风电测量及控制技术

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1、风电测量及控制技术田志刚 主讲第一部分第一部分 测量的基本知识测量的基本知识第一节第一节 测量的意义和测量方法测量的意义和测量方法 一、测量的意义一、测量的意义 1 1测量的意义：测量的意义： 测量是人类对自然界中客观事物取得数量观测量是人类对自然界中客观事物取得数量观念的一种认识过程。在这一过程中，人们借助于念的一种认识过程。在这一过程中，人们借助于专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，专门工具，通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值，获得对于客观事物的定量的概求得被测量的值，获得对于客观事物的定量的概念和内在规律的认识。念和内在规律的认识。 测量分类u测量技术可分为若干分支，如

2、测量技术可分为若干分支，如力学测量、力学测量、电学测量、热工测量电学测量、热工测量等。等。u热工测量是指热工测量是指温度、湿度、压力、流量、温度、湿度、压力、流量、转速、机械位移、烟气成分转速、机械位移、烟气成分等参数的测等参数的测量。量。2 2应用方面应用方面 （1）过程监测：过程监测：对过程参数的监测。对过程参数的监测。 （2）过过程程控控制制：为为生生产产过过程程的的自自动动控控制制提供依据。提供依据。 （3）试验分析与系统辨识：试验分析与系统辨识：解决科学上解决科学上的和过程上的问题，一般需要综合运用理的和过程上的问题，一般需要综合运用理论和实验的方法。测量技术应用于实验分论和实验的方

3、法。测量技术应用于实验分析，是测量技术的一个典型应用。析，是测量技术的一个典型应用。 二、测量方法二、测量方法u测测量量的的定定义义：就就是是用用实实验验的的方方法法，把把被被测测量量与与同同性性质质的的标标准准量量进进行行比比较较，确确定定两两者的比值，从而得到被测量的量值。者的比值，从而得到被测量的量值。u使测量结果有意义的要求：使测量结果有意义的要求：u用用来来进进行行比比较较的的标标准准量量应应该该是是国国际际上上或或国国家家所公认的，且性能稳定。所公认的，且性能稳定。u进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。进行比较所用的方法和仪表必须经过验证。测量的基本方程式：测量的基本方程式： X

4、 = aU 式中，式中， X 被测量；被测量； U 标准量（即选用的测量单位）；标准量（即选用的测量单位）； a 被测量与标准量的数字比值。被测量与标准量的数字比值。测量方法u测量方法测量方法就是实现被测量与标准量比较的方法。就是实现被测量与标准量比较的方法。u测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）：测量方法的分类（按测量结果产生的方式分）： （1）直直接接测测量量法法：使使被被测测量量直直接接与与选选用用的的标标准准量量进进行行比比较较，或或者者预预先先标标定定好好了了的的测测量量仪仪表表进进行行测测量量，从从而而直直接接求得被测量数值的测量方法。求得被测量数值的测量方法。 （2）间间接接

5、测测量量法法：通通过过直直接接测测量量与与被被测测量量有有某某种种确确定定函函数数关关系系的的其其它它各各个个变变量量，然然后后将将所所测测得得的的数数值值代代入入函函数数关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。关系进行计算，从而求得被测量数值的方法。测量方法（3）组合测量法：组合测量法：测量中使各个未知量以不同的组合形测量中使各个未知量以不同的组合形式出现（或改变测量条件以获得这种不同组合），根式出现（或改变测量条件以获得这种不同组合），根据直接测量或间接测量所获得的数据，通过解联立方据直接测量或间接测量所获得的数据，通过解联立方程组以求得未知量的数值，这类测量称为组合测量。程组以求得未知量

6、的数值，这类测量称为组合测量。测量方法u问以下测量过程使用了哪种测量方法？问以下测量过程使用了哪种测量方法？通过公式通过公式 测量功率测量功率用铂电阻温度计测量温度，电阻值与温度用铂电阻温度计测量温度，电阻值与温度的关系是的关系是用水银温度计测量介质温度用水银温度计测量介质温度测量方法u测量方法的其它分类方式：测量方法的其它分类方式：u按按不不同同的的测测量量条条件件分分：等等精精度度测测量量与与非非等等精度测量精度测量u按按被被测测量量在在测测量量过过程程中中的的状状态态不不同同分分：静静态测量与动态测量态测量与动态测量第二节第二节 测量系统的组成及其功测量系统的组成及其功能能 一、测量系统

