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新型无功补偿装置稳定风力发电系统电压的研究初探

新型无功补偿装置稳定风力发电系统电压的研究初探
新型无功补偿装置稳定风力发电系统电压的研究初探

新型无功补偿装置稳定风力发电系统电压的研究初探

摘要:风力在电力系统中的应用具有非常重要的作用,风力作为一种可再生能源,具有能量大、无污染的优点,在电力系统中的应用可以节约能源,实现可持续发展的战略目标。现阶段风力发电系统主要应用无功补偿方式,既发挥了一定的作用,也存在一些问题,本文对新型无功补偿装置稳定风力发电系统电压存在的问题进行分析,对新型无功补偿装置应用于风力发电系统稳定电压进行研究,提高电压的稳定性,保证电力顺利输送。

关键词:无功补偿装置;风力发电系统;稳定电压;问题;有效措施

一、前言

随着社会经济的不断发展,社会生产对电力的需求越来越大,电力系统为了保证供电安全,对发电机进行了改革,风力发电是可持续发展倡导的清洁能源,目前,已经得到了很好的应用,风电容量注入电力系统对风电系统电网产生了一定的影响,尤其是电网中的电压稳定。为了保证风力发电系统运行安全,在发电机组中装置电容补偿装置,以投切补偿的方式对机组出力进行补偿,但是,投切补偿电容器不具备连续性,对电网中电压稳定产生较大程度的影响。为此,提出了用新型的无功补偿装置稳定风电系统中的电压,保证电网安全,促进电力企业发展。

二、无功补偿装置应用于风力发电系统中的重要性

影响风力稳定性的因素有很多,其中主要包括:气候、温度以及光照,所以风力具有很强的不稳定性,风速发生变化的时候,风电系统中的风电机组也会随之发生变化,通过无功补偿装置可以有效减少电压波动对电网运行稳定性的冲击。在风力风电系统中有足够的无功功率备用,电网系统中无功电源充足,就可以解决较高电压下安全用电问题,可以充分满足无功平衡的需要,提高发电系统的运行电压质量。电网中有足够的无功功率,就可以使电网负荷电压保持在正常水平,无功电源的容量不足,电压负荷端的电压就会降低。所以,要提高风力发电系统的电压质量,保证风力发电系统电压稳定,就必须使风力发电系统的无功功率保持平衡,电网系统中的无功电源充足。无功补偿装置在风力发电系统中的应用,可以提高无功功率的因数,提高风力发电系统中的设备利用率、输电功率,有效改善电网的电压质量,满足社会生产的用电需求,为社会发展提供充足的动力,促进社会发展,具有非常重要的意义。

现阶段,风力发电系统中的无功补偿装置主要有同步调相机、风力电容器、静止无功补偿器以及静止同步补偿器等,每种装置都有自身的优势和不足,但这些装置的共同目的都是减少电感性的负荷,校正无功补偿因素,使之接近于1,最大限度的减少无功损耗,保证风电系统中的电压稳定,保证电网安全运行。下面对基于DSP静止无功装置取代并联电容器无功补偿装置进行分析,这种无功补偿装置的最大特点就是能够快速连续地对风电发电系统进行无功补偿,还可以

家用小型风力发电系统的初步设计

2015年度本科生毕业论文(设计) 家用小型风力发电系统的初步设计 院-系:工学院 专业:电气工程与其自动化 年级:2011级 学生姓名: 学号: 导师与职称: 2015年6月

2015 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The preliminary design of small household wind power generation system Department:Electrical Engineering and Automation Major:Institute of Technology Grade:2011 Student’s Name:Xu Yun Dong Student No.:2 Tutor:The lecturer Hua Jing Finished by June, 2015

