風力發(fā)電--ppt概述

1、風力發(fā)電技術風力發(fā)電技術風力發(fā)電機系統(tǒng)風力發(fā)電機系統(tǒng)風力機系統(tǒng)：風力機系統(tǒng)：槳葉槳葉輪轂輪轂主軸主軸調槳機構（液壓或電動伺服調槳機構（液壓或電動伺服 機構）機構）偏航機構（電動伺服機構）偏航機構（電動伺服機構）剎車、制動機構剎車、制動機構風速傳感器風速傳感器發(fā)電機系統(tǒng)：發(fā)電機系統(tǒng)：發(fā)電機發(fā)電機勵磁調節(jié)器（電力電子變換器）勵磁調節(jié)器（電力電子變換器）并網(wǎng)開關并網(wǎng)開關軟并網(wǎng)裝置軟并網(wǎng)裝置無功補償器無功補償器主變壓器主變壓器轉速傳感器轉速傳感器風力發(fā)電機系統(tǒng)風力發(fā)電機系統(tǒng)5.1 5.1 風力發(fā)電機組分類風力發(fā)電機組分類 直驅風力機直驅風力機5.1 5.1 風力發(fā)電機組分類風力發(fā)電機組分類 5.2 5

2、.2 風力機基本型式風力機基本型式5.2 5.2 風力機基本型式風力機基本型式5.2 5.2 風力機基本型式風力機基本型式5.2 5.2 風力機基本型式風力機基本型式5.2 5.2 風力機基本型式風力機基本型式5.2 5.2 風力機基本型式風力機基本型式（1 1）同步發(fā)電機系統(tǒng)）同步發(fā)電機系統(tǒng)（2 2）籠型異步發(fā)電機系統(tǒng)）籠型異步發(fā)電機系統(tǒng)（3 3）繞線轉子）繞線轉子RCCRCC異步發(fā)電機系統(tǒng)異步發(fā)電機系統(tǒng)（1 1）變速恒頻鼠籠異步發(fā)電機系統(tǒng)（高速）變速恒頻鼠籠異步發(fā)電機系統(tǒng)（高速）（2 2）變速恒頻雙饋異步發(fā)電機系統(tǒng)（高速）變速恒頻雙饋異步發(fā)電機系統(tǒng)（高速）（3 3）變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機

3、系統(tǒng)（中、低速）變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）（4 4）變速恒頻永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）變速恒頻永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）（5 5）變速恒頻橫向磁通發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）變速恒頻橫向磁通發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）5.3 5.3 風力發(fā)電機風力發(fā)電機三要素：三要素：（1 1）同步發(fā)電機）同步發(fā)電機（2 2）調速器）調速器（3 3）勵磁調節(jié)器）勵磁調節(jié)器恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的定、轉子結構同步風力發(fā)電機的定、轉子結構恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)電機輸出的三相交流電壓與電網(wǎng)電壓應滿足四同條件，即：發(fā)電機輸出的三相交

4、流電壓與電網(wǎng)電壓應滿足四同條件，即：“同相序、同幅值、同頻率、同相位同相序、同幅值、同頻率、同相位”同相序：由正確的旋轉方向保證同相序：由正確的旋轉方向保證同幅值：由勵磁調節(jié)器自動保證同幅值：由勵磁調節(jié)器自動保證同頻率：由調速器保證，槳距調節(jié)可用作并網(wǎng)調速器同頻率：由調速器保證，槳距調節(jié)可用作并網(wǎng)調速器同相位：由調速器微調實現(xiàn)同相位：由調速器微調實現(xiàn)恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)（1 1）并網(wǎng)問題：并網(wǎng)控制復雜，對調速器要求過高，并網(wǎng)過程）并網(wǎng)問題：并網(wǎng)控制復雜，對調速器要求過高，并網(wǎng)過程長，成功率較低，沖擊電流不易控制，不適合于頻繁脫、并網(wǎng)的長，成功率較低，沖擊電流不易

