第5章-風(fēng)力發(fā)電技術(shù)課件

風(fēng)力發(fā)電原理新能源學(xué)院關(guān)新1第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1發(fā)電系統(tǒng)2第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成35.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2023/12/545.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成變壓器變壓器的工作原理通常兩個繞組中一個接到交流電源，稱為一次繞組，簡稱一次側(cè)。另一個接到負(fù)載，稱為二次繞組，簡稱二次側(cè)。原理：一次、二次電壓決定于一次二次繞組匝數(shù)之比。2023/12/555.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成變壓器變壓器的分類及結(jié)構(gòu)用途分類：電力變壓器（220kV超高壓，35—110kV中壓，10kV配電變壓器）特種變壓器（電爐、整流）儀用互感器（電壓、電流互感器）冷卻方式：油浸式變壓器和干式變壓器2023/12/565.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成變壓器變壓器的分類及結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鐵心：分鐵心柱和鐵軛材料：表面涂的含桂量較高的厚度為0.35mm硅鋼片制成。目的：提高磁路的磁導(dǎo)率和降低鐵心內(nèi)的渦流損耗。2023/12/575.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成開關(guān)電器開關(guān)電器分類低壓刀開關(guān)、接觸器、高壓負(fù)荷開關(guān)：正常工作下開端或閉合正常工作電流。熔斷器：開斷過負(fù)荷電流或短路電源高壓隔離開關(guān)：檢修時隔離電源。自動分?jǐn)嗥鳎侯A(yù)定的記憶時間內(nèi)根據(jù)選定的計數(shù)次數(shù)在無電流的瞬間自動分段故障電路。2023/12/585.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成開關(guān)電器開關(guān)電器分類高壓短路器、低壓空氣短路：開斷或閉合正常工作電流，或過負(fù)荷電流或短路電流。具有滅弧裝置2023/12/595.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成開關(guān)電器真空斷路器真空滅弧室2023/12/5105.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成開關(guān)電器真空斷路器斷路器的結(jié)構(gòu)分裝式、固定式、手車式三種結(jié)構(gòu)。用途以真空作為滅弧和絕緣介質(zhì)的斷路器，多用于10~35kV的配電系統(tǒng)中2023/12/5115.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成開關(guān)電器交流接觸器用途：接通或斷開電動機(jī)或其他設(shè)備的主電路結(jié)構(gòu)主觸頭：電流較大，接在電動機(jī)主電路輔助觸頭：電流較小，接在控制電路。滅弧裝置2023/12/5125.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成開關(guān)電器熔斷器最簡單且最有效的短路保護(hù)電路。2023/12/5135.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成繼電器用途：用來保護(hù)電動機(jī)使之免受長期過載的危害。不能用作短路保護(hù)熱慣性2023/12/5145.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成繼電器用途：用來保護(hù)電動機(jī)使之免受長期過載的危害。不能用作短路保護(hù)熱慣性中間繼電器用途：傳遞信號和同時控制多個電路，或直接用來控制小容量電動機(jī)或其他電氣執(zhí)行元件。2023/12/5155.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成母線與電纜母線定義：在各級電壓配電裝置中，將發(fā)電機(jī)、變壓器與各種電器連線的導(dǎo)線。分類軟母線：電壓較高的戶外配電裝置硬母線：電壓較低的戶內(nèi)外配電裝置2023/12/5165.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成母線與電纜母線母線材料銅母線鋁母線：電阻率稍高于銅，但比銅經(jīng)濟(jì)鋼母線：電阻率高于銅7倍，適用于高壓小容量電路。2023/12/5175.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成母線與電纜母線母線的截面形狀矩形截面：一般用于35kV及以下的戶內(nèi)配電裝置中。圓形截面：35kV以上的戶外配電裝置中（可防電暈）。槽型截面：配電時，當(dāng)三條以上矩形母線不能滿足要求。2023/12/5185.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成母線與電纜電力電纜電力電纜的種類電壓、使用環(huán)境、線芯數(shù)、結(jié)構(gòu)特征、絕緣材料電力電纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)油紙絕緣電纜塑料絕緣電纜交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜橡膠絕緣電纜2023/12/5195.1.1發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成母線與電纜電力電纜電力電纜基本結(jié)構(gòu)：電纜的基本結(jié)構(gòu)由線芯、絕緣層、保護(hù)層組成2023/12/520第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1.2變流器215.1.2變流器電力電子器件電力電子器件的概念和特征被廣泛用于處理電能的主電路中，是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、變換及控制的電子器件。主要參數(shù)：電功率大小處理功率級別大由信息電子來控制電力電子器件。2023/12/5225.1.2變流器電力電子器件電力電子器件的分類按控制性分類不控型器件：不能用控制信號控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件半控型器件：通過控制極（門極）控制器件導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。