滑对机械设备的正常运转起着哪些的作用？ （1）降低摩擦系数 （2）减少磨损 （3）降低温度 （4）防止腐蚀、保护金属表面 （5）清洁冲洗作用 5、根据润滑剂的物质形态润滑可分为哪几类？ （1）气体润滑 （2）液体润滑 （3）半固体润滑 （4）固体润滑 6、添加剂（Additives）的作用，举例说出几种添加剂？ 加入少量的添加剂可增加新的特殊性能，或强化其原有的性能。 抗磨剂、极压剂、抗氧化剂、抗泡剂、防锈抗腐蚀剂、粘度指数改进剂、清净分散剂、乳化剂（金属加工液）、耦合剂、增溶剂(金属加工液)、杀菌剂(金属加工液)。 7、简述润滑脂的组成并说明其各成分的作用 润滑脂：基础油+添加剂+皂基(增稠剂)； 基础油：可由矿物油或合成油组成，同润滑油； 添加剂：改善或强化某方面的性能，同润滑油； 皂基：如同海绵般将基础油及添加剂紧紧吸附以达润滑效用，一般皂基没润滑性。 8、风力发电机组使用的油品应当具备哪些特性？ （1）较少部件磨损，可靠延长齿轮及轴承寿命： （2）降低摩擦，保证传动系统的机械效率； （3）降低振动和噪音； （4）减少冲击载荷对机组的影响； （5）作为冷却散热媒体； （6）提高部件抗腐蚀能力： （7）带走污染物及磨损产生的铁屑： （8）油品使用寿命较长，价格合理。 9、风力发电机组选用的优质润滑油应达到哪些要求？ （1）具有坚韧的油膜和高负载能力，与零件表面接触时能有效分隔、承载及保 护工作面，防止因重载、冲击和起动时带来的严重磨损； （2）较好的化学稳定性，防止润滑油在高温下长期与空气接触所产生的氧化趋 势。在长期使用后仍具有可靠的保护作用； （3）工作温度下保持正常的粘度，在正常工况下能够形成保护油膜。在预期的 低温工况下有良好的流动性； （4）保护齿轮和轴承在潮湿环境中不被锈蚀，且油品本身没有腐蚀性．具有一 定的抗泡沫性能。 10、风力发电机组各部件的润滑特点？ （1）主轴轴承风力发电机组常见的轴承布置形式有： 主轴与主齿轮箱设计成一个整体，这种形式轴承与齿轮箱使用同一润精系统，采用润滑油进行强迫式润滑；主轴独立设置两套主轴承，在轴承座处分别使用润滑脂进行润滑。 （2）发电机轴承一般有两个润滑点，多为人工定期加注油脂润滑，部分机组采用自动注油装置进行自动润滑。在满功率运行时，发电机轴承的工作温度较高可达80℃以上，因此，发电机轴承用脂应具有较好的高温性能。 （3）偏航回转轴承和齿圈偏航回转轴承虽然承受负荷很大，但速度非常缓慢，在润滑方面无特殊要求，只要定期加注定量油脂即可。偏航齿圈有内齿、外齿两种形式，一般为开式结构。在润滑上有使用润滑脂定期涂抹，也有用喷射型润滑复合剂喷涂。要求油品有较好的附着能力。 （4）偏航驱动机构常见的偏航驱动机构是由电动机或液压马达带动大速比的行星减速器驱动机舱旋转。减速器的功率不大，结构紧凑．内部充满润滑油。由于减速器是间断运行且运行时间较短，累积运行时间有限，对润滑油无特殊要求，但在低温地区使用时应考虑油品的低温性能。 （5）桨距调节机构不论是液压驱动还是电动驱动，都要通过机械机构执行变距动作，所以，变桨距机组的变距执行机构是重点润滑部位。 （6）偏航齿圈用复合剂偏航齿圈齿面的润滑主要有润滑脂涂抹和复合喷剂喷涂两种形式。润滑油脂和复合喷剂要求具有较高的粘度、良好的防水性和附着性。适用于开式轮。 第七章 风力发电机组发电机 填空题 1、双绕组双速异步发电机由两套互相独立的接成不同极数的（三相定子绕组）共用同一定子铁心和鼠笼转子，通过改变绕组的（极对数）可以运行于两种转速。 2、双馈发电机是（带滑环的绕线式）三相异步发电机，转子绕组接到一个频率、幅值、相位均可调节的三相逆变电源，从而调整发电机的运行。 3、双绕组双速异步发电机具有（结构简单）、（性能可靠）、（效率高）、（过载能力强）、（成本低）、（并网方便），缺点是需（从电网上吸取无功或并联补偿电容供给励磁）。 4、永磁同步发电机主要应用于（直驱）或(半直驱变速恒频)风力发电机组。 5、电机日常维护工作主要包括（轴承维护和润滑）、（滑环和电刷维护）、（清洁电机和过滤器）等。 6、如果用兆欧表检测绝缘，如绕组匝间或相间短路、或对地短接（接地）应考 虑：电机是否出现过（短时电压过高）的异常情况，导致（绝缘破损），有的甚至有焦糊味产生。 7、常见轴承故障包括（轴承温升过高）、（轴承异音）、（轴承烧死）等。 