5、控制，不適合于頻繁脫、并網(wǎng)的風力發(fā)電機。風力發(fā)電機。（2 2）運行問題：轉子轉速受電網(wǎng)頻率的鉗制，發(fā)電機呈現(xiàn)剛性）運行問題：轉子轉速受電網(wǎng)頻率的鉗制，發(fā)電機呈現(xiàn)剛性機械特性。轉子受到的沖擊應力大，電磁功率波動快，風力機的機械特性。轉子受到的沖擊應力大，電磁功率波動快，風力機的風能轉換率偏低。風能轉換率偏低。（3 3）過載問題：高風速時，對變槳調節(jié)的動態(tài)響應要求高，無）過載問題：高風速時，對變槳調節(jié)的動態(tài)響應要求高，無法利用轉子慣量緩沖。留給過速保護的響應時間太短。法利用轉子慣量緩沖。留給過速保護的響應時間太短。 恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)三要素：三要素：（1 1）異步

6、發(fā)電機）異步發(fā)電機（2 2）調速器）調速器（3 3）無功補償器）無功補償器恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的工作原理籠型異步風力發(fā)電機的工作原理旋轉磁場旋轉磁場 向對稱三相繞組中通入對稱三相交流電流，可形成行波磁向對稱三相繞組中通入對稱三相交流電流，可形成行波磁 場；場；(2) (2) 如果繞組分布在圓周上，則行波磁場為旋轉磁場；如果繞組分布在圓周上，則行波磁場為旋轉磁場；(3) (3) 旋轉磁場在一個圓周內，呈現(xiàn)出的磁極（旋轉磁場在一個圓周內，呈現(xiàn)出的磁極（N N、S S極）數(shù)目極）數(shù)目

7、 稱為極數(shù)，用稱為極數(shù)，用2 2p p表示。表示。(4) (4) 旋轉磁場的轉向取決于三相電流的相序，轉速旋轉磁場的轉向取決于三相電流的相序，轉速n1n1取決于取決于電流的頻率電流的頻率f f 和極對數(shù)和極對數(shù)p p：恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的工作原理籠型異步風力發(fā)電機的工作原理電磁感應電磁感應（1 1）定子三相電流產(chǎn)生旋轉磁場，以同步轉速）定子三相電流產(chǎn)生旋轉磁場，以同步轉速n n1 1 旋轉旋轉（2 2）旋轉磁場在轉子導條中產(chǎn)生感應電動勢）旋轉磁場在轉子導條中產(chǎn)生感應電動勢e e 和電流和電流i i （3 3）i i 在磁場中受力在磁場

8、中受力f f，產(chǎn)生電磁轉矩，產(chǎn)生電磁轉矩T T（4 4）若轉子以轉速）若轉子以轉速nnnn1 1, , 向向n n1 1的方向旋轉，的方向旋轉， T T 為制動轉矩轉差為制動轉矩轉差 率率: : 同步轉速同步轉速n n1 1與轉子轉速與轉子轉速 n n 的差與同步轉速的差與同步轉速n n1 1的比值，的比值， 稱為轉差率，用稱為轉差率，用s s表示，即表示，即: :恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點: :（1 1）無功補償：發(fā)電機勵磁消耗無功功率，皆取自

9、電網(wǎng)。）無功補償：發(fā)電機勵磁消耗無功功率，皆取自電網(wǎng)。 應選用較高功率因數(shù)發(fā)電機，并在機端并聯(lián)電容；應選用較高功率因數(shù)發(fā)電機，并在機端并聯(lián)電容； （由于負荷經(jīng)常變動，固定電容難以做到完全補償。（由于負荷經(jīng)常變動，固定電容難以做到完全補償。 可能出現(xiàn)過補或欠補現(xiàn)象，造成電網(wǎng)電壓浮動?？煽赡艹霈F(xiàn)過補或欠補現(xiàn)象，造成電網(wǎng)電壓浮動?？?考慮在變電站加裝可控無功補償裝置考慮在變電站加裝可控無功補償裝置SVCSVC）（2 2）軟并網(wǎng)：）軟并網(wǎng)： 并網(wǎng)瞬間與異步電動機起動相似，存在很大并網(wǎng)瞬間與異步電動機起動相似，存在很大 的沖擊電流，應在接近同步轉速時并網(wǎng)，并加裝可控的沖擊電流，應在接近同步轉速時并網(wǎng)，并