全控型器件：既可以通過器件的控制極（門極）控制其導(dǎo)通，又可控制其關(guān)斷。按驅(qū)動信號分類電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型2023/12/5235.1.2變流器電力電子器件電力電子器件的分類不可控器件——電力二極管特征：正向?qū)щ娦院头聪蜃钄嘈栽恚赫螂妷篣F大于閾值電壓UT0時，導(dǎo)通。UF為二極管的正向同態(tài)壓降。當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值（URB0）后，二極管的反向電流迅速增大，產(chǎn)生雪崩擊穿，URB0稱為反向擊穿電壓。2023/12/5245.1.2變流器電力電子器件電力電子器件的分類半控型器件——晶閘管又稱可控硅整流器組成：門極（G）、陽極（A）和陰極（K）特征：電流觸發(fā)性單向特性半控型特性2023/12/5255.1.2變流器電力電子器件電力電子器件的分類電力場效應(yīng)晶體管——電力MOSFET原理：用柵極電壓來控制漏極電流，實(shí)現(xiàn)電流的通斷。分類：P溝道和N溝道特點(diǎn)：柵極電壓UGS越高，反型層越厚，導(dǎo)電溝道越寬，漏極電流越大；驅(qū)動功率?。环磻?yīng)效率快2023/12/5265.1.2變流器電力電子器件電力電子器件的分類絕緣柵型雙極性晶體管——IGBT特點(diǎn)驅(qū)動方便，開關(guān)速度快導(dǎo)通后呈電阻性質(zhì)，電力壓降高。電壓驅(qū)動型通流能力強(qiáng)、耐壓等級高2023/12/5275.1.2變流器AC-DC變換電路不控整流——二極管大小取決于輸入電壓和電路形式特點(diǎn)電流穩(wěn)定——電感濾波電壓穩(wěn)定——電容濾波同時穩(wěn)定——電感與電容組成LC濾波電路分類半控橋和全控橋2023/12/5285.1.2變流器AC-DC變換電路相控整流——晶閘管通過控制門極的觸發(fā)延遲角，就能控制晶閘管的導(dǎo)通時刻。分類半控橋全控橋特點(diǎn)控制方便產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)會產(chǎn)生二次污染 2023/12/5295.1.2變流器AC-DC變換電路斬波整流——PWM特點(diǎn)網(wǎng)側(cè)功率因素高、諧波含量低網(wǎng)側(cè)電流畸變小，功率因素任意可控體積、質(zhì)量小分類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：電壓型和電流型2023/12/5305.1.2變流器AC-DC變換電路斬波整流——PWM分類是否有能量回饋：無能量回饋的整流器（PFC）和有能量回饋的開關(guān)模式整流器（SMR）動態(tài)響應(yīng)速度適當(dāng)控制整流器交流端的幅值和相位可獲得所需大小和相位的輸入電流。2023/12/5315.1.2變流器DC-DC交換電路特點(diǎn)：可將一種電流電變換成另外一種固定或可調(diào)電壓的直流電。分類不隔離式隔離式2023/12/5325.1.2變流器DC-AC變換電路分類電壓型電流型單相半橋單相全橋三相橋式2023/12/5335.1.2變流器AC-AC變換電路分類頻率不變而僅改變電壓大小的AC-AC電壓變壓器直接將一定頻率的交流電變換為較低頻率交流電的相控式AC-AC直接變換器，在直接變頻的同時也可以實(shí)現(xiàn)電壓變換，實(shí)現(xiàn)降頻降壓變換。2023/12/5345.1.2變流器風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的應(yīng)用技術(shù)支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大功率變流器的主要技術(shù)有正弦脈寬調(diào)制技術(shù)將參考波形與輸出調(diào)制波形進(jìn)行比較，并根據(jù)兩者比較結(jié)果確定逆變橋壁的開關(guān)狀態(tài)。大功率變流技術(shù)采用器件串聯(lián)技術(shù)來提高電壓等級采用器件并聯(lián)技術(shù)來提高輸出電流采用模塊并聯(lián)技術(shù)2023/12/5355.1.2變流器風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器的應(yīng)用技術(shù)多重化技術(shù)指在電壓源型變流器中，為減少諧波，提高功率等級，將輸出的PWM波錯位疊加，使輸出波形更加正弦波。低電壓穿越技術(shù)當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障如電壓跌落時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仍需要保持與電網(wǎng)的連接，只有故障嚴(yán)重時才允許脫網(wǎng)。計算機(jī)軟件控制技術(shù)2023/12/5

36第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)375.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)籠型和繞線型籠型組成定子由鐵心和定子（勵磁）繞組組成轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成，槽中嵌入金屬導(dǎo)條。鐵心兩端用鋁或銅端環(huán)將導(dǎo)條短接，轉(zhuǎn)子不需要外加勵磁，沒有集電環(huán)和電刷。2023/12/5385.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)繞線型定子與籠型異步發(fā)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子繞組電流通過集電環(huán)和電刷流入流出。發(fā)電：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速略高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，并且恒速運(yùn)行。異步發(fā)電機(jī)6極，輸入轉(zhuǎn)速為？r/min。2023/12/5395.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)工作原理同步轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)差率2023/12/5405.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時（n<n1）電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從電網(wǎng)中吸收無功功率建立磁場，吸收的有功功率將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時（n>n1）電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)從外部吸收無功功率建立磁場，風(fēng)力機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。