8、电气绝缘一般要求（3kV），需要注意的是在维修和更换的过程中注意保护绝缘层，绝缘层一般在电机轴承（内圈或外圈或滚子）上。 9、电机润滑方式包括（手动注油）和（自动注油）两种方式。 10、滑环室安装在电机外部的（非传动端），防护等级IP23。 11、滑环由（三个绝缘滑环）和（一个没有绝缘的轴接地滑环）组成。 简答题 1、常用并网型风力发电机组的三种发电机形式？ 目前，常用并网型风力发电机组有以下三种发电机形式: （1）定桨距失速型发电机组，主要的功率输出单元为双速双绕组异步发电机； （2）变桨变速恒频双馈发电机组，主要的功率输出单元为双馈异步发电机； （3）变桨变速恒频直驱发电机组，主要的功率输出单元为永磁或电励磁同步发 电机。 2、双速异步发电机的运行原理？ 双绕组双速异步发电机由两套互相独立的接成不同极数的三相定子绕组共用同一定子铁心和鼠笼转子，通过改变绕组的极对数可以运行于两种转速。一套绕组用于高速，运行于大功率区；另一套绕组用于低速，运行于小功率区，这样而可获得较为满意的平稳的功率特性曲线，能满足高、低速功率相差大的电机三高性能参数（高效率、高功率因数、高转差率）要求，从而提高了机电转换效率。 3、 双速异步发电机的特点？ 双绕组双速异步发电机具有结构简单、性能可靠、效率高、过载能力强、成本低、并网方便，缺点是需从电网上吸取无功或并联补偿电容供给励磁。 4、双馈异步发电机的运行原理？ 双馈发电机是带滑环的绕线式三相异步发电机，转子绕组接到一个频率、幅值、相位均可调节的三相逆变电源,从而调整发电机的运行。双馈风力发电机在控制器的配合下，能适应风速的变化,在变速运转时能发出恒频恒压的电能，同时采取降低或削弱高频谐波的措施。风电机组变速恒频运行能充分利用风能,变频器的容量要求又不大（约为双馈异步发电机额定容量的1/3）。因此现代兆瓦级以上、带增速箱的并网型风力发电机组主要采用双馈异步发电机。 4、双馈异步发电机的三种运行状态？ （1）亚同步运行状态。在此种状态下转子转速n< n1 同步转速,由滑差频率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子的转速方向相同,因此n+n2=n1 。 （2）超同步运行状态。在此种状态下转子转速n>n1同步转速,改变通入转子绕 组的频率为f2 的电流相序,则其所产生的旋转磁场转速n2 的转向与转子的转向 相反,因此有n-n2 =n1 。为了实现n2 转向反向,在亚同步运行转速超同步运行时,转子三相绕组能自动改变其相序；反之,也是一样。 （3）同步运行状态。此种状态下n=n1 ,滑差频率f 2 =0 ,这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0 ,也即是直流电流,因此与普通同步发电机一样。 5、双馈变速恒频系统的特点？ （1）能实现与电网的简单连接,并可实现功率因数的调节。 （2）系统内的变频器容量取决于发电机变速运行时的最大滑差功率sP1,一般电机的最大滑差率为±(25-35)% ,因此变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4-1/3。 （3）可以降低风力发电机运行时的噪声水平。 （4）由于风力机是变速运行,其运行速度能在一个较宽的范围内被调整到风力机的最优化数值,从而获得较高的风能利用率。 6、电励磁同步发电机的特点？ 电励磁同步发电机主要应用于变速恒频风力发电机组。电励磁同步发电机的特点是转子由直流励磁绕组构成，一般采用凸极或隐极结构，发电机的定子与异步电机的定子三相绕组相似。该类电机的主要优点是通过调节励磁电流，来调节磁场，从而实现变速运行时电机电压恒定，并可满足电网低电压穿越的要求，但应用该类型的电机要全功率整流，功率大，成本高。 7、简述发电机的电气性能？ 电机类型、工作制、额定功率、额定电压、极数、相数、额定转速、发电机转速范围、额定效率、功率因数、定子接线方式。 双馈电机还包括：转子电压、转子堵转电压、转子接线方式等。 永磁电机还包括：励磁方式。 8、系统要对发电机运行情况进行监测和保护需要具备哪些功能及其特点？ （1）温度监测 电机设置温度传感器PT100 测量定子三相绕组温度，轴承温度传感器PT100 检测电机前后轴承温度；绕组保护PTC（有的双馈电机设置）、加热器电源（220V、 750W）、所有电刷磨耗传感器以及通风轴流风电机组电源等信号线均连接于辅助接线盒中，接线参考电机辅助接线盒接线图（鼠笼型发电机仅有PT100和加热器）。 （2）速度监测 双馈电机还设置速度传感器，空心轴速度传感器固定于电机转子非传动端力矩支架上，用于检测电机转速信号应，传输给变频器。速度传感器小轴跳动不超过0.05mm，所有的输入输出线均与变频器连接。转速编码器类型及分辨率、转速编码器工作电压、转速编码器输出信号等参数说明和使用说明，一般作为电机用户手册附件。 （3）防雷 一般双馈电机设置定子和转子防雷击熔断保护，分别设置在定子和转子接线盒侧面的接线盒内。 （4）接地 笼型电机接地点位于机座地脚侧和转子接线盒内，双馈电机接地点分别设置在定、转子接线盒内和辅助接线盒内。接地线时应使用防松垫圈和平垫圈保证连接面应紧密连接，并使用合适的防锈剂（例抗酸石蜡油膏防腐）。注意接地导线的截面积应符合装机标准要求。 第八章 风力发电机组控制系统 填空题 1、风电设备的控制系统包括（测量）、（中心控制器）和（执行机构）三部分。 2、PLC（可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）：由（CPU）、 （I/O）、（模入/模出）、（计数器）、（通讯）、(电源)等模块配置。 3、风力发电机组总是工作在如下状态之一：（运行状态）；（暂停状态）；（停机状态）；（紧急停机状态）。 4、提高工作状态层次（只能一层一层地上升），而要降低工作状态层次可以是（一层或多层）。这种工作状态之间转变方法是基本的控制策略，它主要出发点是（确保机组的安全运行）。 5、紧急停机包含了3种情况，即：（停止→紧停）；（暂停→紧停）；（运行→紧停）。 6、停机操作包含了两种情况，即：（暂停→停机）；（运行→停机）。 7、电控系统从功能划分主要包括（正常运行控制）、(阵风控制)、(最佳运行控制（最佳叶尖速比控制）)、(功率控制)、（安全保护控制）、（变桨距控制）等部分。 8、（引入变频调速控制技术）是变速恒频机型与恒速恒频机型的最大区别之一。 9、风机设备的测量部分主要为各类传感器。传感器负责监测对象状态数据，如 （风速）、（风向）、（温度）、（转速）、（角度）、（振动）及（部分开关位置信号）等。 10、风向标和风速计的加热系统包括（两个串联的外部加热元件）。一个元件连接到（风向标）的底座，另一个元件连接到（风速计）的底座，加热系统还有一位于桅杆内并与之直接接触的（外部PT）。 11、接近式开关转速传感器分为（电感式）与（电容式）。 12、位移传感器（桨叶角度）是（一种磁致收缩位置）传感器，变桨角度的位置通过长度的线性测量得到。测量长度通过（在保护管内部波导管内传输的电流脉冲）完成。 13、偏航传感器上有（四个凸轮），它们可与四个微型开关连接/断开。它们一起共同测量（绞缆）的次数。偏航传感器还内置了一个（用来测量机舱位置）的装置。 14、CAN 总线是一种（多主）总线，通信介质可以是（双绞线）、（同轴电缆）或（光导纤维）。通信速率可达（1MBPS）。 15、CAN 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的一个最大特点是（废除了传统的站地址编码），而代之以对（通信数据块）进行编码。 简答题 1、在考虑风力发电机组控制系统的控制目标时，应结合它们的运行方式重点实 现哪些控制目标？ （1）控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。 （2）控制系统采用计算机控制技术实现对风力发电机组的运行参数、状态监控显示及故障处理，完成机组的最佳运行状态管理和控制。 （3）利用计算机智能控制实现机组的功率优化控制，定桨距恒速机组主要进行软切入、软切出及功率因数补偿控制，对变桨距风力发电机组主要进行最佳叶尖速比和额定风速以上的恒功率控制。 （4）大于开机风速并且转速达到并网转速的条件下，风力发电机组能软切入自动并网，保证电流冲击小于额定电流。对于恒速恒频的风机，当风速在4-7 m/s之间，切入小发电机组并网运行，当风速在7-30 m/s之间，切人大发电机组并网运行。 2、说出测量部分各类传感器的名称及其测量对象？ （1）风传感器：风速、风向； （2）温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等； （3）位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等； （4）转速传感器：叶轮、发电机等； （5）压力传感器：液压油压力、润滑油压力等； （6）特殊传感器：叶片角度、电量变送器等。 3、中心控制器部分主要有哪几种类型？ （1）PLC（可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller）：由CPU、 I/O、模入/模出、计数器、通讯、电源等模块配置，扩展灵活； （2）工业控制计算机 （3）专用控制器 4、简述风力发电机组的各工作状态？ （1）运行状态： ①机械刹车松开； ②允许机组并网发电； ③机组自动调向； ④液压系统保持工作压力； ⑤叶尖阻尼板回收或变桨距系统选择最佳工作状态； （2）暂停状态： ①机械刹车松开； ②液压泵保持工作压力； ③自动调向保持工作状态； ④叶尖阻尼板回收或变距系统调整桨叶节距角向900方向； ⑤风力发电机组空转。 这个工作状态在调试风力发电机组时非常有用，因为调试风力机的目是要求 机组的各种功能正常，而不一定要求发电运行。 （3）停机状态： ①机械刹车松开； ②液压系统打开电磁阀使叶尖阻尼板弹出，或变距系统失去压力而实现机械 旁路； ③液压系统保持工作压力； ④调向系统停止工作。 （4）紧急停机状态： ①机械刹车与气动刹车同时动作； ②紧急电路(安全链) 开启； ③计算机所有输出信号无效； ④计算机仍在运行和测量所有输入信号。 当紧停电路动作时，所有接触器断开，计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去激活任何机构。 5、简述紧急停机→停机状态风力机的运行动作？ 如果停机状态的条件满足，则： （1）关闭紧停电路； （2）建立液压工作压力； （3）松开机械刹车。 6、简述停机→暂停状态风力机的运行动作？ 如果暂停的条件满足，则： （1）起动偏航系统； （2）对变桨距风力发电机组，接通变桨距系统压力阀。 7、简述暂停→运行状态风力机的运行动作？ 如果运行的条件满足，则： （1）核对风力发电机组是否处于上风向； （2）叶尖阻尼板回收或变桨距系统投入工作； （3）根据所测转速，发电机是否可以切入电网。 8、紧急停机时的主要控制指令为？ （1）打开紧停电路； （2）置所有输出信号于无效； （3）机械刹车作用； （4）逻辑电路复位。 9、停机时的主要控制指令为？ 暂停→停机 （1）停止自动调向； （2）打开气动刹车或变桨距机构回油阀(使失压)。 运行→停机 （1）变桨距系统停止自动调节； （2）打开气动刹车或变桨距机构回油阀(使失压) （3）发电机脱网。 10、暂停时的主要控制指令为？ （1）如果发电机并网，调节功率降到0后通过晶闸管切出发电机； （2）如果发电机没有并入电网，则降低风轮转速至0。 11、从控制结构上来划分，电控系统可以分为哪四个部分？ （1）电网级控制部分：主要包括总的有功和无功控制，远程监控等。 （2）整机控制部分：主要包括最大功率跟踪控制，速度控制，自动偏航控制等。 （3）变流器部分：主要包括双馈发电机的并网控制，有功无功解耦控制，亚同 步和超同步运行控制等。 （4）变桨控制部分：又分为统一变桨控制和独立变桨控制两种，大型风电机组 大多采用了独立变桨方式。 12、四象限IGBT变频器的组成？ （1）电网侧变频器 （2）直流电压中间电路 （3）设备侧变频器 （4）控制电子单元 13、风速仪的工作原理？ 风速传感器的感应元件是三风杯组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。 14、风向标的工作原理？ 风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中转动。产生的光电信号对应当时风向的格雷码输出。传感器的变换器采用精密导电塑料电位器，从而在电位器的活动端产生变化的电阻信号输出。 15、使用风速仪和风向标的注意事项？ （1）风速和风向传感器应垂直的安装在相距1米以上的横臂上。 （2）风向传感器已调好零，不许随意松动风向帽与主轴间的制动螺钉。 （3）测风传感器应每年给轴承注油一次，注油时应拆下风速架或风向帽，将仪 表油从传感器的上轴承处注入。 （4）传感器风速、风向帽上各不动的制动螺钉均用软质密封胶密封，不要随便 拆卸，拆卸后再装配时最好重新涂上胶密封。 16、温度传感器PT100的工作原理？ PT100 传感器是可变电阻器，随着温度的增加电阻器的阻值增加。Pt100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温 17、接近式开关转速传感器的工作原理？ 金属物体与传感器间的距离变化，改变了其电感或电容值；安装在风力机组的低速轴和高速轴附近，感受金属物体的距离，发出相应的脉冲数。 18、旋转编码器的工作原理？ 增量型编码器(旋转型)工作原理为由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B 两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z 相脉冲以代表零位参考位。由于A、B 两相相差90 度，可通过比较A 相在前还是B 相在前，以判别 编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 19、基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点？ （1）增强了现场级信息集成能力 （2）开放式、互操作性、互换性、可集成性 （3）系统可靠性高、可维护性好 （4）降低了系统及工程成本 第九章 风电场电气及中央控制系统 填空题 1、风电场输变电系统包括（箱式变压器）、（场内集电线路）两部分。 2、风力发电机组出口电压为（0.69kV），通过箱式变压器升压到（35kV）或者（10kV），再通过集电线路把1组机组连接起来并通过（架空线路）或者是（高压电力电缆）送入风电场的升压站的低压母线，通过主变压器二次升压后（升到110kV、220kV、66kV）送到电力系统。 3、用于机组至箱变之间的连接电缆，根据机组容量选用，一般采用（YJV22-0.69/1 kV-3ｘ150+1ｘ95 mm2多根并联）或（YJV22-0.69/1kV-3ｘ240+1ｘ150mm2多根并联）。 4、35kV架空线路的经济输送距离在（10km以内）为宜，极限输送距离在（20km）为宜。线路采用（树干状）布线，全线分几条支线，每条支线链接若干台风机。 5、35kV架空线路由（水泥杆）、（铁塔杆)，为降低线路造价，除少数T接点和线路出口选用铁塔，大多选用（砼电杆）。在输送容量较大情况下或复杂地形的情况下，主干采用（全线铁塔杆）。 6、风电场的35kV架空线路防雷保护采用（全程避雷线）保护；在海拔较低的地区，可采用（避雷器）保护，在入升压站段采用（部分避雷线）。 7、终端杆处设置（跌落保险（或隔离开关））和（避雷器）等配电设备保护。 终端杆处的电缆头一般采用（户外冷缩电缆头）。 8、10kV 架空线路的经济输送距离在（5km 以内）为宜，极限输送距离在（10km 以内）为宜。10kV架空线路保护采用（避雷器保护）。 9、箱式变压器的高压室一般是由（高压负荷开关）、（高压熔断器）和（避雷器）等组成的，可以进行停送电操作并且有（过负荷）和（短路保护）。 10、箱式变压器的低压室由（低压空气开关）、（电流互感器）、（电流表）、（电压表）等组成。 11、根据风电场的（规模）、（输送距离）、（系统接入变电站的电压等级）等多种因素确定风电场升压站有（330kV 升压站）、（220kV 升压站）、（110kV 升压站）、（66kV 升压站）4种类型。 12、升压站内微机防误闭锁装置对站内（全部断路器）、（隔离开关）和（接地开关）等进行防误闭锁，实现“五防”操作。 13、220kV 主变压器的主保护配置两套不同原理的（差动保护）和（瓦斯保护），后备保护配置复合起动的（过流保护）。还配置（零序电流保护），（零序电压）和（间隙放电电流的零序电流电压保护）、（温度保护）、（风扇故障保护）、（过负荷保护）等。 14、35kV综合测控保护装置装于35kV开关柜上，包括（场用变压器保护）、（35kV线路保护）、（电容器保护）、（电抗器保护）等。 