风力发电ppt概述

风力发电技术风力发电技术风力发电机系统风力发电机系统风力机系统：风力机系统：桨叶桨叶轮毂轮毂主轴主轴调桨机构（液压或电动伺服调桨机构（液压或电动伺服 机构）机构）偏航机构（电动伺服机构）偏航机构（电动伺服机构）刹车、制动机构刹车、制动机构风速传感器风速传感器发电机系统：发电机系统：发电机发电机励磁调节器（电力电子变换器）励磁调节器（电力电子变换器）并网开关并网开关软并网装置软并网装置无功补偿器无功补偿器主变压器主变压器转速传感器转速传感器风力发电机系统风力发电机系统5.1 5.1 风力发电机组分类风力发电机组分类 直驱风力机直驱风力机5.1 5.1 风力发电机组分类风力发电机组分类 5.2 5.2 风力机基本型式风力机基本型式5.2 5.2 风力机基本型式风力机基本型式5.2 5.2 风力机基本型式风力机基本型式5.2 5.2 风力机基本型式风力机基本型式5.2 5.2 风力机基本型式风力机基本型式5.2 5.2 风力机基本型式风力机基本型式（1 1）同步发电机系统）同步发电机系统（2 2）笼型异步发电机系统）笼型异步发电机系统（3 3）绕线转子）绕线转子RCCRCC异步发电机系统异步发电机系统（1 1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速）（2 2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速）变速恒频双馈异步发电机系统（高速）（3 3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）（4 4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）（5 5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）5.3 5.3 风力发电机风力发电机三要素：三要素：（1 1）同步发电机）同步发电机（2 2）调速器）调速器（3 3）励磁调节器）励磁调节器恒速恒频同步风力发电机系统恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机的定、转子结构同步风力发电机的定、转子结构恒速恒频同步风力发电机系统恒速恒频同步风力发电机系统发电机输出的三相交流电压与电网电压应满足四同条件，即：发电机输出的三相交流电压与电网电压应满足四同条件，即：“同相序、同幅值、同频率、同相位同相序、同幅值、同频率、同相位”同相序：由正确的旋转方向保证同相序：由正确的旋转方向保证同幅值：由励磁调节器自动保证同幅值：由励磁调节器自动保证同频率：由调速器保证，桨距调节可用作并网调速器同频率：由调速器保证，桨距调节可用作并网调速器同相位：由调速器微调实现同相位：由调速器微调实现恒速恒频同步风力发电机系统恒速恒频同步风力发电机系统（1 1）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的风力发电机。风力发电机。（2 2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的风能转换率偏低。风能转换率偏低。（3 3）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。恒速恒频同步风力发电机系统恒速恒频同步风力发电机系统三要素：三要素：（1 1）异步发电机）异步发电机（2 2）调速器）调速器（3 3）无功补偿器）无功补偿器恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步风力发电机的工作原理旋转磁场旋转磁场(1)(1)向对称三相绕组中通入对称三相交流电流，可形成行波磁向对称三相绕组中通入对称三相交流电流，可形成行波磁 场；场；(2)(2)如果绕组分布在圆周上，则行波磁场为旋转磁场；如果绕组分布在圆周上，则行波磁场为旋转磁场；(3)(3)旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（N N、S S极）数目极）数目 称为极数，用称为极数，用2 2p p表示。表示。(4)(4)旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1n1取决于取决于电流的频率电流的频率f f 和极对数和极对数p p：恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步风力发电机的工作原理电磁感应电磁感应（1 1）定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速）定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n n1 1 旋转旋转（2 2）旋转磁场在转子导条中产生感应电动势）旋转磁场在转子导条中产生感应电动势e e 和电流和电流i i（3 3）i i 在磁场中受力在磁场中受力f f，产生电磁转矩，产生电磁转矩T T（4 4）若转子以转速）若转子以转速nnnn1 1,向向n n1 1的方向旋转，的方向旋转，T T 为制动转矩转差为制动转矩转差 率率:同步转速同步转速n n1 1与转子转速与转子转速 n n 的差与同步转速的差与同步转速n n1 1的比值，的比值，称为转差率，用称为转差率，用s s表示，即表示，即:恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机系统的特点笼型异步风力发电机系统的特点:（1 1）无功补偿：发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。）无功补偿：发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（由于负荷经常变动，固定电容难以做到完全补偿。（由于负荷经常变动，固定电容难以做到完全补偿。可能出现过补或欠补现象，造成电网电压浮动。可可能出现过补或欠补现象，造成电网电压浮动。可 考虑在变电站加装可控无功补偿装置考虑在变电站加装可控无功补偿装置SVCSVC）（2 2）软并网：）软并网：并网瞬间与异步电动机起动相似，存在很大并网瞬间与异步电动机起动相似，存在很大 的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装可控的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装可控 硅软起动限流装置；硅软起动限流装置；恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统（3 3）过载能力：发电机的机械特性曲线较硬，允许转子转）过载能力：发电机的机械特性曲线较硬，允许转子转 速变动范围小，导致风力机的风能转换率偏低。风速速变动范围小，导致风力机的风能转换率偏低。风速 不稳时，风电机组容易受到冲击机械应力；不稳时，风电机组容易受到冲击机械应力；（软特性发电机的转子损耗较大，发热严重）（软特性发电机的转子损耗较大，发热严重）（4 4）高效轻载：绝大部分时间处于轻载状态，要求发电机）高效轻载：绝大部分时间处于轻载状态，要求发电机 的效率曲线平坦，在中低负载区效率较高。可考虑在的效率曲线平坦，在中低负载区效率较高。可考虑在 轻载区，将定子绕组由角接改为星接，降低铁耗。