風力發(fā)電機組培訓技巧教材

1、緒論第一講 風能資源第二講 電工基礎第三講 風力發(fā)電中的輸變電第四講 風力發(fā)電機組的基本結(jié)構(gòu)第五講 風力發(fā)電中的空氣動力學原理第六講 風力發(fā)電機的原理與機組構(gòu)成第七講 風力發(fā)電機組的運行與維護一、鼠籠感應風力發(fā)電機組一、鼠籠感應風力發(fā)電機組 二、繞線式感應發(fā)電機組二、繞線式感應發(fā)電機組 三、雙饋異步發(fā)電機組三、雙饋異步發(fā)電機組 四、繞線式同步機的直驅(qū)機組四、繞線式同步機的直驅(qū)機組五、繞線式同步機齒輪驅(qū)動機組五、繞線式同步機齒輪驅(qū)動機組六、六、永磁直驅(qū)同步發(fā)電機組永磁直驅(qū)同步發(fā)電機組七、七、半齒輪驅(qū)動永磁機組半齒輪驅(qū)動永磁機組1. 1. 原理原理2. 2. 構(gòu)成構(gòu)成3. 3. 應用范圍應用范圍4

2、. 4. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點風力發(fā)電廠 轉(zhuǎn)子類似鼠籠，定子類似同步電機定子。轉(zhuǎn)子類似鼠籠，定子類似同步電機定子。 定子通電后，旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子鼠籠條中產(chǎn)生感應電流；定子通電后，旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子鼠籠條中產(chǎn)生感應電流； 轉(zhuǎn)子電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)轉(zhuǎn)子電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這就是電動機原理；如果外力拖動轉(zhuǎn)子，當轉(zhuǎn)生轉(zhuǎn)矩，這就是電動機原理；如果外力拖動轉(zhuǎn)子，當轉(zhuǎn)速超過同步速時，反電勢就會在定子中感生出電流。速超過同步速時，反電勢就會在定子中感生出電流。 是發(fā)電還是電動取決于轉(zhuǎn)差率是發(fā)電還是電動取決于轉(zhuǎn)差率S, S, 當當S S為負值，則為發(fā)為負值，則為發(fā)電機，對風

3、電電機，對風電S S為為-1%-1%至至-2%-2% 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率S S是同步旋轉(zhuǎn)速度是同步旋轉(zhuǎn)速度NsNs和和實際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速實際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N N間的相對差，即間的相對差，即 S=(N S=(Ns s -N)/N -N)/Ns sv 單一鼠籠感應機在單一鼠籠感應機在MWMW級以下的定速風機中獲得了廣泛的應用；級以下的定速風機中獲得了廣泛的應用；v 帶有單一具備雙速繞組的鼠籠感應機帶有單一具備雙速繞組的鼠籠感應機；通過改變繞組改變極對數(shù)。；通過改變繞組改變極對數(shù)。例如，高速時用例如，高速時用4極，低速時用極，低速時用6極；極；v 帶有兩臺分開的具有不同等級的鼠籠感應機，應用較少帶有兩臺分開的具有不同

4、等級的鼠籠感應機，應用較少；v 帶有單一鼠籠感應機（帶有單一鼠籠感應機（SCIGSCIG）的風機，其定子通過電力電子變換）的風機，其定子通過電力電子變換器（器（PECPEC）與電網(wǎng)相聯(lián)，可以大范圍的變速。這是后面將介紹的）與電網(wǎng)相聯(lián)，可以大范圍的變速。這是后面將介紹的變速恒頻發(fā)電機中的一種。變速恒頻發(fā)電機中的一種。 4.1 4.1 優(yōu)點：優(yōu)點：v 它有一些很好的機械和電氣特性，可以在風機中使用，即發(fā)電機轉(zhuǎn)差。這個“轉(zhuǎn)差”提供阻尼動作，幫助抑制機械振蕩；v 不要求與電網(wǎng)同步。構(gòu)造簡單，成本低廉，維護方便。它的成本是相同等級的同步電機的十分之一；v 這種發(fā)電機可以用在變速場合；v 它有一定的超載容

5、量和風速變化容量，機組堅實、可靠；v 鼠籠轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子極數(shù)有自適應能力。4.2 缺點：缺點：v 缺少同時控制有功和無功的可能性；v 因為電網(wǎng)的勵磁電流，這些SCIG也消耗無功，總的負荷功率因數(shù)（cos）相對低。常用電容組或者靜態(tài)無功補償裝置（SVC）可以用來補償無功；v 對于一個大范圍風速，風機葉片不是運行在最佳運行點；v 它不能提供電壓或者頻率控制，它需要有一個強勁的電網(wǎng)；v SCIG的功率不能很快地進行調(diào)整，除非對于變槳距風機進行變槳距操作；v 它沒有故障穿越特性。在故障期間，它們需要被斷開。4.2 4.2 缺點（續(xù)）缺點（續(xù)）v 變化的旋轉(zhuǎn)速度會造成大的輸出功率振蕩，致使電壓振蕩，可