简答题 1、风力发电机控制系统执行部分的工作原理及其组成？ 执行部分即将控制器所发出的指令通过各类设备转换为相应的执行动作，实现所需达到的动作；基本工作原理：通过指令控制各继电器或开关的断与合，使电动机、液压阀等动作，相应机构动作； 主要包括： （1）软并网装置（或为变频装置） （2）变桨机构（电机或液压装置） （3）偏航机构 （4）制动装置 （5）冷却系统 2、风力发电机控制系统的主要功能 （1）控制功能：接受风力发电机组信息和环境信息，调节风力发电机组，使 其保持在合理的运行状况； （2）安全保护功能：确保风力发电机组运行在设计范围，当超速、振动、电 网故障等外部极限情况出现后，保证机组安全； （3）数据统计：记录机组的相关运行数据，统计电量、故障信息、执行机构 动作次数等； 3、控制系统的主要功能分为哪几个方面？ （1）机组正常运行控制 （2）机组运行状态监测与显示 （3）机组运行统计 （4）机组故障监测与处理 （5）机组的安全保护 （6）远程通信 （7）维护功能 （8）机组运行参数设置 （9）人机接口 4、电缆的电压等级？ （1）26/35kV，用于35kV集电线路。 （2）8.7/15kV，用于10kV集电线路。 （3）0.69/1kV，用于机组至箱变之间的连接电缆。 5、风电场常用的电力电缆有哪几种型号及其特点？ （1）YJV22-26/35kV（8.7/15kV）电力电缆，交联聚绿乙稀绝缘聚绿乙稀护套铜芯钢带铠装电力电缆，此种电缆为钢带铠装、载流量大，具有阻燃功能，是风电场最常用的电力电缆，可用于直埋。 （2）YJV23-26/35kV（8.7/15kV）电力电缆，交联聚绿乙稀绝缘PE护套铜芯钢带铠装电力电缆，此种电缆为钢带铠装、载流量大，强度更高一些。 （3）YJV32-26/35kV（8.7/15kV）电力电缆，交联聚绿乙稀绝缘聚绿乙稀护套铜芯钢丝铠装电力电缆，此种电缆为钢丝铠装、载流量大，抗拉强度更高一些，用于落差较大的场合。 （4）YJV33-26/35kV（8.7/15kV）电力电缆，交联聚绿乙稀绝缘聚绿PE护套铜芯钢丝铠装电力电缆，此种电缆为钢丝铠装、载流量大，抗拉强度更高一些。用于落差较大的场合。 （5）YJLV22-26/35kV（8.7/15 kV）、YJLV23-26/35kV（8.7/15 kV）、YJLV32-26/35kV（8.7/15kV）、YJLV33-26/35kV（8.7/15kV）电力电缆，交联聚绿乙稀绝缘铝芯钢带铠装电力电缆，铝芯电缆也可用于直埋，同样的截面，载流量比铜芯的小，在选用时，在同样的容量下，往往比铜芯大一个截面。铝心价格便宜。因此，在集电电缆线路上最常使用。 6、简述电缆敷设方式 电缆敷设方式一般采用直埋，电缆沟深度800～1000mm，施工时挖深800～ 1000mm，底部铺上沙子，放上电缆和光缆，然后回填土直埋，盖入盖板，恢复植被。电缆沟恢复植被后往往留一些标记，运行时如电缆出现了故障，可通过标记查找。 7、箱式变压器的结构组成、性能特点？ 组合式（箱式）变电站，是由高压开关设备，电力变压器，低压开关设备三部分组合在一起而构成的户外、油变配电成套装置。具有成套性强、占地面积小、投资小、安装维护方便、造型美观、耐侯性强等特点。箱式变压器的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的。 8、箱变的容量及参数？ 目前风力发电机组有750kW、850kW、1000kW、1500kW、2000kW，箱式变压器相对应的容量有800 kVA、900 kVA、1250kVA、1600kVA、2350 kVA，其中应用最多的为900 kVA、1600kVA两种。箱变的电压等级有0.69/35kV，0.69/10kV两种。 9、箱变总体结构 （1）.箱体具有足够的机械强度，在运输、安装中不发生变形。外壳油漆喷涂均 匀，抗暴晒、抗腐蚀、抗风沙，并有牢固的附着力。防护等级IP54。 （2）箱变外壳全封闭（无百叶窗，底部封堵，门框加密封条等）。 （3）高压柜及低压柜，应为全密封结构。 （4）接地 箱式变设置2 个直径不小12mm 的铜质螺栓的接地体，箱式变的金属骨架、高、低配电装置及变压器部分的金属支架均应有符合技术条件的接地端子，并与专用接地导体可靠地连接在一起。 （5）高压室门加装电磁锁和带电显示器，箱变外门加装机械锁。 （6）箱变保护信号 变压器设温度计和油位指示装置；变压器装设压力表计和压力释放阀；变压器装设放油阀和取油样装置。 （7）高压出线 高压采用电缆出线，在高压室预留位置，电缆出线在箱变底部。 （8）低压进线 低压侧为低压断路器＋避雷器＋母线铜排，低压侧母线铜排应考虑能接多根电缆连接机组。 10、升压站电气主接线有哪几种及其特点？ 风电场升压站电气主接线，根据风电场分期、系统送出的要求，常用的有线 路--变压器组、单母线、桥型接线3种。 （1）线路—变压器组接线 优点: 接线简单清晰，110kV 侧不设母线，电气设备减少，投资减少，操作 简便，继电保护简化。 缺点: 当一组单元中某个元件故障或检修时，整个单元将停止运行。适用于 只有1期开发、设置1台主变的风电场。 （2）单母线接线 单母线接线高压只有一组母线，每个出线和变压器都通过断路器和隔离开关接到母线上。电源支路将电能送至母线，引出线从母线得到电能，母线起着汇集和分配电能的作用。 优点: 接线简单明显，设备少、经济性好，运行时操作方便，便于扩建。 缺点: 当母线或者母线侧刀闸发生故障或者进行检修时，各支路都必须停止 工作；引出线的开关检修时，该支路要停止供电。 （3）桥式接线（无汇流母线） 只适用于仅有两台变压器和两条引出线的风电场中。桥式接线只需要3台开 关。根据桥式连接开关位置的不同，可分为内桥接线和外桥接线两种方式。 桥式接线的优点 （1）简单清晰、设备少，造价低； （2）具有一定的可靠性和灵活性； （3）易于发展为单母分段或双母接线。 不适用于在系统中占重要地位的大型风电场，有时也作为大型风电场的初期 接线。 11、风电场220kV升压站系统继电保护种类？ （1）220kV线路保护 （2）220kV母线保护 （3）220kV故障录波器 （4）保护及故障信息远传系统 12、简述风电场升压站分为三级监控 风电场升压站分为三级监控；第一级为现地控制单元级，可在间隔层的现地 控制屏上，对单元设备进行现地监控；第二级为集中监控级，可在风电场的中控 室的控制台上通过操作员工作站升压站设备进行集中监控；第三级为调度级，可 在电力系统的内蒙省调和锡盟区调对升压站设备实行监控或监测。 13、结合所在风电场的实际情况简述升压站计算机监控系统的系统结构 参考答案： （1）升压站计算机监控系统采用分层分布式系统结构，分主控层和现地控制层（间隔层），中间由监控网络相连。间隔层主要由保护单元、测控装置等组成。 （2）现地控制层的220kV 线路保护及测控装置、220kV 主变保护及测控装置等具备以太网接口，可直接接入工业以太网； （3）直流系统及35kV 出线保护及测控装置则均通过规约转换器接入工业以太网。主变保护、母线保护和220kV线路的保护设备独立，220kV测控装置采用面向设备单元化设计； （4）35kV出线保护及测控装置采用一体化的微机综合保护测控装置，装在各自的开关柜上。 （5）主控级设置2台主计算机/操作员工作站、1台工程师工作站、2台打印机、1 台传真机、2 套逆变电源装置（和风电场监控系统共用）、2 套远动装置以及相应的配套软件等，以完成升压站各主设备的数据采集及运行参数的监视、控制操作、故障报警、事件顺序记录及事故追忆、数据存储及与上级调度系统的通信等功能。运行人员可通过彩色屏幕显示器和键盘、鼠标等实现对升压站主设备的监控。 （6）监控网络采用双网结构，传输介质采用光纤，为增强可靠性，网络采用100M高速工业级以太网。 （7）计算机监控系统通过双远动装置（主/备方式自动切换）与上级调度部门进行联系，远动信息按一收二发方式分别送往内蒙中调，锡盟区调。远动装置具有 遥测、遥信、遥控、遥调功能。 第十章 影响发电量的主要因素 填空题 1、 影响风力发电机组发电量的主要因素有（湍流影响）、（风机尾流影响）、（叶片污染的气动损失）、（功率曲线）、（风电机机组可利用率）、（风电场内线损失）、（对风装置的滞后影响）、以及（气候影响）。 2、为提高风机的发电量可以通过增加（风力发电机组的塔架高度）来降小由地面粗糙度引起的（湍流强度）的影响。 3、风电场微观布局为了减少尾流影响，一般行距在（6～8D（D：风轮直径）），列距（4～6D）。 4、叶片受沙尘、油污等污染会改变叶片的（空气动力特性），影响风机的功率。 