摘要 风能作为一种清洁的可再生能源正逐渐受到了人们的重视,风力发电也成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案,对风力发电机组的结构和电能的变换与继电控制电路做了初步的研究。 本论文首先介绍了课题的目的和意义,综述了国内外风力发电的发展概况,简要概括了风力发电相关技术的发展状况,论述了常见小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用,同时对本论文的系统方案做了简要的概括,着重分析了整流电路与Buck降压电路的配合,蓄电池充放电继电保护以与电能输出的有效性等。还引入了市电切换电路,作为在发电机故障或蓄电池电量不足的情况下为负载供电。为了使能量的利用达到最大化,本系统还引入了并网电路。所以本论文设计的小型风力发电机组不但适合偏远的地区,也适合市区家庭使用。 本文提出的解决方案为:风力传动装置带动三相永磁交流发电机,然后通过AC—DC—DC—AC变换为交流电,并且考虑到风力的不稳定性,在系统中并入蓄电池组和稳压器,通过继电控制电路的监控以实现系统的自动控制,同时并入市电投切,保证系统在风能充足时可蓄能,在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。 本论文的重点在于继电控制电路的设计,并对各种不同风力情况下系统的运行状况进行了全面而严谨的分析。 关键词:小型风力发电机组;整流:逆变;继电控制:蓄电池

风力发电机组变桨系统毕业论文

风力发电机组变桨系统的维 护与检修 毕业顶岗实习报告书 专业:电力系统自动化技术(风电方向) 班级: 姓名: 顶岗实习单位:金风科技股份有限公司 校外指导师傅: 校内指导教师: 报告完成日期: 新疆农业大学 2015年6月

风力发电机组变桨系统的维护与检修 学生姓名: 专业班级: 学生诚信签名: 完成日期: 指导教师签收: 摘要 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题,却给环境造成了很大的破坏,而风能具有无污染、可再生、低成本等

优点,所以其受到世界各国的重视。 可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。然而,因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点,同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上,自然条件比较恶劣,因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行,并且要求控制系统有高可靠性。所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义。 本文首先在对风力发电原理,风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手,分析了变桨距控制的基本规律,再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制,电动变桨距控制的方案,变桨距风机的维护和检修,最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。 关键词:变桨距控制,维护,检修

目录 摘要 (2) 一顶岗实习简历 (1) 二顶岗实习目的 (1) 三顶岗实习单位简介 (2) 目前行业发展地位 (2) 四顶岗实习内容 (3) 第一章变桨距系统 (3) 变桨距与定桨距 (5) 定桨距 (5) 变桨距 (5) 定桨距与变桨距的比较 (6) 而变桨距风力发电机可以克服上述定桨距风力发电机的缺点,在很宽的风速范围内保持最佳叶尖速比,从而提高风力机的运行效率和系统稳定性。变桨距风力发电机在变桨距的同时通过配合使用双馈发电机或永磁风力发电机,可以减轻风速突变产生的转距波动,减轻传动机构承受的扭矩波动,提高齿轮箱寿命,减少传动系统故障率。此外,可结合对电机的励磁控制,实现无电流冲击的软并网,使机组运行更加平稳安全[2]变桨矩调节原理 (7) 变桨距控制过程 (7) 变桨距风力机组的运行状态分析 (8) 启动状态 (8) 欠功率状态 (9) 额定功率状态 (9) 变桨距控制的特点 (9) 输出功率特性 (9) 风能利用率 (10) 额定功率 (10) 启动与制动性能 (10) 对机械部件的影响 (10) 第二章变桨矩系统的原理与结构 (11) 变桨矩调节原理 (11) 变桨矩系统分类 (11) a) 液压变桨矩 b) 电动变桨矩 (12) 图变桨矩系统的轮毂照片 (12) 风力发电机组变桨矩驱动装置比较和选择 (15) 液压变桨与电动变桨技术比较 (15) 见表[6]。 (15) 表液压变桨系统与电动变桨系统的比较 (15) 项目 (15) 液压变桨矩系统 (15) 电动变桨矩系统 (15) 桨矩调节 (15) 响应速度慢 (15)

风力发电系统建模与仿真

风力发电系统建模与仿真 摘要:风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式,近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型,主要完成了以下工作:(1)基于风资源特点,建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础; (2)运用叶素理论,建立了变桨距风力机机理模型; (3)分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法,并给出了机组的仿真模型,为风力发电软件仿真奠定了基础; (4)搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型,并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词:风力发电;风频;风速;风力机;变桨距;建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 (1)风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向,如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有:能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 (2)风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能,因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能,即风能密度,表示如下: 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W),是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量; /m ρ——空气密度(3 kg); /m