2023/12/5415.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式直接并網(wǎng)條件：發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速缺點(diǎn)產(chǎn)生沖擊電流（5~6倍額定電流）2023/12/5425.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式直接并網(wǎng)2023/12/5435.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式直接并網(wǎng)并網(wǎng)方式2023/12/5445.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式降壓并網(wǎng)原理：在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器，或者接入自耦變壓器，降低并網(wǎng)時沖擊電流和電網(wǎng)下降的幅度。2023/12/5455.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式晶閘管軟并網(wǎng)原理：定子和電網(wǎng)之間每相串入一只雙向晶閘管，通過晶閘管的導(dǎo)通角來控制并網(wǎng)時的電流沖擊。2023/12/5465.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式晶閘管軟并網(wǎng)2023/12/5475.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)方式晶閘管軟并網(wǎng)并網(wǎng)過程2023/12/5485.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的功率輸出及無功功率補(bǔ)償并網(wǎng)運(yùn)行時的功率輸出發(fā)電機(jī)輸出的電流大小及功率因素決定于轉(zhuǎn)差率s和發(fā)電機(jī)的參數(shù)。轉(zhuǎn)差率的大小由發(fā)電機(jī)的負(fù)載決定。2023/12/5495.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的功率輸出及無功功率補(bǔ)償并網(wǎng)運(yùn)行時的功率輸出飛車產(chǎn)生的原因當(dāng)風(fēng)輪傳給發(fā)電機(jī)機(jī)械功率增加時，發(fā)電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，當(dāng)超過最大輸出功率時，制動轉(zhuǎn)矩不增反減，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速增加。轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓二次方成正比，電網(wǎng)電壓下降，制動力矩相應(yīng)減小，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?zé)o法有效控制，造成飛車。2023/12/5505.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的功率輸出及無功功率補(bǔ)償變速恒頻技術(shù)變速恒頻：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，發(fā)出的電流通過適當(dāng)?shù)淖兓?，使輸出頻率與電網(wǎng)頻率相同。設(shè)備：AC-DC-AC變頻器缺點(diǎn)：變頻器體積過大，成本過高。2023/12/5515.1.3異步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的功率輸出及無功功率補(bǔ)償變速恒頻技術(shù)變速恒頻：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，發(fā)出的電流通過適當(dāng)?shù)淖兓?，使輸出頻率與電網(wǎng)頻率相同。設(shè)備：AC-DC-AC變頻器缺點(diǎn)：變頻器體積過大，成本過高。2023/12/552第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)535.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成定子由定子鐵心和三相定子繞組組成轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組（勵磁）集電環(huán)轉(zhuǎn)子軸分類凸極式和隱極式2023/12/5545.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)勵磁系統(tǒng)直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電流的直流勵磁系統(tǒng)。用整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的整流勵磁系統(tǒng)（大容量發(fā)電機(jī)）。2023/12/5555.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)工作原理在風(fēng)力機(jī)的拖動下，轉(zhuǎn)子（含磁極）以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場切割定子上的三相對稱繞組，在定子繞組中產(chǎn)生頻率為f1的三相對稱的感應(yīng)電動勢和電流輸出，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。2023/12/5565.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)工作原理優(yōu)缺點(diǎn)即可輸出有用功率，也可提供無功功率，提高功率因數(shù)。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須恒定，需要精確的調(diào)速機(jī)構(gòu)2023/12/5575.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)條件和方式并網(wǎng)條件波形；幅值；頻率；相序；相位并網(wǎng)方式自動準(zhǔn)同步并網(wǎng)自同步并網(wǎng)2023/12/5585.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)條件和方式并網(wǎng)條件波形；幅值；頻率；相序；相位并網(wǎng)方式自動準(zhǔn)同步并網(wǎng)2023/12/5595.