風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)培訓(xùn)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)培訓(xùn)第1頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第2頁(yè)/共78頁(yè)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第3頁(yè)/共78頁(yè)三相籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

牛牛文庫(kù)文檔分享第4頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)定子鐵心轉(zhuǎn)子繞組（端環(huán)）機(jī)座轉(zhuǎn)子鐵心定子繞組風(fēng)扇端蓋

牛牛文庫(kù)文檔分享第5頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對(duì)稱三相交流電流，可以產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如果三相繞組分布在一個(gè)圓周上，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在一個(gè)圓周內(nèi)，呈現(xiàn)出的磁極（N、S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2P表示。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速n1取決于電流的頻率f和極對(duì)數(shù)P：

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)——同步轉(zhuǎn)速

牛牛文庫(kù)文檔分享第6頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理Sn1Nffne,

iT

f

產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T

定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)

在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e

e在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流i

i在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力f

若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n>n1,向n1的方向旋轉(zhuǎn)

n是否會(huì)等于

n1？要產(chǎn)生T，必須n≠n1——異步機(jī)械能

→電能，是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，發(fā)電！

牛牛文庫(kù)文檔分享第7頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

轉(zhuǎn)差率籠型異步發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)差率S與運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系?

把同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值，稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即

異步電機(jī)的特點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1不同。n＝(1－s)n1則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可表示為：

牛牛文庫(kù)文檔分享第8頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理

異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)!n＞n1＞0s＜00＜n＜n10＜s＜101n10ns

牛牛文庫(kù)文檔分享第9頁(yè)/共78頁(yè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制圖

牛牛文庫(kù)文檔分享第10頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步發(fā)電機(jī)的等值電路一相等值電路定子漏阻抗、轉(zhuǎn)子漏阻抗（折合）、勵(lì)磁阻抗轉(zhuǎn)子可變電阻反映發(fā)電機(jī)的負(fù)載狀況

牛牛文庫(kù)文檔分享第11頁(yè)/共78頁(yè)鐵損和銅損鐵損：電機(jī)的鐵損包括磁滯損失和渦流損失兩部分，電機(jī)空載時(shí)所消耗的功率。銅損：電機(jī)繞組上的損耗，包括原繞組的銅損和副繞組的銅損，一般電機(jī)短路情況下的損耗就是銅損。

牛牛文庫(kù)文檔分享第12頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步發(fā)電機(jī)的功率表述定子輸出功率：定、轉(zhuǎn)子銅損耗：機(jī)械輸入功率：電磁功率：鐵損耗：

牛牛文庫(kù)文檔分享第13頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步發(fā)電機(jī)的功率流程圖

牛牛文庫(kù)文檔分享第14頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性曲線電磁轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)狀態(tài)：0＜n＜n1，0＜s＜1發(fā)電機(jī)狀態(tài)：0＜n1＜n

，s＜0軟特性

vs.硬特性

牛牛文庫(kù)文檔分享第15頁(yè)/共78頁(yè)籠型異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)（1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消耗無(wú)功功率，皆取自電網(wǎng)。應(yīng)選用較高功率因數(shù)發(fā)電機(jī)，并在機(jī)端并聯(lián)電容；（2）絕大部分時(shí)間處于輕載狀態(tài)，要求在中低負(fù)載區(qū)效率較高，希望發(fā)電機(jī)的效率曲線平坦；（3）風(fēng)速不穩(wěn)，易受沖擊機(jī)械應(yīng)力，希望發(fā)電機(jī)有較軟的機(jī)械特性曲線，Ｓmax絕對(duì)值要大；（4）并網(wǎng)瞬間與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)相似，存在很大的沖擊電流，應(yīng)在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)，并加裝軟起動(dòng)限流裝置；

牛牛文庫(kù)文檔分享第16頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第17頁(yè)/共78頁(yè)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(RotorCurrentControl，RCC)

定義：轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)是指通過(guò)電力電子開關(guān)和脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)控制繞線型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的一項(xiàng)技術(shù)。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征：（1）采用變槳風(fēng)力機(jī)；（2）采用繞線型異步發(fā)電機(jī)，但沒(méi)有滑環(huán)；（3）采用旋轉(zhuǎn)開關(guān)器件斬波控制轉(zhuǎn)子電流，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性。

牛牛文庫(kù)文檔分享第18頁(yè)/共78頁(yè)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(RotorCurrentControl，RCC)

繞線型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用類似于定子的三相交流繞組，一般接成Y接；轉(zhuǎn)子三相繞組可在轉(zhuǎn)子內(nèi)部聯(lián)接，也可經(jīng)滑環(huán)—電刷裝置將轉(zhuǎn)子三相繞組端接線引出；轉(zhuǎn)子三相繞組的端接線在轉(zhuǎn)子內(nèi)部短接時(shí)，發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性類似于籠型異步發(fā)電機(jī)；外接附加電阻時(shí)，機(jī)械特性變軟。