6、能造成小的閃變；v 大的風機轉(zhuǎn)輪機械負荷振蕩以及電能振蕩被轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)矩振蕩，可能致使齒輪箱故障；v 用VSI（變速感應機）技術(shù)，即使它工作在大的變速范圍，它的尺寸也太大了，因而非常昂貴。1. 1. 原理原理2. 2. 構(gòu)成構(gòu)成3. 3. 特點特點4. 4. 優(yōu)點與局限優(yōu)點與局限5. 5. 感應機的無功補償感應機的無功補償 WRIG本質(zhì)上是一臺帶有定子和轉(zhuǎn)子的感應電機?；镜牟煌c在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中。 WRIG用銅繞組代替了鼠籠結(jié)構(gòu)，有3相星形連接的絕緣銅繞組，纏繞出與定子相同的極數(shù)。 通過滑環(huán)和電刷連接外部可調(diào)電阻器。高于額定轉(zhuǎn)速時，有效地控制外部電阻，使轉(zhuǎn)差率可控。 通過設定更大的轉(zhuǎn)子電阻或更大的漏

7、電抗，獲得更大的滑差，適于較大容量的風機。 能在狹窄的變速范圍內(nèi)變速，WRIG是恒速運行和變速運行之間的折中方法。 可調(diào)電阻通過滑環(huán)可調(diào)電阻通過滑環(huán)串入轉(zhuǎn)子繞組中串入轉(zhuǎn)子繞組中v 保留了保留了SCIGSCIG的優(yōu)點，能能在狹窄范圍內(nèi)變速；的優(yōu)點，能能在狹窄范圍內(nèi)變速；v 轉(zhuǎn)差率直接正比于轉(zhuǎn)子電阻，輸出轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率；轉(zhuǎn)差率直接正比于轉(zhuǎn)子電阻，輸出轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)差率；v 由于轉(zhuǎn)差率有較大改變，以致電機的轉(zhuǎn)速可改變由于轉(zhuǎn)差率有較大改變，以致電機的轉(zhuǎn)速可改變10%10%以上。以上。Suzlon 2.1MW 4Suzlon 2.1MW 4極極WRIGWRIG風機轉(zhuǎn)速甚至可以變化到額定轉(zhuǎn)速的風機轉(zhuǎn)速甚至

8、可以變化到額定轉(zhuǎn)速的16.7%16.7%；v 借助于調(diào)轉(zhuǎn)差率的變速運行，比調(diào)槳要快；借助于調(diào)轉(zhuǎn)差率的變速運行，比調(diào)槳要快；v 將電阻器旁路，轉(zhuǎn)子電氣上看起來和將電阻器旁路，轉(zhuǎn)子電氣上看起來和SCIGSCIG相同；相同；轉(zhuǎn)子電氣上看起來和SCIG相同時，將電阻器旁路 轉(zhuǎn)子電氣上看起來和SCIG相同時，將電阻器旁路 4.1 4.1 優(yōu)點：優(yōu)點：v 與相同額定輸出功率的與相同額定輸出功率的SCIGSCIG相比，相比，WRIGWRIG在強慣性負荷和低起動電在強慣性負荷和低起動電流下有更好的起動轉(zhuǎn)矩，更高的效率和功率因數(shù)。流下有更好的起動轉(zhuǎn)矩，更高的效率和功率因數(shù)。v 與與SCIGsSCIGs相比，因為

9、增加了轉(zhuǎn)差率，它對電網(wǎng)的運行變得比較靈相比，因為增加了轉(zhuǎn)差率，它對電網(wǎng)的運行變得比較靈活。轉(zhuǎn)子動力阻尼得到了很大的改進。陣風時如果感應電機有高活。轉(zhuǎn)子動力阻尼得到了很大的改進。陣風時如果感應電機有高的轉(zhuǎn)差率，陣風中的部分能量可以轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的加速度，因此葉的轉(zhuǎn)差率，陣風中的部分能量可以轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的加速度，因此葉片轉(zhuǎn)矩角不需要瞬間變小。陣風不僅能通過機械慣性緩沖，也能片轉(zhuǎn)矩角不需要瞬間變小。陣風不僅能通過機械慣性緩沖，也能將能量存儲在中間電容器里。將能量存儲在中間電容器里。v 控制更簡單，因為不管轉(zhuǎn)子的頻率為多少，磁化電流是幾乎恒定控制更簡單，因為不管轉(zhuǎn)子的頻率為多少，磁化電流是幾乎恒定的的 。v