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)并網(wǎng)條件和方式并網(wǎng)方式自同步并網(wǎng)2023/12/5605.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性2023/12/5615.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)和補(bǔ)償有功功率的調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的功率角：轉(zhuǎn)子勵磁磁場軸線與定、轉(zhuǎn)子合成磁場軸線之間的夾角。調(diào)節(jié)方法當(dāng)轉(zhuǎn)速增加，定子電流增加，附加定子勵磁磁場增加時，功率角增大，輸出功率增加。當(dāng)功率角達(dá)到90°時，定子電流最大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速將失去同步，機(jī)組將無法監(jiān)理平衡。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流使功率角小于90°，提高穩(wěn)定性。（用于短時間劇風(fēng)調(diào)節(jié)）2023/12/5625.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)和補(bǔ)償有功功率的調(diào)節(jié)2023/12/5635.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)和補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償無功功率不足，電網(wǎng)的電壓將會下降同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時，由于定子電流建立的磁場對電機(jī)中的勵磁磁場有去磁作用。過勵時，發(fā)電機(jī)輸出滯后無功功率，改善功率因數(shù)；欠勵時，從電網(wǎng)吸收滯后無功功率，降低功率因數(shù)。同步發(fā)電機(jī)通常在過勵狀態(tài)下運(yùn)行，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。2023/12/5645.1.4同步發(fā)電機(jī)及其并網(wǎng)變速恒頻技術(shù)使用變頻器的優(yōu)點(diǎn)由于同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過變流器相連接，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)的頻率彼此獨(dú)立，并網(wǎng)時一般不會發(fā)生因頻率偏差而產(chǎn)生較大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，并網(wǎng)過程比較平穩(wěn)。2023/12/565第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)665.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：定子和轉(zhuǎn)子（結(jié)構(gòu)上帶有集電環(huán)和電刷）與異步發(fā)電機(jī)相同。變流器（AC-AC，AC-DC-AC，正弦波脈寬調(diào)制雙向變流器）電流組成定子輸出轉(zhuǎn)子通過逆變器輸出2023/12/5675.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)工作原理當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n發(fā)生變化時，可通過調(diào)節(jié)f2來維持f1不變，以保證與電網(wǎng)頻率相同2023/12/5685.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的功率分析2023/12/5695.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的功率分析雙饋電機(jī)在四象限運(yùn)行過程中的能流關(guān)系轉(zhuǎn)子運(yùn)行在亞同步的電動狀態(tài)（1>s>0）電動運(yùn)行狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩，機(jī)械功率由電機(jī)輸出給機(jī)械負(fù)載，轉(zhuǎn)差功率回饋給轉(zhuǎn)子外界電源2023/12/5705.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的功率分析雙饋電機(jī)在四象限運(yùn)行過程中的能流關(guān)系轉(zhuǎn)子運(yùn)行于亞同步的定子回饋制動狀態(tài)（1>s>0）電磁功率由定子回饋給電網(wǎng)，機(jī)械功率由風(fēng)力機(jī)輸入電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性轉(zhuǎn)矩。2023/12/5715.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的功率分析雙饋電機(jī)在四象限運(yùn)行過程中的能流關(guān)系轉(zhuǎn)子運(yùn)行于與超同步速的電動狀態(tài)（s<0）電磁功率由定子輸給電機(jī)，機(jī)械功率由電機(jī)輸給負(fù)載，轉(zhuǎn)差功率由電網(wǎng)輸給負(fù)載，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動轉(zhuǎn)矩。2023/12/5725.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)2023/12/5735.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)2023/12/5745.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為什么采用雙向變流器？并網(wǎng)過程？2023/12/575變流器控制轉(zhuǎn)子電流的頻率、幅值、相位和相序，從而實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)連接。當(dāng)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在亞同步狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子中的電流從電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子繞組線圈；當(dāng)風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在超同步狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子中的電流流向電網(wǎng)。