7、的组成一、测量系统的组成 测测量量系系统统由由四四个个基基本本环环节节组组成成：传传感感器器、变换器或变送器、传输通道和显示装置。变换器或变送器、传输通道和显示装置。传感器变换器传输通道显示装置被测量测量值测量系统的组成测量系统的组成n传感器将机械量（如转速、轴位移、振动和偏心等）转换成电参数（频率f、电感L、品质因素Q、阻抗Z），目前应用广泛的有：电涡流传感器、电感式速度传感器、电感式线性变量差动互感器LVDT和磁阻式测速传感器等。测量系统的组成测量系统的组成n前置器又叫信号转换器，它将电参数转换成一定大小的电压、电流、矩形波或方波信号送给信息处理器。与传感器一道组成测量回路，由于被测量对象

8、环境恶劣（如高温、高压、强磁场、电场干扰），通常将传感器安装在被测物体上，前置器安装在一定距离远的现场，二者之间通过长电缆连接。测量系统的组成测量系统的组成n信息处理器通过屏蔽电缆与前置器相连，把前置器送来的电信号变换为相应的工程值进行状态显示、参数显示、报警输出等；并把电信号进行缓冲处理，送到输出端子供其它系统使用。 二、测量环节的功能二、测量环节的功能1、传感器（敏感元件）、传感器（敏感元件）u它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。它是测量系统直接与被测对象发生联系的部分。u理想敏感元件应满足的要求：理想敏感元件应满足的要求：u敏敏感感元元件件输输入入与与输输出出之之间间应应该该有有稳

9、稳定定的的单单值值函函数数关关系。系。u敏敏感感元元件件应应该该只只对对被被测测量量的的变变化化敏敏感感，而而对对其其它它一一切可能的输入信号不敏感。切可能的输入信号不敏感。u在在测测量量过过程程中中，敏敏感感元元件件应应该该不不干干扰扰或或尽尽量量少少干干扰扰被测介质的状态。被测介质的状态。2、变换器（变送器）变换器（变送器）它它是是传传感感器器和和显显示示装装置置中中间间的的部部分分，它它是是将将传传感感器输出的信号变换成显示装置易于接收的部件。器输出的信号变换成显示装置易于接收的部件。u对对变变换换器器的的要要求求：性性能能稳稳定定，精精确确度度高高，使使信信息损失最小。息损失最小。n传

10、感器将风机各种信息传递到风机主控制器（PLC），控制器得到数据后将进行逻辑运算检查后，发出相应控制信息给相应的风机运行设备，实现对风机的控制，保证风机的运行和安全。3、显示装置、显示装置u它是测量系统直接与观测者发生联系的部分它是测量系统直接与观测者发生联系的部分u显示装置的基本形式：显示装置的基本形式：u模拟式显示元件模拟式显示元件u数字式显示元件数字式显示元件u屏幕式显示元件屏幕式显示元件信息通道4、传输通道、传输通道u它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。它是仪表各环节间输入、输出信号的连接部分。u分为电线、光导纤维和传压管路等。分为电线、光导纤维和传压管路等。第三节第三节 测量误差

11、与测量精度测量误差与测量精度一、测量误差的概念一、测量误差的概念u测测定定值值与与被被测测量量真真值值之之差差称称为为测测量量的的绝绝对对误误差差，或简称测量误差。或简称测量误差。 = x X0 式中，式中， 测量误差；测量误差； x 测定值（例如仪表指示值）；测定值（例如仪表指示值）； X0 被测量的真值。被测量的真值。u真值一般无法得到，所以用实际值真值一般无法得到，所以用实际值X代替代替X0。绝对误差绝对误差u对于绝对误差，应注意下面几个特点：对于绝对误差，应注意下面几个特点：u绝对误差是有单位的量，其单位与测定值和实际值相同。u绝对误差是有符号的量，其符号表示出测定值与实际值的大小关系

12、。u测定值与被测量实际值之间的偏离程度和方向通过绝对误差来体现。相对误差相对误差u示值的绝对误差与约定值之比值称为示值的绝对误差与约定值之比值称为相对误差相对误差，其为无量纲数，以百分数表示。其为无量纲数，以百分数表示。u一般约定值一般约定值m有如下几种取法：有如下几种取法：um取取测量仪表的指示值测量仪表的指示值x时，时，称为称为标称相对误差标称相对误差；um取取测量的实际值测量的实际值X时，时，称为称为实际相对误差实际相对误差；um取取仪表的满刻度值仪表的满刻度值时，时，称为称为引用相对误差引用相对误差。绝对误差与相对误差绝对误差与相对误差u对于相同的被测量，用绝对误差评定其对于相同的被测