风力发电机液压变桨系统简介

风力发电机液压变桨系统简介 全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术,变桨距控制与变频技术相配合,提高了风力发电机的发电效率和电能质量,使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能,减少风力对风机的冲击,它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。 风机变桨调节的两种工况 风机的变桨作业大致可分为两种工况,即正常运行时的连续变桨和停止(紧急停止)状态下的全顺桨。风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。当风机停机或紧急情况时,为了迅速停止风机,桨叶将快速转动到90°,一是让风向与桨叶平行,使桨叶失去迎风面;二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动,以达到迅速停机的目的,这个过程叫做全顺桨。液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。 液压变桨系统 液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力,液压油作为传递介质,电磁阀作为控制单元,通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。 液压变桨系统的结构 变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置(桨距)控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。 图1 控制原理图 液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示,它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成,图中仅画出其中的一套变桨装置。

海上风力发电及变桨距系统的心得体会

海上风力发电及变桨距系统的心得体会毕业设计(论文)开题报告 题目:海上风力发电变桨伺服系统设计学院:电气信息学院 专业:电气工程及其自动化学生姓名:学号:指导老师: xx年 3月 15日 开题报告填写要求 1.开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。 2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见。 3.“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的 __应不少于10篇(不包

括辞典、手册),其中至少应包括1篇外文资料;对于重要的 __应附原件复印件,作为附件装订在开题报告的最后。 4.统一用A4纸,并装订单独成册,随《毕业设计(论文)说明书》等资料装入文件袋中。 毕业设计(论文)开题报告 毕业论文 题目:海上风力发电变桨伺服系统 学院:电气信息学院专业:电气工程及其自动化班级:学号:学生姓名:导师姓名:完成日期: xx年6月 诚信声明 本人声明: 1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;

2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料; 3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。 作者签名:日期:年月 湖南工程学院 毕业设计(论文)任务书设计(论文)题目:海上风力发电变桨伺服系统设计姓名系别电气信息学院专业电气工程及其自动化班级学号 指导老师教研室主任谢卫才 一.基本任务及要求: 本设计以海上风力发电变桨伺服电机为控制对象研究其控制系统的设计方法。主要设计内容为:①掌握变桨伺服电机的原理、结构; ②研究变桨伺服电机控制方法;③完成调速系统主电路结构和原理设

风力发电机控制原理

风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统,具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程,最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词:风力涡轮机;双馈异步;永磁同步发电系统 概述: 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制,目前主要的两种控制方式是:双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前,我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性: 1,风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示: P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹(Betz)理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为:Cpmax=0.593。 2,叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下,输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看,对应于每个风速的曲线,都有一个最大输出功率点,风速越高,最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速,使得在所有风速下都工作于最大工作点,则发出电能最多,否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关,关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比,纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中,每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线,倾角越大,曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段,其中下降段是稳定工作段(若风速和倾角不变,受扰动后转速增加,l加大,Cp减小,涡轮机输出机械功率和转矩减小,转子减速,返回稳定点。)它是工作区段。在工作区段中,倾角越大,l和Cp越小。 3,变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速,而是根据转速信号控制,因为风速信号扰动大,而转速信号较平稳和准确(机组惯量大)。 三段控制要求: 低风速段N<Nn,按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率-转速曲线的最大值点,得到PTARGET=f(n)关系,把PTARGET作为变频器的给定量,通过控制电机的输出力矩,使风力发电实际输出功率P=PTARGET。图3是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与A2点,风速增大至V2后,由于惯性影响,转速还没来得及变化,工作点从A2移至A1,这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率,机组加速,沿对应于V2的曲线向A3移动,最后稳定于A3点,风速减小至V3时的转速下降过程也类似,将沿B2-B1-B3轨迹运动。 中风速段为过渡区段,电机转速已达额定值N=Nn,而功率尚未达到额定值P<Pn。倾角控制器投入工作,风速增加时,控制器限制转速升,而功率则随着风速增加上升,直至P=Pn。 高风速段为功率和转速均被限制区段N=Nn/P=Pn,风速增加时,转速靠倾角控制器限制,功率靠变频器限制(限制PTARGET值)。 4,双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图4,绕线异步电动机的定子直接连接电网,转子经四象限IGBT电压型交-直-交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率,随着转速变化而变化,变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频(50HZ)的转差功率,送至电网。由图4可知: P=PS-PR;PR=SPS;P=(1-S)PS P是送至电网总功率;PS和PR分别是定子和转子功率 转速高于同步速时,转差率S<0,转差功率流出转子,经变频器送至电网,电网收到的功率为定、转子功率之和,大于定子功率;转速低于同步转速食,S>0,转差功率从电网,