10、 每提高每提高1%1%的轉(zhuǎn)差率，就會有的轉(zhuǎn)差率，就會有1%1%的附加損耗。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率以熱的附加損耗。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率以熱損失的形式丟失。又加重了機艙的冷卻負擔。損失的形式丟失。又加重了機艙的冷卻負擔。v 增加了可調(diào)電阻，增加了滑環(huán)，從而增加了維護費用。增加了可調(diào)電阻，增加了滑環(huán)，從而增加了維護費用。v WRIG WRIG 不像不像SCIGSCIG那樣堅固耐用；增加了繞線轉(zhuǎn)子和控制器件，造那樣堅固耐用；增加了繞線轉(zhuǎn)子和控制器件，造價也比價也比SCIGSCIG高了高了。同時，增加了維護成本。同時，增加了維護成本。 v 對有功功率和無功功率的控制不是很優(yōu)質(zhì)的。對有功功率和無功功率的控制不是很優(yōu)質(zhì)的

11、。 v 機械開關(guān)旁路電容機械開關(guān)旁路電容v 靜態(tài)無功補償裝置（靜態(tài)無功補償裝置（SVCsSVCs），例如），例如 可控硅開關(guān)電容器（可控硅開關(guān)電容器（TSCsTSCs） 晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCRTCR）v 靜態(tài)補償器（靜態(tài)補償器（STATCOMsSTATCOMs）v 動態(tài)電壓補償（動態(tài)電壓補償（DVRDVR）電力電子接口取決于輸入?yún)?shù)的特性電力電子接口取決于輸入?yún)?shù)的特性 1. 原理原理2. 構(gòu)成構(gòu)成3. 特點特點4. PEC在風電機組中的作用在風電機組中的作用5. 優(yōu)點與局限優(yōu)點與局限v 總體上是一個帶有三相定子線圈的異步發(fā)電機，定子線圈直接與總體上是一個帶有三相定子線圈的

12、異步發(fā)電機，定子線圈直接與電網(wǎng)相連；電網(wǎng)相連；v 并且三相轉(zhuǎn)子線圈通過滑環(huán)和并且三相轉(zhuǎn)子線圈通過滑環(huán)和PECPEC與電網(wǎng)相連，這里的與電網(wǎng)相連，這里的PECPEC僅承擔僅承擔額定功率的額定功率的30%30%；v 風機轉(zhuǎn)子電路中的能量通過回收、處理和轉(zhuǎn)換，最后通過部分范風機轉(zhuǎn)子電路中的能量通過回收、處理和轉(zhuǎn)換，最后通過部分范圍的背靠背圍的背靠背PECPEC輸送給電網(wǎng)（替代了輸送給電網(wǎng)（替代了WRIGWRIG中的無源電阻器）；中的無源電阻器）；v 大風時，槳矩調(diào)節(jié)和大風時，槳矩調(diào)節(jié)和PECPEC控制協(xié)調(diào)進行；轉(zhuǎn)子電路的控制協(xié)調(diào)進行；轉(zhuǎn)子電路的PECPEC通過給風通過給風機轉(zhuǎn)子電路注入頻率可變的電流

13、來補償風機機械頻率和電氣頻率機轉(zhuǎn)子電路注入頻率可變的電流來補償風機機械頻率和電氣頻率的差額；的差額；v 在次同步狀態(tài)，在次同步狀態(tài)，PECPEC可以從線路為轉(zhuǎn)速不足的轉(zhuǎn)子可以從線路為轉(zhuǎn)速不足的轉(zhuǎn)子“借來借來”能量，能量，并且傳遞給定子，使定子仍然能夠為電網(wǎng)提供頻率為并且傳遞給定子，使定子仍然能夠為電網(wǎng)提供頻率為50Hz50Hz的電能；的電能；v 當潮流反向時，電網(wǎng)側(cè)當潮流反向時，電網(wǎng)側(cè)PECPEC起變換器的作用，轉(zhuǎn)子側(cè)起變換器的作用，轉(zhuǎn)子側(cè)PECPEC起逆變器起逆變器的作用。的作用。 N1=60f1/p (1)其中， N1 同步轉(zhuǎn)速 f1 電網(wǎng)頻率 N2=60f2/p (2) 其中， N2 旋