13、量，用绝对误差评定其测量精度的高低。但对于不同的被测量，测量精度的高低。但对于不同的被测量，则应采用相对误差来评定。则应采用相对误差来评定。u测测量量过过程程中中存存在在测测量量误误差差是是不不可可避避免免的的，任何测量值只能近似反映被测量的真值。任何测量值只能近似反映被测量的真值。u测测量量过过程程中中无无数数随随机机因因素素的的影影响响，使使得得即即使使在在同同一一条条件件下下对对同同一一对对象象进进行行重重复复测测量量也也不不会得到完全相同的测量值。会得到完全相同的测量值。u被被测测量量总总是是要要对对敏敏感感元元件件施施加加能能量量才才能能使使测测量量系系统统给给出出测测量量值值，这这

14、就就意意味味着着测测量量值值并并不不能完全准确的反映被测参数的真值。能完全准确的反映被测参数的真值。二、测量误差的来源二、测量误差的来源1、仪器误差仪器误差它是由于设计、制造、装配、检定等的它是由于设计、制造、装配、检定等的不完善以及仪器使用过程中元器件老化、不完善以及仪器使用过程中元器件老化、机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪机械部件磨损、疲劳等因素而使测量仪器设备带有的误差。器设备带有的误差。减少仪器误差的主要途径是根据具体测减少仪器误差的主要途径是根据具体测量任务，正确地选择测量方法和使用测量任务，正确地选择测量方法和使用测量仪器。量仪器。测量误差的来源测量误差的来源2、人身误差人身误差

15、它指由于测量者感官的分辨能力、视觉它指由于测量者感官的分辨能力、视觉疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现疲劳、固有习惯等而对测量实验中的现象与结果判断不准确而造成的误差。象与结果判断不准确而造成的误差。减少人身误差的途径减少人身误差的途径测量误差的来源测量误差的来源3、影响误差影响误差它是指各种环境因素与要求条件不一致它是指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。而造成的误差。主要的影响因素是环境温度、电源电压主要的影响因素是环境温度、电源电压和电磁干扰等。和电磁干扰等。测量误差的来源测量误差的来源4、方法误差方法误差它是所使用的测量方法不当，或对测量设它是所使用的测量方法不当，或对测量设备操

16、作使用不当，或测量所依据的理论不备操作使用不当，或测量所依据的理论不严格，或对测量计算公式不适当简化等原严格，或对测量计算公式不适当简化等原因而造成的误差，也称理论误差。因而造成的误差，也称理论误差。原则上可通过理论分析和计算或改变测量原则上可通过理论分析和计算或改变测量方法来加以消除或修正。方法来加以消除或修正。三、测量误差的分类三、测量误差的分类1系统误差系统误差u在在相相同同测测量量条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，误误差差的的绝绝对对值值和和符符号号或或者者保保持持不不变变，或或按按一定的规律变化，这类误差称为一定的规律变化，这类误差称为系统误差系统误差。

17、u恒值误差恒值误差u变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化变值误差：累进性、周期性、按复杂规律变化恒值恒值累进性累进性按复杂规律变化按复杂规律变化周期性周期性系统误差的特征系统误差的特征随机误差随机误差 2随机误差随机误差 在在相相同同测测量量条条件件下下，对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，由由于于受受到到大大量量的的、微微小小的的随随机机因因素素的的影影响响，测测量量误误差差的的绝绝对对值值的的大大小小和和符符号号没没有有一一定定的的规规律律，且且无无法法简简单单估估计计，这这类类误误差差称称为为随随机误差机误差。指测量者无法严指测量者无法严格控制的因素格控制的因素随机误差

18、随机误差u随机误差就随机误差就个体而言是无规律个体而言是无规律的，不能通的，不能通过实验的方法来消除。过实验的方法来消除。u但在等精度条件下，只要测量次数足够多，但在等精度条件下，只要测量次数足够多，那么就会发现：那么就会发现：从总体来说随机误差服从一从总体来说随机误差服从一定的统计规律定的统计规律，可以从理论上来估计随机误，可以从理论上来估计随机误差对测量结果的影响。差对测量结果的影响。随机误差与系统误差随机误差与系统误差u随机误差与系统误差既有区别又有联系，随机误差与系统误差既有区别又有联系，二者之间并无绝对的界限，在一定条件下可二者之间并无绝对的界限，在一定条件下可以相互转化。以相互转化