小型家用风力发电系统的设计

毕业设计(论文) 题目小型家用风力发电系统 的设计 姓名 学号 所在学院 专业班级 指导教师 日期年月日

原创性明 本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授书 本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定,同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密□,在年解密后适用本授权书。 2、不保密□ (请在以上相应方框内打“√”) 作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日

摘要 随着环境问题和化石能源危机日益加剧,各国都在寻找新的可代替能源来解决能源危机和环境污染。风能和太阳能一样也是取之不尽的一种可再生能源,风力发电成为现在人们利用风能的一种主要形式,小型风力发电构成的家用分布式发电系统在未来更具有利用前景。因此对小型家用风力发电系统的研究有很多实用性和价值。 本文设计的家用风力发电系统选用单片机STC89C52为控制核心设计了系统电路,实现由蓄电池电能逆变为小型家用电器实用的24V50Hz的交流电。对风力发电原理及逆变的必要性做了重点介绍,分析了设计的电路各个模块工作原理,给出了系统的原理图和软件设计流程图。设计的家用发电系统经济成低、实用性强。 关键词:风力发电,单片机,蓄电池,逆变

风力发电系统有哪些设备组成

二、风力发电系统有哪些设备组成 2.1 基本原理和部件组成如下: 大部分风电机具有恒定转速,转子叶片末的转速为64米/秒,在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子,被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的,因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。 大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去,并向叶片的根部移动,直至到转子中心,你会发现风从很陡的角度进入(比地面的通常风向陡得多)。如果叶片从特别陡的角度受到撞击,转子叶片将停止运转。因此,转子叶片需要被设计成螺旋状,以保证叶片后面的刀口,沿地面上的风向被推离。 2.2 风电机结构 机舱:机舱包容着风电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子,即转子叶片及轴。 转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很象飞机的机翼。 轴心:转子轴心附着在风电机的低速轴上。 低速轴:风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。 齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风电机被维修时。 发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常,在风改变其方向时,风电机一次只会偏转几度。 电子控制器:包含一台不断监控风电机状态的计算机,并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风电机的转动,并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。 液压系统:用于重置风电机的空气动力闸。 冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。 塔:风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势,因为离地面越高,风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔,也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全,因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 风速计及风向标:用于测量风速及风向。 蓄电池:是发电系统中的一个非常重要的部件,多采用汽车用铅酸电瓶,近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。也有选用镉镍碱性蓄电池的,但价格较贵。 控制器和逆变器:风力机控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电,以保证蓄电池不至于过充和过放,以保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作。目前风力机控制器一般都附带一个耗能负载,它的作用是在蓄电池瓶已充满,外部负荷很小时来吸纳风力机发出的电能。 逆变器:逆变器是把直流电(12V、24V、36V、48V)变成220V交流电的装置,因为目前市场上很多用电器是220V供电的,因此这一装置在很多应用场合是必须的。 2.3 风电机发电机 风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的,电网上的发电设备相比,有点不同。原因是,发电机需要在波动的机械能条件下运转。 2.3.1 输出电压