14、轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度 f2 在轉(zhuǎn)子上通入電流的頻率令N為電機轉(zhuǎn)子本身的機械旋轉(zhuǎn)速度，則要求： NN2=N1=50Hz (3)雙饋電機的轉(zhuǎn)差率 S=(N1-N)/N1 (4)則雙饋電機轉(zhuǎn)子三相繞組內(nèi)通入的電流頻率應為 F2=pN2/60=p(N1-N)/60=(pN1/60)(N1-N)/N1)=f1S結(jié)論：結(jié)論：當異步電機的轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，只要在轉(zhuǎn)子的三相當異步電機的轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，只要在轉(zhuǎn)子的三相繞組中通入轉(zhuǎn)差頻率繞組中通入轉(zhuǎn)差頻率f1S的電流，則在雙饋電機的定子繞組中就的電流，則在雙饋電機的定子繞組中就能產(chǎn)生能產(chǎn)生50Hz的恒頻電勢。的恒頻電勢。 超同步運行超同步

15、運行 次同步運行次同步運行Fig.2. Wind Turbine Electric Control Panel: This 500 kW integrated control panel consists of the electronic controller, the capacitor section and soft starter section. Courtesy: Photo: Joshua EarnestSoft starterCapacitor sectionThyristorCoupling transformerFig.a Thyristor Switched Capac

16、itors: This strategy has a faster response than contactors DFIG機組的塔底控制柜電容器組晶閘管耦合變壓器開關(guān)電容器的晶閘管：它比接觸器響應快軟啟動器v 融合了異步發(fā)電機（如魯棒性好）和同步發(fā)電機（如可變風速運融合了異步發(fā)電機（如魯棒性好）和同步發(fā)電機（如可變風速運行）的優(yōu)點行）的優(yōu)點 v 最小化風機峰值電壓、控制閃變以及諧波最小化風機峰值電壓、控制閃變以及諧波v 風機的變速范圍可以達到額定轉(zhuǎn)速的風機的變速范圍可以達到額定轉(zhuǎn)速的 30% 30%左右左右v 控制轉(zhuǎn)子注入電流的頻率可以對發(fā)電機進行變速控制，而控制轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)子注入電流的頻率可

17、以對發(fā)電機進行變速控制，而控制轉(zhuǎn)子注入電流的幅值和相位可以對功率因數(shù)進行控制。子注入電流的幅值和相位可以對功率因數(shù)進行控制。v 在轉(zhuǎn)子側(cè)引入在轉(zhuǎn)子側(cè)引入crowbarcrowbar電路。當發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器有被傷害的危電路。當發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器有被傷害的危險時，險時，crowbarcrowbar就會動作使轉(zhuǎn)子短路，免受高電壓大電流的傷害。就會動作使轉(zhuǎn)子短路，免受高電壓大電流的傷害。 v 風電機組運行的可控性更強；風電機組運行的可控性更強；v 有功功率和無功功率可控；有功功率和無功功率可控；v 改善了電能質(zhì)量和穩(wěn)定性；改善了電能質(zhì)量和穩(wěn)定性；v 減少了傳動系統(tǒng)的負載和噪音；減少了傳動系統(tǒng)的負載和噪音

18、；v 可以直接驅(qū)動?？梢灾苯域?qū)動。5.1 5.1 優(yōu)點優(yōu)點v 由于轉(zhuǎn)子電流可調(diào)，轉(zhuǎn)速可以在有效范圍內(nèi)變化，同時可以利用由于轉(zhuǎn)子電流可調(diào)，轉(zhuǎn)速可以在有效范圍內(nèi)變化，同時可以利用足夠的有效能量。足夠的有效能量。v 由于由于PECPEC可以控制轉(zhuǎn)子電壓，所以可以控制轉(zhuǎn)子電壓，所以DFIGDFIG可以吸收和輸出無功功率?？梢晕蘸洼敵鰺o功功率。在電壓可能出現(xiàn)波動的脆弱電網(wǎng)中，可以控制在電壓可能出現(xiàn)波動的脆弱電網(wǎng)中，可以控制DFIGDFIG從電網(wǎng)吸收或從電網(wǎng)吸收或向電網(wǎng)輸出大量的無功功率。從而使設備在嚴重的電壓波動時可向電網(wǎng)輸出大量的無功功率。從而使設備在嚴重的電壓波動時可以繼續(xù)并網(wǎng)運行，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定

19、。以繼續(xù)并網(wǎng)運行，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定。v 基于基于PWMPWM的的PECPEC也可用來進行頻率調(diào)節(jié)。也可用來進行頻率調(diào)節(jié)。v 現(xiàn)成的現(xiàn)成的WRIGWRIG可以被用來改裝成可以被用來改裝成DFIGDFIG。 5.2 局限局限v 系統(tǒng)中同樣需要齒輪箱，同時系統(tǒng)中同樣需要齒輪箱，同時為轉(zhuǎn)子提供能量的滑環(huán)和電刷的機為轉(zhuǎn)子提供能量的滑環(huán)和電刷的機械組合，械組合，這通常都是薄弱環(huán)節(jié)，需要認真維護。這通常都是薄弱環(huán)節(jié)，需要認真維護。v 這些大功率的滑環(huán)和電刷，容易被轉(zhuǎn)軸中的雜散電流損傷。除此這些大功率的滑環(huán)和電刷，容易被轉(zhuǎn)軸中的雜散電流損傷。除此之外，雜散電流還會在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上激起電弧，這將引起點蝕，之外，雜散

