风力发电--ppt概述

风 力 发 电 技 术 风 力 发 电 机 系 统风 力 机 系 统 ：桨 叶轮 毂主 轴调 桨 机 构 （ 液 压 或 电 动 伺 服 机 构 ）偏 航 机 构 （ 电 动 伺 服 机 构 ）刹 车 、 制 动 机 构 风 速 传 感 器 发 电 机 系 统 ：发 电 机励 磁 调 节 器 （ 电 力 电 子 变 换 器 ）并 网 开 关软 并 网 装 置无 功 补 偿 器主 变 压 器转 速 传 感 器 风 力 发 电 机 系 统 5.1 风 力 发 电 机 组 分 类 直 驱 风 力 机 5.1 风 力 发 电 机 组 分 类 5.2 风 力 机 基 本 型 式 5.2 风 力 机 基 本 型 式 5.2 风 力 机 基 本 型 式 5.2 风 力 机 基 本 型 式 5.2 风 力 机 基 本 型 式 5.2 风 力 机 基 本 型 式 （ 1） 同 步 发 电 机 系 统（ 2） 笼 型 异 步 发 电 机 系 统（ 3） 绕 线 转 子 RCC异 步 发 电 机 系 统（ 1） 变 速 恒 频 鼠 笼 异 步 发 电 机 系 统 （ 高 速 ）（ 2） 变 速 恒 频 双 馈 异 步 发 电 机 系 统 （ 高 速 ）（ 3） 变 速 恒 频 电 励 磁 同 步 发 电 机 系 统 （ 中 、 低 速 ）（ 4） 变 速 恒 频 永 磁 同 步 发 电 机 系 统 （ 中 、 低 速 ）（ 5） 变 速 恒 频 横 向 磁 通 发 电 机 系 统 （ 中 、 低 速 ） 5.3 风 力 发 电 机 三 要 素 ：（ 1） 同 步 发 电 机（ 2） 调 速 器（ 3） 励 磁 调 节 器恒 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 ：“ 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 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 相 位 ： 由 调 速 器 微 调 实 现恒 速 恒 频 同 步 风 力 发 电 机 系 统 （ 1） 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 的风 力 发 电 机 。（ 2） 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 的风 能 转 换 率 偏 低 。（ 3） 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 。 恒 速 恒 频 同 步 风 力 发 电 机 系 统 三 要 素 ：（ 1） 异 步 发 电 机（ 2） 调 速 器（ 3） 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 笼 型 异 步 风 力 发 电 机 的 工 作 原 理 旋 转 磁 场(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 场 ；(2) 如 果 绕 组 分 布 在 圆 周 上 ， 则 行 波 磁 场 为 旋 转 磁 场 ；(3) 旋 转 磁 场 在 一 个 圆 周 内 ， 呈 现 出 的 磁 极 （ N、 S极 ） 数 目 称 为 极 数 ， 用 2p表 示 。(4) 旋 转 磁 场 的 转 向 取 决 于 三 相 电 流 的 相 序 ， 转 速 n1取 决 于电 流 的 频 率 f 和 极 对 数 p：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 电 磁 感 应（ 1） 定 子 三 相 电 流 产 生 旋 转 磁 场 ， 以 同 步 转 速 n1 旋 转（ 2） 旋 转 磁 场 在 转 子 导 条 中 产 生 感 应 电 动 势 e 和 电 流 i （ 3） i 在 磁 场 中 受 力 f， 产 生 电 磁 转 矩 T（ 4） 若 转 子 以 转 速 nn1, 向 n1的 方 向 旋 转 ， T 为 制 动 转 矩 转 差 率 : 同 步 转 速 n1与 转 子 转 速 n 的 差 与 同 步 转 速 n1的 比 值 ， 称 为 转 差 率 ， 用 s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 笼 型 异 步 风 力 发 电 机 系 统 的 特 点 :（ 1） 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 ； （ 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 考 虑 在 变 电 站 加 装 可 控 无 功 补 偿 装 置 SVC）（ 2） 软 并 网 ： 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 硅 软 起 动 限 流 装 置 ；恒 速 恒 频 笼 型 异 步 风 力 发 电 机 系 统 （ 3） 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 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 ）（ 4） 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 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 笼 型 双 速 异 步 风 力 发 电 机 系 统 的 特 点（ 1） 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 电枢 绕 组 （ 通 常 为 4/6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 低轻 载 运 行 时 的 铁 心 磁 密 和 损 耗 。（ 2） 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 RCC异 步 风 力 发 电 机 系 统RCC： Rotor Current Control， 转 子 电 流 控 制定 义 ： 转 子 电 流 控 制 技 术 是 指 通 过 电 力 电 子 开 关 和 脉 宽 调 制 （ PWM） 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 ：（ 1） 采 用 变 桨 风 力 机 ；（ 2） 采 用 绕 线 型 异 步 发 电 机 ， 但 没 有 滑 环 ；（ 3） 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 。恒 速 恒 频 笼 型 异 步 风 力 发 电 机 系 统 （ 1） 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 RCC调 节 ， 可 明 显 减 轻 桨 叶 应 力 ， 平滑 输 出 电 功 率 ;（ 2） 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 ；（ 3） 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 。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 系 统 特 点 ：（ 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 机的 运 行 转 差 率 小 ， 发 电 机 机 械 特 性 硬 ， 运 行 效 率 高 ；（ 2） 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 ；（ 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 ；（ 4） 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 双 馈 异 步 风 力 发 电 机 系 统 双 馈 异 步 风 力 发 电 机 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 系 统 特 点 ：（ 1） 连 续 变 速 运 行 ， 风 能 转 换 率 高 ；（ 2） 部 分 功 率 变 换 ， 变 频 器 成 本 相 对 较 低 ；（ 3） 电 能 质 量 好 （ 输 出 功 率 平 滑 ， 功 率 因 数 高 ） ；（ 4） 并 网 简 单 ， 无 冲 击 电 流 ；（ 5） 降 低 桨 距 控 制 的 动 态 响 应 要 求 ；（ 6） 改 善 作 用 于 风 轮 桨 叶 上 机 械 应 力 状 况 ；（ 7） 双 向 变 频 器 结 构 和 控 制 较 复 杂 ；（ 8） 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 电 励 磁同 步 发 电 机 系 统 （ 中 、 低 速 ） （ 1） 连 续 变 速 运 行 ， 风 能 转 换 率 高 ；（ 2） 通 过 调 节 转 子 励 磁 电 流 ， 可 保 持 发 电 机 的 端 电 压 恒 定 ；（ 3） 可 采 用 不 控 整 流 和 PWM逆 变 ， 成 本 低 于 全 功 率 变 换 ；（ 4） 电 能 质 量 好 ， 并 网 简 单 ， 无 冲 击 电 流 ；（ 5） 降 低 桨 距 控 制 的 动 态 响 应 要 求 ， 改 善 桨 叶 上 机 械 应 力 状况（ 6） 转 子 可 采 用 无 刷 旋 转 励 磁 ；（ 7） 转 子 结 构 复 杂 ， 励 磁 消 耗 电 功 率 ；（ 8） 体 积 大 、 重 量 重 ， 效 率 稍 低 。 变 速 恒 频 电 励 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 ） 变 速 恒 频 永 磁同 步 发 电 机 系 统 （ 中 、 低 速 ） 变 速 恒 频 横 向 磁 通发 电 机 系 统 （ 中 、 低 速 ）