风力发电变桨系统浅析

风力发电变桨系统浅析 摘要:变速变桨距风力发电机组目前已成为大型风力发电机组研发和应用的主流机型。变桨距机构就是在额定风速附近,依据风速的变化随时调节桨距角,控制吸收的机械能,一方面保证获取最大的能量(与额定功率对应),同时减少风力对风力机的冲击。在并网过程中,变桨距控制还可实现快速无冲击并网。 关键词:变桨、限位开关、羽状位置、变频 一、变桨系统概述 变桨控制系统实现风力发电机组的变桨控制,在额定功率以上通过控制叶片桨距角使输出功率保持在额定状态。变桨控制柜主电路采用交流--直流--交流回路,由逆变器为变桨电机供电,变桨电机采用交流异步电机,变桨速率由变桨电机转速调节。 二、机械和电气部分 1、变桨控制系统包括三个主要部件,驱动装置-电机,齿轮箱和变桨轴承。从额定功率起,通过控制系统将叶片以精细的变桨角度向顺桨方向转动,实现风机的功率控制。如果一个驱动器发生故障,另两个驱动器可以安全地使风机停机。 2、变桨控制系统是通过改变叶片迎角,实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变叶片迎角,由此控制叶片的升力,以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。在90度迎角时是叶片的工作位置。在风力发电机组正常运行时,叶片向小迎角方向变化而达到限制功率。一般变桨角度范围为0~86度。采用变桨矩调节,风机的启动性好、刹车机构简单,叶片顺桨后风轮转速可以逐渐下降、额定点以前的功率输出饱满、额定点以的输出功率平滑、风轮叶根承受的动、静载荷小。变桨系统作为基本制动系统,可以在额定功率范围内对风机速度进行控制。 3、变桨控制系统有四个主要任务: (1)通过调整叶片角把风机的电力速度控制在规定风速之上的一个恒定速度。 (2)当安全链被打开时,使用转子作为空气动力制动装置把叶片转回到羽状位置(安全运行)。 (3)调整叶片角以规定的最低风速从风中获得适当的电力。 (4)通过衰减风转交互作用引起的震动使风机上的机械载荷极小化。 4、变桨轴承

风力发电系统及稳定性

风力发电系统及稳定性 2.1风力发电概述 风能是当今社会中最具竞争力,最有发展前景的一种可再生能源,将风能应用于发电(即风力发电)则是目前能源供应中发挥重要作用的一项新技术。研究风力发电技术对我国大型风力发电机组国产化及推动我国风力发电事业的不断发展有着重要意义。 与火力发电相比,风力发电有其自己的特点,具体表现在一下几个方面:1):可再生的洁净资源。风力发电是一种可再生的洁净能源,不消耗资源,不污染环境,这是风力发电所无法比拟的优点。 2):建设周期短。一个万千瓦级的风力发电场建设期不到一年。 3):装机规模灵活。可根据资金情况决定一次装机规模,有一台的资金就可安装投产一台。 4):可靠性高。把现代科技应用于风力发电机组可使风力发电可靠性大大提高。中大型风力发电机可靠性从20世纪80年代的50%提高到98%,高于火力发电,并且机组寿命可达20年。 5)造价低。从国外建成的风力发电场看,单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电,和常规能源发电相比具有竞争力。 6)运行维护简单。现在中大型风力机自动化水平很高,由于采用了微机技术,实现了风机自诊断功能,安全保护更加完善,并且实现了单机独立控制,多级群控和遥控,完全可以无人值守,只需定期进行必要的维护,不存在火力发电中的大修问题。 7)实际占地面积小。据统计,机组与监控,变电等建筑仅占火电场1%的土地,其余场地仍可供农,牧,渔使用。 8)发电方式多样化。风力发电既可并网运行,也可与其他能源,如柴油发电,太阳能发电,水力发电机组成互补系统,还可以独立运行,对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可行性。 2.11 国外风电发展现状 20世纪70年代石油危机发生以来,西方发达国家积极地寻求新的能源,风力发电应运而生。风电在国外发达国家相当普及,尤其是德国,西班牙,美国等国家,风电所占的比重很大。2011年全球新增装机容量超过4000万kw,累计装机容量超过2.37亿kw。据2012年世界风电报告,2011年全球风电累计装机容量排名前十位的国家如图2-1所示,2011年各国风电累计装机容量占比2-2所示。

风力发电机变桨系统

风力发电机变桨系统 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速,进而控制风机的输出功率,并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连,每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间,当风速超过机组额定风速时(风速在12m/s到25m/s之间时),为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间(变桨角度根据风速的变化进行自动调整),通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置(执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置)。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作(比如变桨系统的主电源供电失效后),因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机(叶片顺桨到91度限位位置)。此外还需要一个冗余限位开关(用于95度限位),在主限位开关(用于91度限位)失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时,风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端(电机尾部),还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁,它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号,而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号,只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速;利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行,使风机停机。 3 主要部件组成