5.1.5雙饋異步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙饋式風(fēng)力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)通過調(diào)節(jié)勵磁電流，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行下的恒頻及功率調(diào)節(jié)只有電流頻率通過變流器，變流器容量減小。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性缺點(diǎn)電刷和集電環(huán)降低可靠性。2023/12/576第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.1.6永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)775.1.6永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定子與普通交流電機(jī)相同轉(zhuǎn)子采用永磁材料勵磁優(yōu)點(diǎn)無勵磁繞組的銅損耗無集電環(huán)發(fā)電機(jī)體積較小極對數(shù)可做的很多省去齒輪箱，提高系統(tǒng)的效率和運(yùn)行可靠性2023/12/5785.1.6永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)缺點(diǎn)運(yùn)行時溫度高，所以永磁發(fā)電機(jī)常做成轉(zhuǎn)子型，便于散熱。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用電機(jī)永磁發(fā)電機(jī)電勵磁式同步發(fā)電機(jī)（目前應(yīng)用）2023/12/5795.1.6永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)2023/12/580第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.2控制系統(tǒng)81第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能825.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)(離散控制)2023/12/5835.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能控制系統(tǒng)的功能原因：風(fēng)能密度低、穩(wěn)定性差風(fēng)速和風(fēng)向隨機(jī)性目標(biāo)：保證系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行、能量利用率最大電能質(zhì)量高機(jī)組壽命長2023/12/5845.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常規(guī)控制內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：當(dāng)外部條件（如：負(fù)載、風(fēng)速和空氣密度等）和自身的參數(shù)確定，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)過動態(tài)調(diào)整后將工作在某一平衡工作點(diǎn)。最佳風(fēng)能利用系數(shù)曲線：在不同風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)輸出功率最大點(diǎn)的連線。2023/12/5855.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常規(guī)控制內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)控制系統(tǒng)的任務(wù)：保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的前提下，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)盡可能靠近風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最佳風(fēng)能利用系數(shù)曲線。2023/12/5865.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常規(guī)控制內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)暫停狀態(tài)停機(jī)狀態(tài)緊急停機(jī)狀態(tài)當(dāng)緊急停機(jī)電路動作時，所有接觸器斷開，計算機(jī)輸出信號被旁路，使計算機(jī)沒有可能去激活任何機(jī)構(gòu)。2023/12/5875.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常規(guī)控制內(nèi)容提高工作狀態(tài)層次只能一層一層地上升，而要降低工作狀態(tài)層次可以一層或多層2023/12/5885.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能故障處理方式故障檢測故障記錄對故障的反應(yīng)故障處理后的重新起動當(dāng)外部條件良好，此外部原因引起的故障狀態(tài)可能自動復(fù)位。一般可以通過遠(yuǎn)程控制復(fù)位，如果操作者發(fā)現(xiàn)故障可接受并允許起動風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，可以復(fù)位2023/12/5895.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常規(guī)控制內(nèi)容機(jī)組的起動自起動本地起動遠(yuǎn)程起動2023/12/5905.2.1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能常規(guī)控制內(nèi)容偏航系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)置一定的允許偏差偏航控制系統(tǒng)包括：主動偏航90°側(cè)風(fēng)自動解纜頂部機(jī)艙控制偏航面板控制偏航和遠(yuǎn)程控制偏航2023/12/591第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制925.