10、加裝可控 硅軟起動限流裝置；硅軟起動限流裝置；恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)（3 3）過載能力：發(fā)電機的機械特性曲線較硬，允許轉子轉）過載能力：發(fā)電機的機械特性曲線較硬，允許轉子轉 速變動范圍小，導致風力機的風能轉換率偏低。風速速變動范圍小，導致風力機的風能轉換率偏低。風速 不穩(wěn)時，風電機組容易受到?jīng)_擊機械應力；不穩(wěn)時，風電機組容易受到?jīng)_擊機械應力； （軟特性發(fā)電機的轉子損耗較大，發(fā)熱嚴重）（軟特性發(fā)電機的轉子損耗較大，發(fā)熱嚴重）（4 4）高效輕載：絕大部分時間處于輕載狀態(tài)，要求發(fā)電機）高效輕載：絕大部分時間處于輕載狀態(tài)，要求發(fā)電機 的效率曲線平坦，在中低負載區(qū)效

11、率較高?？煽紤]在的效率曲線平坦，在中低負載區(qū)效率較高?？煽紤]在 輕載區(qū)，將定子繞組由角接改為星接，降低鐵耗。輕載區(qū)，將定子繞組由角接改為星接，降低鐵耗。恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型雙速異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點籠型雙速異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點（1 1）變極雙速籠型異步風力發(fā)電機方案）變極雙速籠型異步風力發(fā)電機方案 在同一臺發(fā)電機的定子鐵心中，埋設兩套不同極對數(shù)的電在同一臺發(fā)電機的定子鐵心中，埋設兩套不同極對數(shù)的電樞繞組（通常為樞繞組（通常為4/64/6極）。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換，以極）。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換，以獲得合適的運行轉速。高速繞組角接，低速

12、繞組星接，以降低獲得合適的運行轉速。高速繞組角接，低速繞組星接，以降低輕載運行時的鐵心磁密和損耗。輕載運行時的鐵心磁密和損耗。（2 2）大、小電機方案：）大、小電機方案： 采用兩臺不同容量、不同極對數(shù)的單速籠型異步發(fā)電機同采用兩臺不同容量、不同極對數(shù)的單速籠型異步發(fā)電機同軸串聯(lián)。高速發(fā)電機角接，低速發(fā)電機繞組星接。根據(jù)需要，軸串聯(lián)。高速發(fā)電機角接，低速發(fā)電機繞組星接。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換。與變極雙速方案相比，小電機的負荷率較可在兩套繞組切換。與變極雙速方案相比，小電機的負荷率較高，發(fā)電效率更高。高，發(fā)電效率更高。恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻恒速恒頻

13、RCCRCC異步風力發(fā)電機系統(tǒng)異步風力發(fā)電機系統(tǒng)RCCRCC：Rotor Current ControlRotor Current Control，轉子電流控制，轉子電流控制定義：定義： 轉子電流控制技術是指通過電力電子開關和脈寬調制轉子電流控制技術是指通過電力電子開關和脈寬調制 （PWMPWM）來控制繞線型異步發(fā)電機轉子電流的一項技術。）來控制繞線型異步發(fā)電機轉子電流的一項技術。系統(tǒng)的結構特征：系統(tǒng)的結構特征：（1 1）采用變槳風力機；）采用變槳風力機；（2 2）采用繞線型異步發(fā)電機，但沒有滑環(huán)；）采用繞線型異步發(fā)電機，但沒有滑環(huán)；（3 3）采用旋轉開關器件斬波控制轉子電流，動態(tài)調整發(fā)電機）