19、。u对某一具体误差，在某一条件下为系统误对某一具体误差，在某一条件下为系统误差，而在另一条件下可为随机误差，反之亦差，而在另一条件下可为随机误差，反之亦然。然。粗大误差粗大误差 3粗大误差粗大误差 明显地歪曲了测量结果的误差称为明显地歪曲了测量结果的误差称为粗大误粗大误差差，大多是由于测量者粗心大意造成的。，大多是由于测量者粗心大意造成的。 粗大误差一经发现，必须立即从测量数据粗大误差一经发现，必须立即从测量数据中剔除。中剔除。关于误差问：下列误差属于哪类误差？问：下列误差属于哪类误差？（1 1）用一块普通万用表测量同一电压，重复）用一块普通万用表测量同一电压，重复测量测量2020次后所得结果

20、的误差。次后所得结果的误差。（2 2）观测者抄写记录时错写了数据造成的误）观测者抄写记录时错写了数据造成的误差。差。（3 3）在流量测量中，流体温度、压力偏离设）在流量测量中，流体温度、压力偏离设计值造成的流量误差。计值造成的流量误差。随机误差随机误差粗大误差粗大误差系统误差系统误差三、测量精度三、测量精度1准确度准确度u对对同同一一被被测测量量进进行行多多次次测测量量，测测量量值值偏偏离离被被测量真值的程度称为测量真值的程度称为测量的准确度测量的准确度。u它它反反映映系系统统误误差差的的影影响响，系系统统误误差差越越小小，准准确度越高确度越高。测量精度测量精度2精密度：精密度：u对对同同一一

21、被被测测量量进进行行多多次次测测量量，测测量量值值重重复复一一致致的的程程度度，或或者者说说测测量量值值分分布布的的密密集集程程度度，称为称为测量的精密度测量的精密度。u它它反反映映随随机机误误差差的的影影响响，随随机机误误差差越越小小，精精密度越高密度越高。测量精度测量精度3精确度精确度u精精密密度度与与准准确确度度的的综综合合指指标标称称为为精精确确度度，或或称称精精度。度。u它反映它反映随机误差和系统误差随机误差和系统误差的综合影响。的综合影响。u精精密密度度高高的的，准准确确度度不不一一定定高高；准准确确度度高高的的精精密密度度不不一一定定高高；但但精精确确度度高高的的，则则精精密密度

22、度与与准准确确度度都高。都高。测量精度测量精度精密度高精密度高准确度高准确度高精确度高精确度高第四节第四节 测量仪表的基本技术指测量仪表的基本技术指标标1量程范围量程范围u仪仪表表能能够够测测量量的的最最大大输输入入量量与与最最小小输输入入量量之之间的范围称作间的范围称作仪表的量程范围仪表的量程范围，简称量程。，简称量程。u在在数数值值上上等等于于仪仪表表上上限限值值与与下下限限值值的的代代数数差差之绝对值。之绝对值。问：某温度计测量的最低温度为问：某温度计测量的最低温度为-20-20，最高温度为最高温度为100100，它的量程是多少？，它的量程是多少？1202灵敏度灵敏度u在在稳稳定定情情况

23、况下下，仪仪表表输输出出变变化化量量L与与引引起起此此变变化化的的输输入入量量的的变变化化量量Xb之之比比值值，定定义义为为仪仪表的灵敏度表的灵敏度。u用用S表示，即表示，即 式中，式中，S 仪表灵敏度仪表灵敏度 L、Xb 分别为输出与输入变化量分别为输出与输入变化量问：某测量范围是问：某测量范围是0100MPa的压力表，其满的压力表，其满量程时指针转角为量程时指针转角为270度，它的灵敏度是多少？度，它的灵敏度是多少？2.7度度/MPa 3灵敏限（分辨率、死区）灵敏限（分辨率、死区） 它它表表明明仪仪表表响响应应输输入入量量微微小小变变化化的的能能力力指指标标，即即不不能能引引起起输输出出发

24、发生生变变化化的的最最大大输输入入变变化化幅幅度与量程范围之比的百分数。度与量程范围之比的百分数。4. 仪器基本误差仪器基本误差 仪仪表表测测量量值值中中的的最最大大示示值值绝绝对对误误差差与与仪仪表表量程之比值称为量程之比值称为仪表的基本误差仪表的基本误差。 5. 仪器允许误差仪器允许误差 它它表表示示对对测测量量仪仪表表所所允允许许的的误误差差界界限限，即即出出厂厂的的仪仪表表都都要要保保证证基基本本误误差差不不超超过过某某一一规规定定值值，此规定值叫此规定值叫允许误差允许误差。 6准确度等级准确度等级 它它指指根根据据测测量量仪仪表表准准确确度度大大小小所所划划分分的的等等级级或或级级别