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特征失速和制動核心問題自動失速性能突甩負(fù)載下的安全停機(jī)定義：失速安裝角的調(diào)整失速只與風(fēng)速有關(guān)，失速型風(fēng)機(jī)冬夏兩季的輸出功率不同。2023/12/5935.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特征結(jié)論：夏季空氣密度低，氣壓小，定槳距風(fēng)力機(jī)發(fā)電量小。增加安裝角大小，提高失速點(diǎn)，控制發(fā)電機(jī)的輸出功率在額定功率附近波動。反之亦然。主動失速風(fēng)力機(jī)2023/12/5945.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特征雙速發(fā)電機(jī)2023/12/5955.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特征雙速發(fā)電機(jī)通過改進(jìn)發(fā)電裝置實(shí)現(xiàn)不連續(xù)變速功能方法雙速發(fā)電機(jī)雙繞組雙速感應(yīng)發(fā)電機(jī)雙速極幅調(diào)制感應(yīng)發(fā)電機(jī)2023/12/5965.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行過程待機(jī)狀態(tài)當(dāng)風(fēng)速達(dá)到切入風(fēng)速，不足以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拖動到切入的轉(zhuǎn)速，或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從小功率（逆功率）狀態(tài)切出，沒有重新并入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自起動風(fēng)輪在自然風(fēng)速的作用下，不依靠其他外力的協(xié)助，將發(fā)電機(jī)拖動到額定轉(zhuǎn)速。2023/12/5975.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行過程自起動的條件電網(wǎng)：低、過電壓（10min）風(fēng)況機(jī)組風(fēng)輪對風(fēng)并制動解除，準(zhǔn)備自起動2023/12/5985.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行過程風(fēng)輪對風(fēng)時間常數(shù)控制（10s）自動解除擾流器回收與松開鉗式制動器2023/12/5995.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行過程風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)與脫網(wǎng)并網(wǎng)主電路晶閘管完成。為避免火花產(chǎn)生需用旁路接觸器首先接通。大小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)程序達(dá)到預(yù)置切入點(diǎn)→晶閘管接通，加速度由大變小→轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速發(fā)電→從旁路接觸器輸送電能至電網(wǎng)2023/12/51005.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行過程風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)與脫網(wǎng)從小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換切換依據(jù)：平均功率或瞬時功率發(fā)電機(jī)向小發(fā)電機(jī)的切換切換依據(jù)：持續(xù)功率或平均功率電動機(jī)起動只在調(diào)試期間或某些特殊情況下使用2023/12/51015.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制參數(shù)監(jiān)測和處理電力參數(shù)監(jiān)測電壓：電網(wǎng)沖擊電流：電路短路保護(hù)（斷路器保護(hù)）；過電流保護(hù)（軟件）頻率：電網(wǎng)上下限功率進(jìn)行比較功率因數(shù)：通過電壓相角和電流相角獲得功率監(jiān)測：過低、過高。2023/12/51025.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制參數(shù)監(jiān)測和處理風(fēng)力參數(shù)監(jiān)測風(fēng)速監(jiān)測25m/s，正常停機(jī)33m/s，持續(xù)2s，正常停機(jī)50m/s，持續(xù)2s，緊急停機(jī)，90側(cè)風(fēng)風(fēng)向監(jiān)測風(fēng)向與機(jī)艙中心線的偏差角2023/12/51035.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制參數(shù)監(jiān)測和處理機(jī)組狀態(tài)檢測轉(zhuǎn)速監(jiān)測溫度監(jiān)測機(jī)艙振動監(jiān)測電纜扭轉(zhuǎn)監(jiān)測機(jī)械制動狀況油位監(jiān)測各種反饋信號的監(jiān)測2023/12/5104第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制1055.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特性輸出功率特征控制發(fā)電功率方式調(diào)節(jié)槳距角控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率（控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流來）2023/12/51065.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制機(jī)組的控制特性在額定點(diǎn)具有較高的風(fēng)能利用系數(shù)V<V額，Cp最大。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量高于變槳距風(fēng)力機(jī)V=V額，Cp最大。由于未達(dá)到V額，定槳距風(fēng)力機(jī)已經(jīng)失速，所以發(fā)電量略低于變槳距風(fēng)力機(jī)V>V額，Cp緩慢下降。變槳距風(fēng)力機(jī)發(fā)電量高于定槳距風(fēng)力機(jī)。V=V切出，Cp最小2023/12/51075.