20、電流還會在發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上激起電弧，這將引起點蝕，這部分更換比較麻煩。這部分更換比較麻煩。v 定子側(cè)的電壓暫變引起磁通波動，導致轉(zhuǎn)矩脈動，如果很大將引定子側(cè)的電壓暫變引起磁通波動，導致轉(zhuǎn)矩脈動，如果很大將引起轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的機械應力。而且，轉(zhuǎn)矩波動會通過起轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的機械應力。而且，轉(zhuǎn)矩波動會通過PECPEC的直流環(huán)節(jié)的直流環(huán)節(jié)引起功率波動。引起功率波動。v 由于由于PECPEC對過電流很敏感，所以它很難抵御電壓暫降的擾動，若對過電流很敏感，所以它很難抵御電壓暫降的擾動，若不設定的比額定電壓略高，轉(zhuǎn)子電路中的高電壓和大電流可能會不設定的比額定電壓略高，轉(zhuǎn)子電路中的高電壓和大電流可能會使它損壞。使它損壞。

21、v PECPEC中的電能損耗較大。中的電能損耗較大。1. 1. 原理原理2. 2. 構(gòu)成構(gòu)成3. 3. 特點特點4. 4. 全功率全功率PECPEC的主要功能的主要功能5. 5. 優(yōu)點與局限優(yōu)點與局限v 直驅(qū)風機中，大直徑凸極轉(zhuǎn)子直接連到風機轉(zhuǎn)子上，以在同步速直驅(qū)風機中，大直徑凸極轉(zhuǎn)子直接連到風機轉(zhuǎn)子上，以在同步速旋轉(zhuǎn)。因為風速的變化，風機的機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機機端的旋轉(zhuǎn)。因為風速的變化，風機的機械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機機端的電氣頻率也是變化的。電氣頻率也是變化的。v 因為電氣頻率與電網(wǎng)的頻率不匹配，所以發(fā)電機需要與電網(wǎng)解耦。因為電氣頻率與電網(wǎng)的頻率不匹配，所以發(fā)電機需要與電網(wǎng)解耦。因此，要求因

22、此，要求WRSGWRSG的定子通過的定子通過4 4象限工作的象限工作的PECPEC與電網(wǎng)連接。與電網(wǎng)連接。v PECPEC經(jīng)過經(jīng)過AC-DC-ACAC-DC-AC的變換，將電能按額定的電壓和頻率送入電網(wǎng)。的變換，將電能按額定的電壓和頻率送入電網(wǎng)。v WRSGWRSG是他勵磁發(fā)電機，由系統(tǒng)提供直流勵磁；是他勵磁發(fā)電機，由系統(tǒng)提供直流勵磁；WRSGWRSG本身有很高的本身有很高的功率因數(shù)，因為它不從電網(wǎng)中吸收任何的磁化電動勢功率因數(shù)，因為它不從電網(wǎng)中吸收任何的磁化電動勢； v 全功率變流；全功率變流；v 通過發(fā)電機電流控制功率；通過發(fā)電機電流控制功率； v 通過槳距角設定實現(xiàn)通過槳距角設定實現(xiàn)最大

23、功率點追蹤最大功率點追蹤（MPPTMPPT），捕獲最大能量，），捕獲最大能量，在很大的速度范圍內(nèi)運行時提高發(fā)電機電能產(chǎn)量和可靠性；在很大的速度范圍內(nèi)運行時提高發(fā)電機電能產(chǎn)量和可靠性；v 同步發(fā)電機不需要安裝無功補償系統(tǒng)；同步發(fā)電機不需要安裝無功補償系統(tǒng)；如果電網(wǎng)的功率因數(shù)變低如果電網(wǎng)的功率因數(shù)變低了，不用任何電容器，了，不用任何電容器，PECPEC將會自動向電網(wǎng)反饋無功以提高功率將會自動向電網(wǎng)反饋無功以提高功率因數(shù)；因數(shù)；v 直驅(qū)風機可以進行功率梯度調(diào)節(jié)，以平抑閃變和電壓波動；直驅(qū)風機可以進行功率梯度調(diào)節(jié)，以平抑閃變和電壓波動；v 提供一定限度內(nèi)的故障穿越能力，在系統(tǒng)發(fā)生故障時仍能保持與提供一