风力发电控制系统

贝加莱风力发电控制系统 2009-05-18 09:24 1、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展,即使在金融危机的大形势下,风力发电行业仍然不断的加大投资。在2008年,风力发电仍然保持着30%以上的强劲增长势头,包括Vestas、Gemsa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。 国内的风力发电控制技术起步较晚,目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统,价格高昂且交货周期较长。开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程,一方面,由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高,而造成陷入激烈的价格竞争,另一方面,寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。 然而,风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求,这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求,而B&R的控制系统,在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计,在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。 2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素,发电机组的转速等诸多因素的影响,因此,它包含了复杂的控制算法设计需求,而这些,对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求,而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力,不仅仅是这些,还包括了以下一些关键技术: 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制,而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展,复杂控制将越来越多的应用于机器,而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用,PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向而设计了PCC 产品来满足这一未来的需求。 为了满足这种需求,PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统(OS)上,支持高级语言编程,对于风力发电而言,变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂,这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计,并且,代码安全必须事先考虑,以维护在研发领域的投资安全。 2.1.2功能块调用 PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic库

风力发电系统的基本原理(DOC)

风力发电系统的基本原理 一、风力发电的基本原理 风能具有一定的动能,通过风轮机将风能转化为机械能,拖动发电机发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转,再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目前的风车技术,大约3m/s的微风速度便可以开始 发电。风力发电的原理说起来非 常简单,最简单的风力发电机可 由叶片和发电机两部分构成如 图1-1所示。空气流动的动能作 用在叶轮上,将动能转换成机械 能,从而推动片叶旋转,如果将 叶轮的转轴与发电机的转轴相 连就会带动发电机发出电来。 二、风力发电的特点 (1)可再生的洁净能源 风力发电是一种可再生的洁净能源,不消耗化石资源也不污染环境,这是火力发电所无法比拟的优点。 (2)建设周期短 一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。 (3)装机规模灵活

可根据资金情况决定一次装机规模,有一台资金就可以安装一台投产一台。 (4)可靠性高 把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高,中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%,高于火力发电且机组寿命可达20年。 (5)造价低 从国外建成的风电场看,单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电,和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进,造价和电价相对比火力发电高,但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化,在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。 (6)运行维护简单 现代中大型风力发电机的自动化水平很高,完全可以在无人职守的情况下正常工作,只需定期进行必要的维护,不存在火力发电的大修问题。 (7)实际占地面积小 发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地,其余场地仍可供农、牧、渔使用。 (8)发电方式多样化 风力发电既可并网运行,也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统,还可以独立运行,因此对于解决

小型风力发电机控制器设计

电子设计竞赛教程 考试(设计报告) 题目:小型风力发电机控制器设计

摘要 现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、蓄电池使用寿命短、控制简单和缺乏完整的系统功率控制等问题。因此提高对蓄电池的充电速度,减少充电损耗,正确地监控蓄电池状态,确保蓄电池的正确使用、延长蓄电池的使用寿命对小型风力发电有着重要意义。本设计的目的是在分析现有的小型风力发电系统的基础上,设计简单、高效、高可靠性的风机控制器,实现风电系统可靠及优化运行。 本设计以单片机8051的加强版STC12C5A60S2为核心控制整个电路,具体由风力发电机、控制系统、整流电路、斩波电路、蓄电池充放电控制电路、蓄电池及其用电设备组成,功能上能保证系统安全运行,在电气特性和机械特性允许范围内运行。减少风速随机变化对输出电能的影响,使输出电压稳定,减少纹波。合理调度系统电能,保证向负载提供连续电能。保护蓄电池,防止过充和过放,提供足够充电能量进行快速充电。 综上所述,本设计将具有可靠性更高、价格更廉等优势,对于增强市场竞争能力,加速小型风力发电的普及和应用,节约能源和保护环境都具有重要意义。 关键词:发电机整流锂电池环保