25、别。允允许许误误差差去去掉掉百百分分号号的的数数值值就就是是准准确确度度等等级级，工程上称为精度等级。，工程上称为精度等级。7. 变差变差 在外界条件不变在外界条件不变的情况下，使用同一仪的情况下，使用同一仪表对被测量进行反复测表对被测量进行反复测量（正行程和反行程）量（正行程和反行程）时，所产生的最大差值时，所产生的最大差值与仪表量程之比值称为与仪表量程之比值称为变差变差，用，用表示。表示。测量行程u正行程：正行程：测量系统的输入量从量程下限测量系统的输入量从量程下限增至量程的上限的测量过程。增至量程的上限的测量过程。u反行程：反行程：测量系统的输入量从量程上限测量系统的输入量从量程上限减少

26、至量程的下限的测量过程。减少至量程的下限的测量过程。习题：习题：1.某测温仪表的准确度等级为某测温仪表的准确度等级为1.0级，绝对级，绝对误差为误差为1，测量下限为负值（下限的，测量下限为负值（下限的绝对值为测量范围的绝对值为测量范围的10），试确定该），试确定该表的测量上限值、下限值和量程。表的测量上限值、下限值和量程。 （90， 10， 100 ）习题：习题：2.用测量范围为用测量范围为50+150kPa的压力表测的压力表测量量140kPa压力时，仪表示值为压力时，仪表示值为+142kPa，求该示值的绝对误差、实际相对误差和引求该示值的绝对误差、实际相对误差和引用相对误差。用相对误差。 （

27、+2kPa， +1.43%， +1.0% ）习题：习题：3.某某1.5级测量范围为级测量范围为0100kPa的压力表，在的压力表，在50kPa、80kPa、100kPa三点校验时，其示值三点校验时，其示值绝对误差分别为绝对误差分别为0.8kPa、+1.2kPa、+1.0kPa，试问该表是否合格？，试问该表是否合格？ 因为因为1.21.5%，所以该表合格。，所以该表合格。仪器基仪器基本误差本误差小于允小于允许误差，许误差，仪器合仪器合格；反格；反之则不之则不合格。合格。习题：习题：4.现有现有2.5级、级、2.0级、级、1.5级三块测温仪表，对应的级三块测温仪表，对应的测量范围分别为测量范围分别

28、为100+500、50550、01000，现要测量，现要测量500的温度，其测量值的的温度，其测量值的相对误差不超过相对误差不超过2.5%，问选用哪块表最合适？，问选用哪块表最合适？ 解：解：(500+100)2.5%=15，15500100%=3%； (550+50)2.0%=12， 12500100%=2.4%； (10000)1.5%=15， 15500100%=3%； 所以准确度所以准确度2.0级量程范围级量程范围50550的测温的测温仪表最合适。仪表最合适。第二部分 UP-1500 风机各部件传感器一、转速测量转速测量分为：叶轮转速编码器、发电机转速编码器。n叶轮转速由位于滑环末端的

29、增量式编码器进行测量；发电机转子转速由位于发电机末端的增量式编码器进行测量，编码器将旋转位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，并计算出速度。（二）风速风向测量n由安装在测风杆上的风速仪和风向标来进行测量，他们分别自带加热装置，风向的检测范围是360 度。n风机运行时，依靠风向标测得的风向与机舱的夹角来确定偏航位置，机舱由主动偏航刹车和偏航驱动电动机制动器来固定位置。 采用超声波风传感器（三）振动测量1、由一个加速度振动传感器来测量。n加速度传感器是利用压电材料（如石英、陶瓷和酒石酸钾钠晶体等）的压电特性，当有外力作用在这些材料上时便产生电荷。在加速

30、度传感器中，施加在压电晶体片上的作用力与振动的加速度成正比，而压电晶体片输出的电荷与作用在压电晶体片上的作用力成正比，所以称为加速度传感器。 振动测量n采用加速度传感器，要获得振动速度信号，需要经过一次积分；而要获得振动位移信号则需经过两次积分。由此造成原振动信号较大幅度的衰减，灵敏度不好，且受外界干扰影响大，所以加速度传感器虽然结构简单，但在振动测试中一直未广泛应用。振动测量2、速度传感器n速度传感器属于接触式传感器，用来测量轴承座、机壳或者基础振动。速度传感器是利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电动势输出。要取得与振动位移成正比的振动信号，传感器输出的信号必须经过积分回路，一般