24、定限度內(nèi)的故障穿越能力，在系統(tǒng)發(fā)生故障時仍能保持與電網(wǎng)連接。電網(wǎng)連接。 v 風機轉(zhuǎn)子側(cè)的能量緩沖功能，用于緩沖由陣風所引起的波動，并風機轉(zhuǎn)子側(cè)的能量緩沖功能，用于緩沖由陣風所引起的波動，并控制從風機轉(zhuǎn)子側(cè)傳來的干擾；控制從風機轉(zhuǎn)子側(cè)傳來的干擾；v 防止電網(wǎng)側(cè)傳來的干擾到達防止電網(wǎng)側(cè)傳來的干擾到達WRSGWRSG；v 控制發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，并避免常規(guī)同步機與電網(wǎng)頻率保持同步殘控制發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，并避免常規(guī)同步機與電網(wǎng)頻率保持同步殘留的一些問題；留的一些問題；v 通過使用通過使用PECPEC，可以完全控制無功功率，可以完全控制無功功率。 5.1 5.1 優(yōu)點：優(yōu)點：v 結(jié)構(gòu)簡單，取消了齒輪箱和高速軸

25、，不需要油冷和相應的監(jiān)測系結(jié)構(gòu)簡單，取消了齒輪箱和高速軸，不需要油冷和相應的監(jiān)測系統(tǒng)，降低了故障率，減少了維護；統(tǒng)，降低了故障率，減少了維護；v 可以不需要機械制動，純粹由葉片大角度時的空氣阻力提供制動；可以不需要機械制動，純粹由葉片大角度時的空氣阻力提供制動；v 有很大的氣隙因而有較高的過載能力；有很大的氣隙因而有較高的過載能力；v 全功率全功率PECPEC對于電網(wǎng)中的電壓暫降有更好的控制和穿越能力；對于電網(wǎng)中的電壓暫降有更好的控制和穿越能力；v WRSGWRSG能運行在感性和容性兩種模式下，這對于大型風機和脆弱電能運行在感性和容性兩種模式下，這對于大型風機和脆弱電網(wǎng)而言是有利的。網(wǎng)而言是有

26、利的。PECPEC能使得電壓和頻率得到更靈活的控制，從能使得電壓和頻率得到更靈活的控制，從而使有功和無功能在正常的和較小的干擾中得到完全的控制；而使有功和無功能在正常的和較小的干擾中得到完全的控制；v 大范圍變速使風機能運行在最佳功率系數(shù)大范圍變速使風機能運行在最佳功率系數(shù)“Cp”下，因此在給定下，因此在給定的風速條件下會有一個較高的總體風機發(fā)電效率。的風速條件下會有一個較高的總體風機發(fā)電效率。5.2 5.2 局限：局限：v WRSGWRSG不及鼠籠電機耐用，電機外徑過大，電氣結(jié)構(gòu)更復雜，價格不及鼠籠電機耐用，電機外徑過大，電氣結(jié)構(gòu)更復雜，價格也更貴；也更貴；v PECPEC中的中的IGBTI

27、GBT開關(guān)對過熱，過電流和過電壓非常敏感。在這些情開關(guān)對過熱，過電流和過電壓非常敏感。在這些情況下，況下，PECPEC可能閉鎖，即停止開關(guān)操作。從而可能導致風機從電可能閉鎖，即停止開關(guān)操作。從而可能導致風機從電網(wǎng)切出；網(wǎng)切出；v 由于定子電路中由于定子電路中PECPEC的存在，該類型的發(fā)電機對于系統(tǒng)慣性無任的存在，該類型的發(fā)電機對于系統(tǒng)慣性無任何幫助，這點不如何幫助，這點不如WRIGWRIG機組；機組；v 另外一個重要問題是在另外一個重要問題是在PECPEC中會產(chǎn)生諧波。通過使用中會產(chǎn)生諧波。通過使用IGBTIGBT的的PWMPWM電電路，這也能減小到可以接受的水平。路，這也能減小到可以接受的

28、水平。1. 1. 原理原理2. 2. 構(gòu)成構(gòu)成3. 3. 特點特點v 為了克服直驅(qū)機組發(fā)電機外徑過大、電機結(jié)構(gòu)復雜的缺點為了克服直驅(qū)機組發(fā)電機外徑過大、電機結(jié)構(gòu)復雜的缺點,恢復使恢復使用齒輪箱；用齒輪箱；v 采用采用4極同步機，齒輪箱尺寸相應減??；極同步機，齒輪箱尺寸相應減小；v 利用常規(guī)的繞線同步機，尺寸大為減小，轉(zhuǎn)速大為提高。比如采利用常規(guī)的繞線同步機，尺寸大為減小，轉(zhuǎn)速大為提高。比如采用用4極同步機，轉(zhuǎn)數(shù)為極同步機，轉(zhuǎn)數(shù)為1440rpm;v 電機輸出與電網(wǎng)解耦，采用全功率變頻與電網(wǎng)相連；電機輸出與電網(wǎng)解耦，采用全功率變頻與電網(wǎng)相連； 常規(guī)4極WRSG 全功率PEC 高速軸盤式剎車 行星齒