目录 一绪论 0 二小型风力发电系统原理 (1) 2.1 风力发电系统组成 (1) 2.2 风电系统的运行特点 (1) 2.3 电能变换单元和控制单元 (3) 2.3.1 整流器 (3) 2.3.2 DC/DC 变换器 (4) 2.4 锂电池 (4) 2.4.1 锂电池的介绍 (4) 2.4.2 锂电池的种类 (5) 2.4.3 锂电池的充电方法 (5) 三小型风力发电机控制器的设计 (6) 3.1 电机的选择 (6) 3.1.1 手摇发电机 (6) 3.1.2 电机特性曲线 (8) 3.2 单片机(单片机STC12C5A60S2) (10) 3.2.1 产品介绍 (10) 3.2.2 单片机STC12C5A60S2的特点 (10) 四流程图和电路图 (13) 4.1流程图和控制原理图 (13) 4.2 显示屏 (17) 4.3 锂电池选择 (19) 4.4 检测电路 (20) 4.4.1 电压检测 (20) 4.4.2 电流检测 (21) 五调试 (21)

几种典型的风力发电系统对比分析

几种典型的风力发电系统对比分析 摘要:随着环境和能源问题的日益严峻,可再生能源的开发,尤其是风力发电技术已被越来越多的国家所重视,而对应用在风力发电系统中的逆变器和调制方法的研究尤为重要。重点阐述了我国的风能资源情况和我国目前的发展状况,指出了存在的主要问题,分析了产生这些问题的原因,明确了我国风力发电事业发展的主要措施和途径,并进一步阐述了风力发电在未来的发展趋势及风力发电的优势。 引言 能源与环境问题已经成为全球可持续发展面临的主要问题,日益引起国际社会的广泛关注,并寻求积极的对策。风能是一种可再生、无污染的绿色能源,是取之不尽、用之不竭的,而且储量十分丰富。据估计,全球可利用的风能总量在53000TWh/年。风能的大规模开发利用,将会有效减少化石能源的使用、减少温室气体排放、保护环境。大力发展风能已经成为各国政府的重要选择。 在风力发电中,当风力发电机与电网并联运行时,要求风电频率和电网频率保持一致,即风电频率保持恒定,因此,风力发电系统分为恒速恒频发电机系统(CSCF系统)和变速恒频发电机系统(VSCF系统)。恒速恒频发电机系统是指在风力发电过程中保持发电机的转速不变从而得到和电网频率一致的恒频电能。恒速恒频系统(CSCF系统)一般来说比较简单,所采用的发电机主要是同步发电机和鼠笼型感应发电机,前者运行于电机极数和频率所决定的同步转速,后者则以稍高于同步转速的速度运行。变速恒频发电机系统(VSCF),是指在风力发电过程中发电机的转速,并以随风速变化而通过其它的控制方式来得到和电网1恒速恒频发电系统 目前,单机容量为600kW~750kW的风电机组多采用恒速运行方式,这种机组控制简单,可靠性好,大多采用制造简单,并网容易,励磁功率可直接从电网中获得的笼型异步发电机。恒速风电机组主要有两种类型:定桨距失速型和变桨距风力机。定桨距失速型风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能,功率调节由风轮叶片来完成,对发电机的控制要求比较简单。这种风力机的叶片结构复杂,成型工艺难度较大。而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。由于采用的是笼型异步发电机,无论是定桨距还是变桨距风力发电机,并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定,异步发电机转子的转速变化范围很小,转差率一般为3%~5%,属于恒速恒频风力发电机。 1.1定桨距失速控制 定桨距风力发电机组的主要特点是桨叶与轮毅固定连接,当风速变化时,桨叶的迎风角度固定不变。利用桨叶翼型本身的失速特性,在高于额定风速下,气流的功角增大到失速条件,使桨叶的表面产生紊流,效率降低,达到限制功率的目的。采用这种方式的风力发电系统控制调节简单可靠,但为了产生失速效应,导致叶片重,结构复杂,机组的整体效率较低,当风速达到一定值时必须停机。 1.2变距调节方式 在目前应用较多的恒速恒频风力发电系统中,一般情况要维持风力机转速的稳定,这在风速处于正常范围之中时可以通过电气控制而保证,而在风速过大时,输出功率继续增大可能导致电气系统和机械系统不能承受,因此需要限制输出功率并保持输出功率恒定。这时就要通过调节叶片的桨距,改变气流对叶片攻角,从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩。由于变桨距调节型风机在低风速时,可使桨叶保持良好的攻角,比失速调节型风机有更好的能量输出,因此,比较适合于平均风速较低的地区安装。变桨距调节的另外一个优点是在风速超速时可以逐步变化到无负载的全翼展模式位置,避免停机,增加风机发电量。对变桨距