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行狀態(tài)變槳距風(fēng)力機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)起動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）欠功率狀態(tài)（不控制）額定功率狀態(tài)（功率控制）2023/12/51085.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制運(yùn)行狀態(tài)2023/12/5109狀態(tài)風(fēng)速力矩發(fā)電功率槳距角控制系統(tǒng)啟動狀態(tài)0~V切入增大090°~0°×欠功率狀態(tài)V切入~V額定增大至最大0°×額定功率V額定~V切出減小P額定0°~90°√5.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制帶調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的變槳系統(tǒng)變槳距系統(tǒng)有風(fēng)速低頻分量和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)速的高頻分量產(chǎn)生的機(jī)械能波動，通過迅速改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行平衡，即通過轉(zhuǎn)子電流控制器對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制。2023/12/51105.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制帶調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的變槳系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)前，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由速度控制器A直接控制；發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，速度控制器B與功率控制器起作用。功率控制器的任務(wù)主要是根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速給出相應(yīng)的功率曲線，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，并確定速度控制器B的速度給定。2023/12/51115.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制帶調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率的變槳系統(tǒng)2023/12/51125.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制風(fēng)力機(jī)葉輪起動變槳過程2023/12/51135.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)原理通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的控制來迅速改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，從而改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速。2023/12/51145.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)應(yīng)用RCC的功率控制系統(tǒng)外環(huán)通過測量轉(zhuǎn)速產(chǎn)生參考曲線內(nèi)環(huán)是一個功率伺服環(huán)，它通過轉(zhuǎn)子電流控制器（RCC）對電機(jī)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，是發(fā)電機(jī)功率跟蹤給定值。2023/12/51155.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)轉(zhuǎn)子電流控制器原理轉(zhuǎn)子電流控制器由快速數(shù)字式PI控制器和一個等效電阻構(gòu)成。2023/12/51165.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)轉(zhuǎn)子電流控制器的結(jié)構(gòu)將普通三相異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引出，外接轉(zhuǎn)子電阻，電阻值從0變化到100%，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率絕對值增大值10%。特點(diǎn)：開關(guān)速度快提高了發(fā)電機(jī)的效率電路結(jié)構(gòu)簡單2023/12/51175.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)采用轉(zhuǎn)子電流控制器的功率調(diào)整（了解）為什么要在短暫風(fēng)速下使用轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)反映速度快，可以對發(fā)電功率瞬時調(diào)節(jié)降低變槳距動作頻率，延長變槳距機(jī)構(gòu)的使用壽命。2023/12/5118第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)5.2.2定槳距風(fēng)電機(jī)組的控制1192023/12/51202023/12/51212023/12/51222023/12/5123第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)變槳距控制是為了盡可能地提高風(fēng)力機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率和保持風(fēng)力機(jī)輸出功率平穩(wěn)，風(fēng)力機(jī)可進(jìn)行槳距調(diào)整變槳距型風(fēng)力機(jī)在各種工況可按最佳參數(shù)運(yùn)行，使輸出功率曲線得到優(yōu)化，可使槳葉和整機(jī)的受力狀況大為改善，還可以使發(fā)動機(jī)在額定風(fēng)速以下的工作區(qū)段有較高的發(fā)電量，而在額定風(fēng)速以上的高風(fēng)速區(qū)段不超載，不需要過載能力大的發(fā)電機(jī)2023/12/5124第5章風(fēng)力發(fā)電技術(shù)變槳控制系統(tǒng)實(shí)際上是一個隨動系統(tǒng)，變槳距控制器是一個非線性比例控制器，它可以補(bǔ)償比例閥的死帶和極限圖5.12023/12/51255.1功率調(diào)節(jié)在超過額定風(fēng)速后（一般為12~16m/s）以后，由于部件機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)電機(jī)、電力電子容量等物理性能的限制，必須降低風(fēng)輪的能量捕獲，使功率輸出保持在額定值附近，減少葉片承受負(fù)荷和整個風(fēng)力機(jī)受到的沖擊，保證風(fēng)力機(jī)不受損害2023/12/51265.