轻载区，将定子绕组由角接改为星接，降低铁耗。恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型双速异步风力发电机系统的特点笼型双速异步风力发电机系统的特点（1 1）变极双速笼型异步风力发电机方案）变极双速笼型异步风力发电机方案 在同一台发电机的定子铁心中，埋设两套不同极对数的电在同一台发电机的定子铁心中，埋设两套不同极对数的电枢绕组（通常为枢绕组（通常为4/64/6极）。根据需要，可在两套绕组切换，以极）。根据需要，可在两套绕组切换，以获得合适的运行转速。高速绕组角接，低速绕组星接，以降低获得合适的运行转速。高速绕组角接，低速绕组星接，以降低轻载运行时的铁心磁密和损耗。轻载运行时的铁心磁密和损耗。（2 2）大、小电机方案：）大、小电机方案：采用两台不同容量、不同极对数的单速笼型异步发电机同采用两台不同容量、不同极对数的单速笼型异步发电机同轴串联。高速发电机角接，低速发电机绕组星接。根据需要，轴串联。高速发电机角接，低速发电机绕组星接。根据需要，可在两套绕组切换。与变极双速方案相比，小电机的负荷率较可在两套绕组切换。与变极双速方案相比，小电机的负荷率较高，发电效率更高。高，发电效率更高。恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频恒速恒频RCCRCC异步风力发电机系统异步风力发电机系统RCCRCC：Rotor Current ControlRotor Current Control，转子电流控制，转子电流控制定义：定义：转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制 （PWMPWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。系统的结构特征：系统的结构特征：（1 1）采用变桨风力机；）采用变桨风力机；（2 2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；（3 3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。的机械特性。恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统（1 1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节，其高频分量由构调节，其高频分量由RCCRCC调节，可明显减轻桨叶应力，平调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率滑输出电功率;（2 2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利用率；形成的动能，提高风能利用率；（3 3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。旋转电力电子开关电路检修、更换困难。旋转电力电子开关电路检修、更换困难。恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统变速恒频笼型异步风力发电机系统变速恒频笼型异步风力发电机系统系统特点：系统特点：（1 1）交直交变频器使发电机转速与电网频率间的关联解耦；笼）交直交变频器使发电机转速与电网频率间的关联解耦；笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态；可利用发电机的型异步风力发电机运行于变速变频发电状态；可利用发电机的电磁转矩控制风力机转子的转速，跟踪其最大功率点。发电机电磁转矩控制风力机转子的转速，跟踪其最大功率点。发电机的运行转差率小，发电机机械特性硬，运行效率高；的运行转差率小，发电机机械特性硬，运行效率高；（2 2）发电机侧变频器运行于升压整流状态，机端电压可调，轻）发电机侧变频器运行于升压整流状态，机端电压可调，轻载运行时发电机的铁耗小、效率高；载运行时发电机的铁耗小、效率高；（3 3）电网侧变频器运行于逆变状态，将发电机发出的有功传送）电网侧变频器运行于逆变状态，将发电机发出的有功传送至电网，并可作为无功发生器参与调节电网无功；对电网波动的至电网，并可作为无功发生器参与调节电网无功；对电网波动的适应性好，可以将电网的波动屏蔽于发电机之外；适应性好，可以将电网的波动屏蔽于发电机之外；（4 4）变频器与发电机功率容量相等，系统成本高。）变频器与发电机功率容量相等，系统成本高。变速恒频笼型异步风力发电机系统变速恒频笼型异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机双馈异步风力发电机 交直交双向功率变换器交直交双向功率变换器变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统系统特点：系统特点：（1 1）连续变速运行，风能转换率高；）连续变速运行，风能转换率高；（2 2）部分功率变换，变频器成本相对较低；）部分功率变换，变频器成本相对较低；（3 3）电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）；）电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）；（4 4）并网简单，无冲击电流；）并网简单，无冲击电流；（5 5）降低桨距控制的动态响应要求；）降低桨距控制的动态响应要求；（6 6）改善作用于风轮桨叶上机械应力状况；）改善作用于风轮桨叶上机械应力状况；（7 7）双向变频器结构和控制较复杂；）双向变频器结构和控制较复杂；（8 8）电刷与滑环间存在机械磨损。）电刷与滑环间存在机械磨损。变速恒频双馈异步风力发电机系统变速恒频双馈异步风力发电机系统 变速恒频电励磁变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）同步发电机系统（中、低速）（1 1）连续变速运行，风能转换率高；）连续变速运行，风能转换率高；（2 2）通过调节转子励磁电流，可保持发电机的端电压恒定；）通过调节转子励磁电流，可保持发电机的端电压恒定；（3 3）可采用不控整流和）可采用不控整流和PWMPWM逆变，成本低于全功率变换；逆变，成本低于全功率变换；（4 4）电能质量好，并网简单，无冲击电流；）电能质量好，并网简单，无冲击电流；（5 5）降低桨距控制的动态响应要求，改善桨叶上机械应力状）降低桨距控制的动态响应要求，改善桨叶上机械应力状况况（6 6）转子可采用无刷旋转励磁；）转子可采用无刷旋转励磁；（7 7）转子结构复杂，励磁消耗电功率；）转子结构复杂，励磁消耗电功率；（8 8）体积大、重量重，效率稍低。）体积大、重量重，效率稍低。变速恒频电励磁变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）同步发电机系统（中、低速）变速恒频永磁变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）同步发电机系统（中、低速）变速恒频永磁变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）同步发电机系统（中、低速）变速恒频横向磁通变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）发电机系统（中、低速）