风力发电机变桨系统

风力发电机变桨系统 摘要:变浆系统是风力发电机的重要组成部分,本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。 关键词:变桨系统;构成;作用;保护种类;故障分析 1 综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速,进而控制风机的输出功率,并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连,每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间,当风速超过机组额定风速时(风速在12m/s到25m/s之间时),为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间(变桨角度根据风速的变化进行自动调整),通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置(执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置)。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作(比如变桨系统的主电源供电失效后),因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机(叶片顺桨到91度限位位置)。此外还需要一个冗余限位开关(用于95度限位),在主限位开关(用于91度限位)失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时,风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端(电机尾部),还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁,它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号,而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号,只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2 变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速;利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行,使风机停机。 3 主要部件组成

风力发电系统有哪些设备组成

风力发电系统有哪些设备组成? 风力发电机根据应用场合的不同又分为并网型和离网型风力机,离网型风力发电机亦称独立运行风力机是应用在无电网地区的风力机,一般功率较小。独立运行风力机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同组成独立运行风力机发电系统。这种独立运行系统可以是几千瓦乃至上几十千瓦解决一个村落的供电系统,也可以是几十到几百瓦的小型风力发电机组以解决一家一户的供电,我们这里主要介绍适合我国边远无电地区的小型风力发电机组。 小型风力发电机组一般由下列几部分组成:风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等,控制器、蓄电池、逆变器等。 ①风轮:小型风力机的风轮大多用2-3个叶片组成,它是把风能转化为机械能的部件。目前风轮叶片的材质主要有两种。一种是玻璃钢材料,一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制,在内腔填加一些填充材料,手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时,产品质量不易控制。国外小风机也采用机械化生产等截面叶片,大大提高了叶片生产的效率和产品质量。②发电机:小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机,由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。 ③调向机构、调速机构和停车机构:为了从风中获取能量,风轮旋转面应垂直于风向,在小型风机中,这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。同时随着风速的增加,要对风轮的转速有所限制,这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏,另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。由于小型风力机的结构比较简单,目前一般采用叶轮侧偏式调速方式,这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动,从而引起风力机的振动。因此,在风速较大时,特别是蓄电池已经充满的情况,应人工控制风力机停机。在有的小型风力机中设计有手动刹车机构,另外在实践可采用侧偏停机方式,即在尾翼上固定一软绳,当需要停机时,拉动尾翼,使风轮侧向于风向,从而达到停车的目的。 ④小型风力机的塔架:一般由塔管和3-4根拉索组成,高度6-9米,也可根据当地实际情况灵活选取。 ⑤蓄电池:是发电系统中的一个非常重要的部件,多采用汽车用铅酸电瓶,近年来国内有些厂家也开发出了适用于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池。也有选用镉镍碱性蓄电池的,但价格较贵。

风力发电机变桨系统DOC

风力发电机变桨系统 1、综述 变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。 变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速,进而控制风机的输出功率,并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。 风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连,每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。 风机正常运行期间,当风速超过机组额定风速时(风速在12m/s到25m/s之间时),为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间(变桨角度根据风速的变化进行自动调整),通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置(执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置)。 变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作(比如变桨系统的主电源供电失效后),因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机(叶片顺桨到91度限位位置)。此外还需要一个冗余限位开关(用于95度限位),在主限位开关(用于91度限位)失效时确保变桨电机的安全制动。 由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时,风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。 每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端(电机尾部),还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁,它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。 风机主控接收所有编码器的信号,而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号,只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。 2、变浆系统的作用 根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速;利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行,使风机停机。 SSB变桨系统为寒冷环境设计。环境温度定义如下 工作温度为 -30 ~ +40 ℃ 静态温度为 -40 ~ +50 ℃ 在主电源失电后,单独的加热系统会开始工作来保持柜体温度,只有必要的设备被通电。在每个柜体的温度到达 5 ℃一段时间后,系统被启动,这个默认的时间是60分钟。 在这段可调整的时间过后,这个系统被释放和通电。 3、主要部件 电控柜(一个主控柜、三个轴柜)4套 变桨电机(配有变桨系统主编码器:A编码器)3套 备用电池3套 直流电机3个 机械式限位开关3套(6个) 冗余编码器(B编码器)3套

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