牛牛文庫(kù)文檔分享第19頁(yè)/共78頁(yè)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(RotorCurrentControl，RCC)轉(zhuǎn)子電流斬波控制電路：原理：控制附加電阻的接入時(shí)間，從而控制轉(zhuǎn)子電流

牛牛文庫(kù)文檔分享第20頁(yè)/共78頁(yè)RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）風(fēng)速變化引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的低頻分量由變槳調(diào)速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，其高頻分量由RCC調(diào)節(jié)，可明顯減輕槳葉應(yīng)力，平滑輸出電功率;（2）利用風(fēng)輪作為慣性儲(chǔ)能元件，吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化形成的動(dòng)能，提高風(fēng)能利用率；（3）電力電子主回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要大功率電源。缺點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)電力電子開關(guān)電路檢修、更換困難。

牛牛文庫(kù)文檔分享第21頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第22頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)主回路構(gòu)成：

雙饋異步發(fā)電機(jī)＋交直交雙向功率變換器

牛牛文庫(kù)文檔分享第23頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)冷）

牛牛文庫(kù)文檔分享第24頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部位：滑環(huán)（電刷）系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第25頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)什么是雙饋電機(jī)？所謂雙饋電機(jī),就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,一般將定子繞組接入電網(wǎng),而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙饋電機(jī)的特點(diǎn)：（1）和異步電機(jī)區(qū)別：異步電機(jī)是通過(guò)定子從電網(wǎng)吸收勵(lì)磁電流,本身無(wú)勵(lì)磁繞組,而雙饋與同步機(jī)一樣有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組;異步電機(jī)無(wú)法改變功率因數(shù);異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化。（2）和同步機(jī)區(qū)別：同步機(jī)勵(lì)磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值,因此只能對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié),而雙饋電機(jī)可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位:改變勵(lì)磁頻率,可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速;改變勵(lì)磁電流相位,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電勢(shì)和電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置,改變了電機(jī)功率角,可以調(diào)節(jié)有功和無(wú)功.

牛牛文庫(kù)文檔分享第26頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機(jī)的一種；定子繞組直接接入交流電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子繞組端接線由三只滑環(huán)引出，接至一臺(tái)雙向功率變換器（變頻器）；轉(zhuǎn)子繞組通入變頻交流勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)也可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)；定子繞組端口并網(wǎng)后始終發(fā)出電功率；但轉(zhuǎn)子繞組端口電功率的流向取決于轉(zhuǎn)差率；

牛牛文庫(kù)文檔分享第27頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)圖

牛牛文庫(kù)文檔分享第28頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋系統(tǒng)（變換器系統(tǒng)）:(1)交交變頻器(雙饋中有一定應(yīng)用)優(yōu)點(diǎn):自然換流,四象限可靠運(yùn)行;無(wú)直流濾波,變頻效率高。缺點(diǎn):變壓器始終吸收無(wú)功、功率因數(shù)低;諧波大,輸出頻率低,需要隔離變壓器(2)交直交變頻器(大量應(yīng)用)優(yōu)點(diǎn):雙PWM實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電流諧波含量小、輸入功率因數(shù)可控缺點(diǎn):直流環(huán)節(jié)的濾波電容體積較大,壽命較短,且雙側(cè)采用PWM控制,開關(guān)損耗較大.(3)矩陣變換器(研發(fā)階段)優(yōu)點(diǎn):四象限運(yùn)行;可輸出幅值、頻率、相位和相序均可控的電壓,諧波含量較小.缺點(diǎn):換流過(guò)程不允許兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)比較困難

牛牛文庫(kù)文檔分享第29頁(yè)/共78頁(yè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

牛牛文庫(kù)文檔分享第30頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)基于IGBT（絕緣柵雙極晶閘管）技術(shù)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)交直交雙向功率變換器大的機(jī)側(cè)小的網(wǎng)側(cè)

牛牛文庫(kù)文檔分享第31頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)IGBT原理圖

牛牛文庫(kù)文檔分享第32頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第33頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第34頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)交直交雙向功率變換器兩套PWM控制型三相開關(guān)橋“背靠背”，中間存在電容支撐的直流母線；在任一時(shí)刻，一套三相橋處于脈沖整流狀態(tài)；而另一套處于逆變狀態(tài)；發(fā)電機(jī)側(cè)三相開關(guān)橋采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法；電網(wǎng)側(cè)三相開關(guān)橋采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法；可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出的有功和無(wú)功功率解耦控制。