31、TSI仪表内部都设有积分回路。振动测量3、复合式探头传感器主要用来测量主轴的绝对振动，它是由一个电涡流传感器和一个速度传感器组合而成，一个电涡流传感器测量主轴相对于轴承座的振动，即主轴的相对运动，而速度传感器用于测量轴承座的绝对振动。速度传感器输出的信号经V-D转换器（积分器）转换，变为绝对振动的信号，与电涡流传感器输出的相对振动信号一起输入合成器，在合成器内进行矢量相加，然后输出主轴的绝对振动信号。即根据运动的合成与分解实现测量。振动测量4、键相器n相位是描述转子在某一瞬间所在位置的一个量，目前采用标准脉冲法，由电涡流传感器作为键相器。要正确测量振动的相位，最关键的是正确取得标准脉冲信号。对

32、确定的电涡流传感器，其输出电压与探头与物体间的距离成正比，如果在转轴上设置一个凸条或凹槽，转子每转一周，涡流传感器将输出一个负或正脉冲信号，将它作为标准脉冲信号。 键相器 （四）温度测量n轴承温度：在主轴上有两个测试主轴轴承温度的传感器。热电偶或热电阻。n发电机温度：发电机有定转子绕组温度，轴承温度（D，N 轴承）等传感器。n环境温度，机舱温度，机柜温度等。n采用热电偶或热电阻传感器。温度测量应用1、运行温度n常温型：生存温度 -20C 至50C； 工作温度 -10C 至40C；n低温型：生存温度 -40C 至50C； 工作温度 -30C 至40C；n齿轮箱运转的在机舱内的最低温度是-30C，

33、低于这个温度禁止运行，齿轮箱在机舱内的存储温度是-40C，最高温度不超过50C。温度测量应用2、油池温度n正常运转时的油池温度低于70C，如果油池温度超过70C，持续超过30 分钟，风机必须停止运转。如果温度超过80C，风机应当立即停止运转。n油池温度在0-35C 之间时，电机泵在低转速运转，温度超过35C，电机泵在高转速运行。温度测量应用n油池温度超过60C 时风扇开始在低转速运转，当油池温度超过65C 时，风扇电机在高转速运转，当温度降到低于58C，风扇电机回到低转速，当油池温度低于50C 时，风扇电机关机。n加热器低于10C 时开始加热，油池温度高于20C 时，电加热器关机。温度测量应用

34、3、轴承温度n正常运转时的轴承温度低于90C，如果轴承温度超过90C，持续超过30 分钟，风机必须停止运转。如果温度超过95C，风机应当立即停止运转。温度测量原理（热电阻）n物质的热电阻值随物体本身的温度变化而变化的特性称为热电阻效应。在测量技术中，利用热电阻效应制作对温度很敏感的热电阻元件。当热电阻元件与被测对象通过传热达到热平衡时，可根据热电阻的电阻值确定温度。 n测温公式：测温公式： Rt = Rt0 1+(t t0 ) 温度测量原理（热电阻）nRt , Rt0-温度为t和t0时热电阻的阻值，n-在一定温度范围内，热电阻的温度系数，1/C 。金属的纯度对电阻温度系数影响很大。纯度越高，越

35、大；杂质越多，值越小且不稳定。若用R0和R100分别表示0C和100C的电阻值，则有， 上式表明，电阻比越大，值越大，材料纯度越高。当金属导体热电阻在t0时的电阻值 Rt0已知，且已知，且值确定的情况下，只要测出电阻值 Rt，则可以测出温度。 标准热电阻的种类和结构标准热电阻的种类和结构 1、铂电阻又分Pt100和 Pt50两种，分别表示0时的电阻值为100和50。纯度1.3910。2、铜电阻又分Cu100和 Cu50两种，分别表示0时的电阻值为100和50。纯度1.4250。热电阻连接方式热电阻连接方式 热电阻连接方式见下图所示。热电阻连接方式见下图所示。数字温度显示仪表 （五）高速轴刹车磨

36、损传感器n高速刹车由一个刹车磨损传感器来监测刹车片的磨损程度。（六）偏航位置和解缆n由增量式编码器和扭缆开关进行监测，偏航扭缆2.5 圈触发1 级故障，偏航扭缆3 圈触发3 级故障；（七）液压系统开关量信号n液压系统有温度、压力、油位等传感器。如果越限值就会触发报警或正常停机。n温度开关、压力开关、液位开关。（八）齿轮箱相关参数测量n齿轮箱油压和油温由热电阻PT100 和入口油压力开关监测，如果越限值就会触发报警或正常停机。n压差开关对润滑油的杂质进行监视，一旦油滤网杂质过多堵塞，压差开关动作报警。（九）叶片角度测量n冗余编码器安装在变桨轴承内齿边，以记录叶片桨矩角。经信号传变后送变桨调节系统