29、輪箱 v 齒輪箱和電機和諧發(fā)展，齒輪箱和電機和諧發(fā)展， 使系統(tǒng)變得簡潔緊湊；使系統(tǒng)變得簡潔緊湊；v 仍然采用全功率仍然采用全功率PEC，齒輪，齒輪 箱和箱和PEC均需冷卻，比如均需冷卻，比如 水冷；水冷；v 變槳與變槳與PEC協(xié)同動作；協(xié)同動作；v GamesaGamesa的的“Made”2MWMade”2MW風機風機 在其在其PECPEC中采用了新型中采用了新型IGCTIGCT （代替（代替IGBTIGBT）；）；v 是槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)（變槳馬是槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)（變槳馬 達）安裝在輪轂外部達）安裝在輪轂外部 。1. 1. 原理原理2. 2. 機組構(gòu)成機組構(gòu)成3. 3. 永磁同步機的分類永磁同步機的分

30、類4. 4. 機組特點機組特點5. 5. 齒槽效應齒槽效應6. 6. 優(yōu)點與局限優(yōu)點與局限v 采用同步發(fā)電機，利用多級實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速，采用同步發(fā)電機，利用多級實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速，與緩慢的風機葉片轉(zhuǎn)速與緩慢的風機葉片轉(zhuǎn)速一致一致 ；v 采用釹鐵硼永磁體，甩掉了勵磁，省去了銅繞組，提高了效率；采用釹鐵硼永磁體，甩掉了勵磁，省去了銅繞組，提高了效率；v 永磁體對溫度敏感，這里使用了細致的冷卻方案；永磁體對溫度敏感，這里使用了細致的冷卻方案；v發(fā)電側(cè)發(fā)電側(cè)電力電子矢量控制電路保證了定子側(cè)有功與無功的解耦。電力電子矢量控制電路保證了定子側(cè)有功與無功的解耦。發(fā)電側(cè)逆變器控制轉(zhuǎn)速，進而控制發(fā)電功率。讓風機轉(zhuǎn)子的氣動發(fā)電

31、側(cè)逆變器控制轉(zhuǎn)速，進而控制發(fā)電功率。讓風機轉(zhuǎn)子的氣動力效率（力效率（CpCp）得到優(yōu)化，實現(xiàn)捕獲風能的）得到優(yōu)化，實現(xiàn)捕獲風能的最大功率點跟蹤最大功率點跟蹤； v電網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)側(cè)逆變器控制入網(wǎng)電流，維持直流輸入點的電壓恒定，保持逆變器控制入網(wǎng)電流，維持直流輸入點的電壓恒定，保持發(fā)電機和電網(wǎng)之間潮流一致性，有效控制輸入電網(wǎng)的有功和無功發(fā)電機和電網(wǎng)之間潮流一致性，有效控制輸入電網(wǎng)的有功和無功功率。功率。v 電網(wǎng)側(cè)有專門的濾波器減少頻率控制器產(chǎn)生的諧波，以改善電能電網(wǎng)側(cè)有專門的濾波器減少頻率控制器產(chǎn)生的諧波，以改善電能質(zhì)量。質(zhì)量。 3.1 3.1 徑向磁通永磁發(fā)電機徑向磁通永磁發(fā)電機 分內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩

32、種。分內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩種。3.2 3.2 軸向磁通永磁發(fā)電機軸向磁通永磁發(fā)電機 分單邊定子和雙邊定子分單邊定子和雙邊定子 兩種。兩種。 軸向磁通，單邊定子 (i) 磁通路徑 (ii) 永磁體附在轉(zhuǎn)子兩邊表面 (iii) 永磁體嵌入轉(zhuǎn)子雙邊定子優(yōu)點：電機齒槽力矩、振動、噪音都很小，軸距也短。雙邊定子優(yōu)點：電機齒槽力矩、振動、噪音都很小，軸距也短。v 省略了集電環(huán)和電刷；省略了集電環(huán)和電刷；v 永磁發(fā)電機正常情況下不需要安裝阻尼繞組；永磁發(fā)電機正常情況下不需要安裝阻尼繞組；v 永磁體能在氣隙中產(chǎn)生很強的磁通密度，允許氣隙稍大；永磁體能在氣隙中產(chǎn)生很強的磁通密度，允許氣隙稍大；v 永磁體為大范圍可變