牛牛文庫(kù)文檔分享第35頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理引入轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁變流器，控制轉(zhuǎn)子電流；轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)速變化；通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位，控制轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)領(lǐng)先于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場(chǎng)，從而在轉(zhuǎn)速高于和低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)都能保持發(fā)電狀態(tài)；通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值，可控制發(fā)電機(jī)定子輸出的無(wú)功功率；轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無(wú)功功率變換，為轉(zhuǎn)差功率，容量與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。

牛牛文庫(kù)文檔分享第36頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等值電路S≠0

時(shí)S＝0

時(shí)，右邊的轉(zhuǎn)子支路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電流源。

牛牛文庫(kù)文檔分享第37頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)亞同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＜n1時(shí)，（即0＜S＜1）

f2取正號(hào)，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：P電磁=P機(jī)械+P轉(zhuǎn)差

P上網(wǎng)=P電磁（定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵(lì)磁）b.超同步發(fā)電運(yùn)行

nr

＞n1時(shí)，（即S＞1）

f2取負(fù)號(hào)，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：P機(jī)械=P轉(zhuǎn)差+P電磁

P上網(wǎng)=P轉(zhuǎn)差+P電磁（定子饋電+轉(zhuǎn)子饋電）

牛牛文庫(kù)文檔分享第38頁(yè)/共78頁(yè)將定轉(zhuǎn)子電壓、電流和磁鏈各量投影到由定子磁場(chǎng)確定的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的方法。

牛牛文庫(kù)文檔分享第39頁(yè)/共78頁(yè)定子磁場(chǎng)定向矢量控制

牛牛文庫(kù)文檔分享第40頁(yè)/共78頁(yè)雙饋發(fā)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)速關(guān)系此圖參考1.5MW風(fēng)機(jī)

牛牛文庫(kù)文檔分享第41頁(yè)/共78頁(yè)雙饋發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流關(guān)系

牛牛文庫(kù)文檔分享第42頁(yè)/共78頁(yè)雙饋發(fā)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)子電壓關(guān)系

牛牛文庫(kù)文檔分享第43頁(yè)/共78頁(yè)雙饋發(fā)電機(jī)的效率曲線

牛牛文庫(kù)文檔分享第44頁(yè)/共78頁(yè)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）連續(xù)變速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高；（2）部分功率變換，變流器成本相對(duì)較低；（3）電能質(zhì)量好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）；（4）并網(wǎng)簡(jiǎn)單，無(wú)沖擊電流；（5）降低槳距控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求；（6）改善作用于風(fēng)輪槳葉上機(jī)械應(yīng)力狀況；（7）雙向變流器結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜；（8）電刷與滑環(huán)間存在機(jī)械磨損。

牛牛文庫(kù)文檔分享第45頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第46頁(yè)/共78頁(yè)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

混合控制雙饋＋斬波

牛牛文庫(kù)文檔分享第47頁(yè)/共78頁(yè)轉(zhuǎn)子電流混合控制的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)化了主回路結(jié)構(gòu)和控制策略，成本低；（2）兼具雙饋控制和RCC控制的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)速范圍縮??；（2）超同步速運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率不可調(diào)，功率因數(shù)略低。

牛牛文庫(kù)文檔分享第48頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第49頁(yè)/共78頁(yè)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)gearboxbrakepitchdriveinverterrectifierlinecouplingtransformergridsidebreakerYawdrivegeneratorsidebreakerConverter(fullrating)windturbinecontrollerconvertercontrollerCageInductiongenerator

牛牛文庫(kù)文檔分享第50頁(yè)/共78頁(yè)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；運(yùn)行于小轉(zhuǎn)差率范圍，發(fā)電機(jī)機(jī)械特性硬，運(yùn)行效率高；發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓可調(diào)，輕載運(yùn)行效率高；發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)被可控的變流器隔離，系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好；變流器與發(fā)電機(jī)功率容量相等，系統(tǒng)成本高。

牛牛文庫(kù)文檔分享第51頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第52頁(yè)/共78頁(yè)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)展同步發(fā)電機(jī)的必要性：同步發(fā)電機(jī)用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，即可直接向交流負(fù)載供電，也可經(jīng)整流器變換為直流電，向直流負(fù)載供電。因此，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為中小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的首選機(jī)型。近年來(lái)，在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品中，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已暫露頭角，有望成為未來(lái)的主力機(jī)型。

牛牛文庫(kù)文檔分享第53頁(yè)/共78頁(yè)直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)去除齒輪箱，直接驅(qū)動(dòng)的理由：由齒輪箱引起的風(fēng)電機(jī)組故障率高；齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)工作量大，易漏油污染；系統(tǒng)的噪聲大，效率低，壽命短。直驅(qū)帶來(lái)的問(wèn)題：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大；全功率整流逆變，變流器成本高。