14、采用旋轉開關器件斬波控制轉子電流，動態(tài)調整發(fā)電機的機械特性。的機械特性。恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)（1 1）風速變化引起風輪轉矩脈動的低頻分量由變槳調速機）風速變化引起風輪轉矩脈動的低頻分量由變槳調速機構調節(jié)，其高頻分量由構調節(jié)，其高頻分量由RCCRCC調節(jié)，可明顯減輕槳葉應力，平調節(jié)，可明顯減輕槳葉應力，平滑輸出電功率滑輸出電功率; ;（2 2）利用風輪作為慣性儲能元件，吞吐伴隨轉子轉速變化）利用風輪作為慣性儲能元件，吞吐伴隨轉子轉速變化形成的動能，提高風能利用率；形成的動能，提高風能利用率；（3 3）電力電子主回路結構簡單，不需要大功率電源。）電力電子主回

15、路結構簡單，不需要大功率電源。旋轉電力電子開關電路檢修、更換困難。旋轉電力電子開關電路檢修、更換困難。恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點：系統(tǒng)特點：（1 1）交直交變頻器使發(fā)電機轉速與電網(wǎng)頻率間的關聯(lián)解耦；籠）交直交變頻器使發(fā)電機轉速與電網(wǎng)頻率間的關聯(lián)解耦；籠型異步風力發(fā)電機運行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；可利用發(fā)電機的型異步風力發(fā)電機運行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；可利用發(fā)電機的電磁轉矩控制風力機轉子的轉速，跟蹤其最大功率點。發(fā)電機電磁轉矩控制風力機轉子的轉速，跟蹤其最大功率點。發(fā)電機的運行轉差率小，發(fā)電機機械特性

16、硬，運行效率高；的運行轉差率小，發(fā)電機機械特性硬，運行效率高；（2 2）發(fā)電機側變頻器運行于升壓整流狀態(tài)，機端電壓可調，輕）發(fā)電機側變頻器運行于升壓整流狀態(tài)，機端電壓可調，輕載運行時發(fā)電機的鐵耗小、效率高；載運行時發(fā)電機的鐵耗小、效率高；（3 3）電網(wǎng)側變頻器運行于逆變狀態(tài)，將發(fā)電機發(fā)出的有功傳送）電網(wǎng)側變頻器運行于逆變狀態(tài)，將發(fā)電機發(fā)出的有功傳送至電網(wǎng)，并可作為無功發(fā)生器參與調節(jié)電網(wǎng)無功；對電網(wǎng)波動的至電網(wǎng)，并可作為無功發(fā)生器參與調節(jié)電網(wǎng)無功；對電網(wǎng)波動的適應性好，可以將電網(wǎng)的波動屏蔽于發(fā)電機之外；適應性好，可以將電網(wǎng)的波動屏蔽于發(fā)電機之外；（4 4）變頻器與發(fā)電機功率容量相等，系統(tǒng)成本高。

17、）變頻器與發(fā)電機功率容量相等，系統(tǒng)成本高。變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機雙饋異步風力發(fā)電機 交直交雙向功率變換器交直交雙向功率變換器變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點：系統(tǒng)特點：（1 1）連續(xù)變速運行，風能轉換率高；）連續(xù)變速運行，風能轉換率高；（2 2）部分功率變換，變頻器成

18、本相對較低；）部分功率變換，變頻器成本相對較低；（3 3）電能質量好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）；）電能質量好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）；（4 4）并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；）并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；（5 5）降低槳距控制的動態(tài)響應要求；）降低槳距控制的動態(tài)響應要求；（6 6）改善作用于風輪槳葉上機械應力狀況；）改善作用于風輪槳葉上機械應力狀況；（7 7）雙向變頻器結構和控制較復雜；）雙向變頻器結構和控制較復雜；（8 8）電刷與滑環(huán)間存在機械磨損。）電刷與滑環(huán)間存在機械磨損。變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng) 變速恒頻電勵磁變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）（1 1）連續(xù)變速運行，風能轉換率高；）連續(xù)變速運行，風能轉換率高；（2 2）通過調節(jié)轉子勵磁電流，可保持發(fā)電機的端電壓恒定；）通過調節(jié)轉子勵磁電流，可保持發(fā)電機的端電壓恒定；（3 3）可采用不控整流和）可采用不控整流和PWMPWM逆變，成本低于全功率變換；逆變，成本低于全功率變換；（4 4）電能質量好，并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；）電能質量好，并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；（5 5）降低槳距控制的動態(tài)響應要