37、。n在正常运行期间，在1225m/s 风速范围内，桨矩角在约为030变化范围内控制功率输出，此时，通过桨距控制使风轮转速保持恒定。n在故障或停机期间，叶片顺桨至桨距角90位置。叶片角度测量 应用第三部分第三部分 风电控制技术风电控制技术UPS电源风力发电变桨距系统构成框图风力发电变桨距系统构成框图控制对象风机的控制系统n风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务，它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器）几部分组成。风机的控制系统n监控系统（监控系统（SCADA）：监控系统实现对全风场风机状况的监视与启

38、、停操作，它包括大型监控软件及完善的通讯网络。n变频系统（变频）器变频系统（变频）器：与主控制系统接口，和发电机、电网连接，直接承担着保证供电品质、提高功率因素，满足电网兼容性标准等重要作用。主控主控系统主控系统是风机控制系统的主体，它实现自动启动、自动调向、自动调速、自动并网、自动解列、故障自动停机、自动电缆解绕及自动记录与监控等重要 控制、保护功能。它对外的三个主要接口系统就是监控系统、变桨控制系统以及变频系统（变频器），它与监控系统接口完成风机实时数据及统计数据的交换，与变桨控制系统接口完成对叶片的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，与变频系统（变频器）接口实现对有功功率以及无功功率的自

39、动调节。变桨控制系统变桨控制系统n变桨控制系统变桨控制系统：与主控系统配合，通过对叶片节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行，提高了风力发电机组的运行灵活性。目前来看，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式中又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。下面介绍电气驱动方式变桨控制系统变桨控制系统。变桨控制系统变桨控制系统n电动变桨距系统一般包括变桨距伺服电机、 控制器、 电机驱动器、 UPS、 减速箱等。为了实现风机对叶片的异步控制 ,每个叶片都有自己的独立变桨机构即驱动装置。驱动装置由一个有制动装置和脉冲发送器的交流伺服电机以及一个有从动小齿轮的 3 级行星式传动装置构成。

40、变桨控制系统变桨控制系统n由于桨叶重量大 ,同时又有阻力作用 ,桨距角变化都比较缓慢 ,但是一般伺服电机转速都较高 ,所以需要减速机构 ,系统采用减速比为 176. 8 的 3 级行星减速箱。传动装置以法兰连接在铸在轮毂壁上的托架上。小齿轮与叶片轴承的内齿相啮合并在电机旋转时调节叶片。每个叶片的叶片角度利用电机上的位移传感器检测 ,同时借助非接触式位移传感器和两个终端开关来监控。叶片的同步运转由控制装置调节。一叶片相对于另一叶片的最大许可偏差为 0. 3 。变桨控制系统变桨控制系统n速差大风力发电机组中的齿轮箱，其主要功用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。通常

41、风轮的输入转速很低，约20r/min,远达不到发电机转子所要求的15001800r/min的转速，必须通过齿轮多级增速传动来实现。变桨控制系统变桨控制系统机舱内的主控制器与轮毂内的变桨控制器之间通过DP总线连接 ,另外 ,变桨控制的供电电源是由机舱提供三相供电电源 ,DP 总线及三相供电电源都是通过滑环连接。当风速高于启动风速需要由停机状态转为待机状态;或者是当风速高于并网风速 ,需要并网时;还有当风速高于额定风速且满足运行条件时 ,主控制器根据采集来的风速计算每个叶片需要调节的桨距角 ,由主控制器发出桨叶调节命令 ,通过 DP 总线转到变桨控制器然后由伺服电机通过减速箱带动叶片转动。变桨控制

42、系统变桨控制系统n图中虚线部分为 UPS电源 ,机舱内的三相供电电源经过滑环连接 UPS ,一方面对伺服电机供电 ,另一方面 ,将交流电整流成 24 V 直流做变桨控制器的电源 ,同时对蓄电池充电 ,这是变桨部分能够安全运行的保障 ,当风力发电机组突然出现故障或者外接电源突然断开 ,要能使桨叶在蓄电池作用下短时间内达到顺桨状态 ,本系统要求以 9 / s的速度在 8 s内完成。控制难点分析n就风机控制系统本身的要求来看，确有它的特殊性和复杂性。从硬件来讲，风机控制系统随风机一起安装在接近自然的环境中，工作有较大振动、大范围的温度变化、强电磁干扰这样的复杂条件下，因此其硬件要求比一般系统要高得多