5、一般风力发电机组其可利用率不应低于（95％）。 6、（定桨距励磁耗电网功率）以及并网时需要的（入网电量）都是影响风机发电量的因素。 7、（低温）、（沙尘暴）天气引起的停机与机组故障也是影响发电量的一个因素。 8、并网型风力发电机组可靠性量化指标是以（机组运行可利用率）来度量，实际上可利用率是（可靠性）和（维护性）综合指标，又称广义可靠性。 简答题 1、影响发电量的主要因素及推荐的参考值？ （1）湍流影响3～6％ （2）尾流影响5～8％ （3）叶片污染气动损失2～3％ （4）功率曲线95％ （5）可利用率95％ （6）风电场内线损失3～8％ （7）对风装置滞后，即偏航性能2％左右 （8）气温影响（低温、沙尘暴等） （9）其他 以上这些影响因素，其值叠加,即为理论发电量转化为实际发电量的折算系 数，一般20～30％。 PAGE _1239624931.unknown _1246118895.unknown _1249067132.unknown _1249899419.unknown _1250185539.unknown _1249133743.unknown _1249190378.unknown _1249190842.unknown _1249192403.vsd ed Id.ref + - λ1 -R*id+w1Liq+Ud + + id eq Iq.ref + + - λ2 -R*iq-w1Lid + + + iq + ¸ ¸ 派 克 反 变 换 变 流 器 C2 派 克 变 换 Ua, Ub, Uc Udc Udc md mq ia ib ic Udc.ref + - kdci+kdcp/s + Udc + Qg.ref Ud ¸ _1249136851.vsd Urd Ird.ref + - k1+k2/s Rr*ird-wsLr’irq + + + ird Urq Irq.ref + + - k3+k4/s Rr*ird+wsLr’irq+sUsq*Lm/Ls + + + irq ¸ ¸ 派 克 反 变 换 变 流 器 C1 派 克 变 换 wr, UsaUsbUsc Udc Udc md mq ira irb irc _1249127779.unknown _1249128436.unknown _1249070545.vsd ωr ωr Pe Te.ref Irq.ref Pe _1248526105.vsd 齿轮箱 风力机 DFIG DC AC DC AC ~ ωr P ωr 转子侧变流器控制 四象限变流器 网侧变流器 控制 PWM PWM PSref QSref Prref Qrref ir is vs ig vg E 控制系统 _1249049199.vsd B A C D E ωr.min ωr.nom ωr.max Pe.rated Pe ωr _1249066889.unknown _1249048158.vsd A B C D E _1248524184.unknown _1248524185.unknown _1247995082.unknown _1241543971.unknown _1245897357.unknown _1245907560.unknown _1245897397.unknown _1241544014.unknown _1242411120.unknown _1241543894.unknown _1239605996.unknown _1239619584.unknown _1239624774.unknown _1239624884.unknown _1239624753.unknown _1239619665.unknown _1239607480.unknown _1239604418.unknown _1239605804.unknown _1214753614.unknown _1214759629.vsd � � U� dc� p1� p2� � � � � � � � � � � � p3� p4� p5� p6� � � � � � � � � g1� g2� � g3� g4� g5� 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