33、速的風機提供了高的功率因數(shù)；永磁體為大范圍可變速的風機提供了高的功率因數(shù)； v 葉片槳矩調(diào)節(jié)采用了皮帶輪傳動，省去了潤滑和密封；葉片槳矩調(diào)節(jié)采用了皮帶輪傳動，省去了潤滑和密封； v 永磁體電機軸距短，結(jié)構(gòu)緊湊；永磁體電機軸距短，結(jié)構(gòu)緊湊；v 永磁體的永磁體的磁感強度不可調(diào)節(jié)磁感強度不可調(diào)節(jié)，當加入負載時輸出電壓會降低，所，當加入負載時輸出電壓會降低，所以往往需要一個電壓控制器；以往往需要一個電壓控制器；v 風機的最大優(yōu)點在于功率輸出是正弦波；風機的最大優(yōu)點在于功率輸出是正弦波；v PMSGPMSG在運營速度范圍內(nèi)效率都很高，即使在沒滿發(fā)時功率波動和在運營速度范圍內(nèi)效率都很高，即使在沒滿發(fā)時功率

34、波動和轉(zhuǎn)子噪音都很小；轉(zhuǎn)子噪音都很??；v 齒槽效應是永磁體同步機的固有特性，設計時應給予注意。齒槽效應是永磁體同步機的固有特性，設計時應給予注意。 v 定義：定義：齒槽效應是由發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置不同引起磁場在空間內(nèi)的疏密變化導致的力矩震蕩。當永磁體切割定子磁場時會產(chǎn)生一個力矩，磁導的波動產(chǎn)生的力矩就叫做齒槽效應。v 危害：危害：齒槽會導致整臺風機 的振動，增加傳動系統(tǒng)中的 應力，甚至在某些轉(zhuǎn)速下提 高了塔架和葉片發(fā)生諧振的 概率。 6.1 6.1 優(yōu)點：優(yōu)點：v 能重比高。高能量密度帶來的是體積小重量輕；能重比高。高能量密度帶來的是體積小重量輕；v 沒了轉(zhuǎn)子銅損，溫度等級降低了，削減了冷卻裝置，免

35、除了集電沒了轉(zhuǎn)子銅損，溫度等級降低了，削減了冷卻裝置，免除了集電環(huán)，特別是省去了齒輪箱，發(fā)電機設計得更緊湊，環(huán)，特別是省去了齒輪箱，發(fā)電機設計得更緊湊，降低了成本，降低了成本，減少了維護；減少了維護； v 永磁體免除了占一半風機能量損耗永磁體免除了占一半風機能量損耗20%20%到到30%30%的勵磁損耗，使得未的勵磁損耗，使得未滿發(fā)狀態(tài)的能效比感應電機和滿發(fā)狀態(tài)的能效比感應電機和WRSGWRSG都高；都高；v 稀土永磁體能夠在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生很強的磁通，這使多磁極設稀土永磁體能夠在極小的體積內(nèi)產(chǎn)生很強的磁通，這使多磁極設計變得可行，更適于直驅(qū)風機的低轉(zhuǎn)速；計變得可行，更適于直驅(qū)風機的低轉(zhuǎn)速；v

36、 外轉(zhuǎn)子設計，給出了最大的氣隙直徑和磁體的冷卻空間，使扭矩外轉(zhuǎn)子設計，給出了最大的氣隙直徑和磁體的冷卻空間，使扭矩更強。更強。6. 2 局限：局限：v 直驅(qū)風機電機外徑太大，增加了機械設計的難度；直驅(qū)風機電機外徑太大，增加了機械設計的難度；v 退磁問題尚未經(jīng)時間檢驗；退磁問題尚未經(jīng)時間檢驗；v 永磁體同步機的齒槽力矩會導致整臺風機的振動，設計時應予充永磁體同步機的齒槽力矩會導致整臺風機的振動，設計時應予充分地考慮。分地考慮。1. 1. 原理原理2. 2. 機組構(gòu)成機組構(gòu)成3. 3. 機組特點機組特點4. 4. 優(yōu)點與局限優(yōu)點與局限 v 永磁發(fā)電機和中間齒輪是集成在一起的，省去了常規(guī)齒輪驅(qū)動風永磁發(fā)電機和中間齒輪是集成在一起的，省去了常規(guī)齒輪驅(qū)動風機的高速軸。電機轉(zhuǎn)速是機的高速軸。電機轉(zhuǎn)速是150-200rpm150-200rpm；v 葉片旋轉(zhuǎn)帶