43、。从软件来讲，风机要实现完全的自动控制，必须有一套与之相适应的完善的控制软件。控制难点分析n主控系统、变桨系统和变频器需要协同工作才能实现在较低风速下的最大风能捕获、在中等风速下的定转速以及在较大风速下的恒频、恒功运行，这需要在这几 大部件中有一套先进、复杂的控制算法。（基于数字控制的大功率电子驱动控制系统）控制难点分析n风机控制系统是与风机特性高度结合的系统，包括主控、变桨和变频器在内的控制软件不仅算法复杂，而且其各项参数的设定与风机本身联系紧密，风机控制系统的任务不仅仅是实现对风机的高度自动化监控以及向电网供电，而且还必须通过合适的控制实现风能捕获的最大化和载荷的最小化。（最优控制）控制难

44、点分析n叶片的驱动和控制技术、如更大容量的变频器开发，都是必须不断解决的新的课题。当前，由于风力发电机组在我国电网中所占比例越来越大，风力发电方式的电网兼容性较差的问题也逐渐暴露出来，同时用户对不同风场、不同型号风机之间的联网要求也越来越高，这也对风机控制系统提出了新的任务：控制难点分析1.采用统一和开放的协议以实现不同风场、不 同厂家和型号的风机之间的方便互联。目前，风机投资用户和电网调度中心对广布于不同地域的风场之间的联网要求越来越迫切，虽然各个风机制造厂家都提供了一 定的手段实现风机互连，但是由于采用的方案不同，不同厂家的风机进行互联时还是会有很多问题存在，实施起来难度较大。因此，实现不

45、同风机之间的方便互联是 一个亟待解决的重要课题。控制难点分析2、需要进一步提高低电压穿越运行能力（LVRT）。风力发电机组，尤其是双馈型风机，抵抗电网电压跌落 的能力本身较差。当发生电网电压跌落时，从前的做法是让风机从电网切出。这种做法会对电网造成严重影响，甚至可能进一步扩大事 故。控制难点分析n要求在这种情况下风机能保持在网运行以支撑电网。风机具有的这种能力称为低电压穿越 运行能力（LVRT），有的国家甚至要求当电网电压跌落至零时还能保持在网运行。国家电网公司出台了风电场接入电网技术规定，其中 规定了我国自己的低电压穿越技术要求，明确要求风电机组在并网点电压跌落至20%额定电压时能够保持并网

46、运行625ms、当跌落发生3s内能够恢复到额定 电压的90%时，风电机组保持并网运行的低电压穿越运行要求。控制难点分析n在今后可能还会出台更为严格的上网限制措施。这些要求的实现，主要靠控制系统中变频器算法及结构的改善，当然和主控和变桨系统也有密切联系。控制难点分析3、实现在功率预估条件下的风电场有功及无功功率自动控制。目前，风电机组都是运行在不调节的方式，也就是说，有多少风、发多少电，这在风电所占比例较小的情况下也没有多大问题。但是，随着风电上网电量的大幅度增加，在用电低谷段往往是风机出力最大的时段，造成电网调峰异常困难，电网频率、电压均易出现较大波动。控制难点分析n当前，电网对这一问题已相当

47、重视，要求开展建设风电场功率预测系统和风电出力自动控制系统，实现在功率预测基础上的有功功率和无功功率控制能力。事际上，这个系统的建设不是一件容易的事情，涉及到很多方面的技术问题。（参与电网调度的潮流控制）第四部分 风电场监控系统简介n风电场监控系统具备对风电场全场每台风电机组进行中央监控、远程Web监控和统计分析等功能。n监控系统主要分为三层结构： 1、监控系统网络层 2、监控系统数据库层 3、监控系统人机界面层1、监控系统网络层n网络层主要为风电机组监控网络设备，包括风电机组交换机、光纤网络等。2、监控系统数据库层n监控系统数据库包括实时数据库和历史数据库，数据库层主要完成承上启下的作用。实时数据库从风电机组读写风电机组数据，然后把当前数据发送给客户端界面，并接受客户端的操作控制请求。3、监控系统人机界面层n监控系统人机界面层能够形象生动地在计算机显示器上显示风电机组的当前状态，并且让用户完成风电机组的控制操作。监控系统客户端可以配置多台，但标准配置两台。风力发电机的液压系统风力发电机的液压系统举例举例n风机液压系统控制框图n叶轮刹车系统偏航刹车系统n谢谢大家!