牛牛文庫(kù)文檔分享第54頁(yè)/共78頁(yè)直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

牛牛文庫(kù)文檔分享第55頁(yè)/共78頁(yè)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定子鐵心定子繞組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

牛牛文庫(kù)文檔分享第56頁(yè)/共78頁(yè)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)原理：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)風(fēng)力機(jī)拖著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速n1相對(duì)于定子沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；安放于定子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)體與轉(zhuǎn)子上的主磁極之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，相對(duì)于磁極運(yùn)動(dòng)（即切割磁力線）的導(dǎo)體中將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)：導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則判斷。

牛牛文庫(kù)文檔分享第57頁(yè)/共78頁(yè)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理如果發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1，單位為r/min，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每秒轉(zhuǎn)了n1/60圈，則定子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為：當(dāng)發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)p與轉(zhuǎn)速n1一定時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f就是固定的數(shù)值。

牛牛文庫(kù)文檔分享第58頁(yè)/共78頁(yè)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理同步發(fā)電機(jī)原理：

—產(chǎn)生電磁力

如果在同步發(fā)電機(jī)定子導(dǎo)體A中有電流流過(guò)，那么根據(jù)電磁作用力定律，導(dǎo)體A在主磁極的磁場(chǎng)作用下，將受到一個(gè)電磁力：電磁力的方向可用左手定則判斷。

牛牛文庫(kù)文檔分享第59頁(yè)/共78頁(yè)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式電動(dòng)勢(shì)方程式:式中，Xd＝Xs＋Xad

Xq＝Xs＋XaqXad、Xaq—每相電樞繞組的直軸、交軸電樞反應(yīng)電抗。Xd、Xq—每相電樞繞組的直軸、交軸同步電抗。相量圖（忽略R）

牛牛文庫(kù)文檔分享第60頁(yè)/共78頁(yè)同步發(fā)電機(jī)的空載特性

E0:定子一相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值空載特性E0＝f(if

)if:轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流

空載特性反映了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生磁場(chǎng)、并在定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的能力。

牛牛文庫(kù)文檔分享第61頁(yè)/共78頁(yè)同步發(fā)電機(jī)的外特性

外特性反映負(fù)載性質(zhì)不同時(shí)，端電壓隨負(fù)載大小變化而變化的情況。外特性：同步發(fā)電機(jī)在n＝nN，if＝const，cos＝const的條件下，端電壓U和負(fù)載電流I的關(guān)系曲線。

負(fù)載的cos不同，U

隨I

變化的趨勢(shì)有所不同。

牛牛文庫(kù)文檔分享第62頁(yè)/共78頁(yè)同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率

保持發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)（UN、IN、cosN）的額定勵(lì)磁電流ifN和轉(zhuǎn)速不變，去掉全部負(fù)載后，空載電動(dòng)勢(shì)為E0，則電壓調(diào)整率為式中E0和UN同為相值或線值。

牛牛文庫(kù)文檔分享第63頁(yè)/共78頁(yè)同步發(fā)電機(jī)的功角特性

電磁功率可用電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電樞電流及它們之間的夾角表示。對(duì)隱極同步發(fā)電機(jī)（不計(jì)飽和）:電磁功率的表達(dá)式

牛牛文庫(kù)文檔分享第64頁(yè)/共78頁(yè)同步發(fā)電機(jī)的功角特性功角特性勵(lì)磁電磁功率磁阻電磁功率

隱極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率出現(xiàn)在＝90處。

凸極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率出現(xiàn)在＜90處。

牛牛文庫(kù)文檔分享第65頁(yè)/共78頁(yè)gearboxbrakepitchdrivemaininverter(fullrating)windturbinecontrolrectifierlinecouplingtransformergridsidebreakerYawdrivegeneratorsidebreakerconverterconvertercontrollerSGAVRexciter電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第66頁(yè)/共78頁(yè)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)：通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，可保持發(fā)電機(jī)的端電壓恒定；定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化；可采用不控整流和PWM逆變，成本較低；轉(zhuǎn)子可采用無(wú)刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勵(lì)磁消耗電功率；體積大、重量重，效率稍低。

牛牛文庫(kù)文檔分享第67頁(yè)/共78頁(yè)典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

牛牛文庫(kù)文檔分享第68頁(yè)/共78頁(yè)永磁直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)的功率變換電路

牛牛文庫(kù)文檔分享第69頁(yè)/共78頁(yè)永磁直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)：永磁發(fā)電機(jī)具有最高的運(yùn)行效率；永磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁不可調(diào)，導(dǎo)致其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC變換，可