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式定槳距失速調(diào)節(jié)控制最簡單，利用高風(fēng)速時升力系數(shù)降低和阻力系數(shù)增加，限制功率在高風(fēng)速時保持恒定變槳距調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動槳距葉片安裝角以減小攻角，高風(fēng)速時減小升力系數(shù)，以限制功率主動失速調(diào)節(jié)利用槳距調(diào)節(jié)，在中低風(fēng)速區(qū)可優(yōu)化功率輸出2023/12/51275.1功率調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展在功率調(diào)節(jié)方式變速恒頻技術(shù)和變槳調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)電機(jī)類型無刷雙饋型感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁式發(fā)電機(jī)在控制技術(shù)計算機(jī)分布式控制技術(shù)和新的控制理論驅(qū)動方式免齒輪箱的直接驅(qū)動技術(shù)2023/12/51285.1功率調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的統(tǒng)一形式水平軸三葉片上風(fēng)向管式塔2023/12/51295.1功率調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展發(fā)展趨勢單機(jī)容量不斷增大變槳距功率調(diào)節(jié)方式代替定槳距功率調(diào)節(jié)方式變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)迅速取代恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)免齒輪箱系統(tǒng)的直取方式發(fā)電系統(tǒng)2023/12/51305.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式3種功率調(diào)節(jié)方式圖5.22023/12/51315.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式定槳距失速控制圖5.32023/12/51325.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式優(yōu)點(diǎn)：控制簡單缺點(diǎn)：功率曲線由葉片的失速特性決定，功率輸出不確定阻尼較低，振動幅度較大，葉片易疲勞損壞高風(fēng)速時氣動載荷較大，葉片及塔架等受載荷較大低風(fēng)速段風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較低時的功率輸出較高2023/12/51335.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式變槳距調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)：獲取更多的風(fēng)能，提供氣動剎車，減少作用在機(jī)組上額極限載荷變槳速率約為5°/s，緊急變槳速率為10°/s圖5.52023/12/51345.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式主動失速調(diào)節(jié)特點(diǎn)：可以補(bǔ)償空氣密度、葉片粗糙度、翼型變化對功率輸出的影響，優(yōu)化中低風(fēng)速的出力額定點(diǎn)之后可維持額定功率輸出葉片可順槳，制動平穩(wěn)，沖擊小，極限載荷小圖5.62023/12/51355.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式恒速與變速運(yùn)行定槳距機(jī)組，在低風(fēng)速運(yùn)行時效率較低，若設(shè)計低風(fēng)速時效率過高，葉片會過早失速。2023/12/51365.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式雙速運(yùn)行將發(fā)電機(jī)分別設(shè)計成4極和6極在低風(fēng)速段可改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，保持最佳葉尖速比，效率高降低葉片噪聲葉輪氣動扭矩波動小，傳動平穩(wěn)電能波動降低，電能品質(zhì)提高圖5.72023/12/51375.1功率調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)方式變速運(yùn)行寬幅變速風(fēng)輪轉(zhuǎn)速可在0到額定范圍內(nèi)變化，發(fā)電機(jī)靜子通過變頻器與電網(wǎng)連接窄幅變速風(fēng)輪轉(zhuǎn)速只在從30%~50%的電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，到額定轉(zhuǎn)速間變化。發(fā)電機(jī)定子直接連接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過滑環(huán)和變頻器與電網(wǎng)相連2023/12/51385.1功率調(diào)節(jié)滑差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)由于槳距調(diào)節(jié)有滯后時間，特別在慣量大的風(fēng)力機(jī)中，邂逅現(xiàn)象更為突出，在陣風(fēng)或風(fēng)速變化頻繁時，會導(dǎo)致槳距大幅度頻繁調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率也將大幅度波動，會對電網(wǎng)造成不良影響，因此單純靠變槳距來調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)的功率輸出，并不能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出功率的穩(wěn)定性圖5.92023/12/51395.1功率調(diào)節(jié)滑差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)當(dāng)風(fēng)速上