風(fēng)力發(fā)電機(jī)組培訓(xùn)教材.ppt

1、目錄,緒論 第一講 風(fēng)能資源 第二講 電工基礎(chǔ) 第三講 風(fēng)力發(fā)電中的輸變電 第四講 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu) 第五講 風(fēng)力發(fā)電中的空氣動(dòng)力學(xué)原理 第六講 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理與機(jī)組構(gòu)成 第七講 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù),第六講 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理與機(jī)組構(gòu)成,一、鼠籠感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 二、繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)組 三、雙饋異步發(fā)電機(jī)組 四、繞線式同步機(jī)的直驅(qū)機(jī)組 五、繞線式同步機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)組 六、永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組 七、半齒輪驅(qū)動(dòng)永磁機(jī)組,一、鼠籠感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,1. 原理 2. 構(gòu)成 3. 應(yīng)用范圍 4. 優(yōu)缺點(diǎn),1. 鼠籠機(jī)原理,風(fēng)力發(fā)電廠,轉(zhuǎn)子類似鼠籠，定子類似同步電機(jī)定子。 定子通電后，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在

2、轉(zhuǎn)子鼠籠條中產(chǎn)生感應(yīng)電流； 轉(zhuǎn)子電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這就是電動(dòng)機(jī)原理；如果外力拖動(dòng)轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過同步速時(shí)，反電勢(shì)就會(huì)在定子中感生出電流。 是發(fā)電還是電動(dòng)取決于轉(zhuǎn)差率S, 當(dāng)S為負(fù)值，則為發(fā)電機(jī)，對(duì)風(fēng)電S為-1%至-2% 轉(zhuǎn)差率S是同步旋轉(zhuǎn)速度Ns和 實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N間的相對(duì)差，即 S=(Ns -N)/Ns,2. 鼠籠風(fēng)電機(jī)組的構(gòu)成,3. 應(yīng)用范圍,單一鼠籠感應(yīng)機(jī)在MW級(jí)以下的定速風(fēng)機(jī)中獲得了廣泛的應(yīng)用； 帶有單一具備雙速繞組的鼠籠感應(yīng)機(jī)；通過改變繞組改變極對(duì)數(shù)。例如，高速時(shí)用4極，低速時(shí)用6極； 帶有兩臺(tái)分開的具有不同等級(jí)的鼠籠感應(yīng)機(jī)，應(yīng)用較少； 帶有單一鼠籠感應(yīng)

3、機(jī)（SCIG）的風(fēng)機(jī)，其定子通過電力電子變換器（PEC）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(jī)中的一種。,應(yīng)用鼠籠機(jī)的變速恒頻機(jī)組,4. 優(yōu)缺點(diǎn)（1）,4.1 優(yōu)點(diǎn)： 它有一些很好的機(jī)械和電氣特性，可以在風(fēng)機(jī)中使用，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差。這個(gè)“轉(zhuǎn)差”提供阻尼動(dòng)作，幫助抑制機(jī)械振蕩； 不要求與電網(wǎng)同步。構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低廉，維護(hù)方便。它的成本是相同等級(jí)的同步電機(jī)的十分之一； 這種發(fā)電機(jī)可以用在變速場(chǎng)合； 它有一定的超載容量和風(fēng)速變化容量，機(jī)組堅(jiān)實(shí)、可靠； 鼠籠轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子極數(shù)有自適應(yīng)能力。 4.2 缺點(diǎn)： 缺少同時(shí)控制有功和無功的可能性； 因?yàn)殡娋W(wǎng)的勵(lì)磁電流，這些SCIG也消耗無

4、功，總的負(fù)荷功率因數(shù)（cos）相對(duì)低。常用電容組或者靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）可以用來補(bǔ)償無功； 對(duì)于一個(gè)大范圍風(fēng)速，風(fēng)機(jī)葉片不是運(yùn)行在最佳運(yùn)行點(diǎn)； 它不能提供電壓或者頻率控制，它需要有一個(gè)強(qiáng)勁的電網(wǎng)； SCIG的功率不能很快地進(jìn)行調(diào)整，除非對(duì)于變槳距風(fēng)機(jī)進(jìn)行變槳距操作； 它沒有故障穿越特性。在故障期間，它們需要被斷開。,4. 優(yōu)缺點(diǎn)（2）,4.2 缺點(diǎn)（續(xù)） 變化的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)造成大的輸出功率振蕩，致使電壓振蕩，可能造成小的閃變； 大的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)輪機(jī)械負(fù)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； 用VSI（變速感應(yīng)機(jī)）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。,

5、二、繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)組,1. 原理 2. 構(gòu)成 3. 特點(diǎn) 4. 優(yōu)點(diǎn)與局限 5. 感應(yīng)機(jī)的無功補(bǔ)償,1.繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)原理,WRIG本質(zhì)上是一臺(tái)帶有定子和轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電機(jī)。基本的不同點(diǎn)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(shí)，有效地控制外部電阻，使轉(zhuǎn)差率可控。 通過設(shè)定更大的轉(zhuǎn)子電阻或更大的漏電抗，獲得更大的滑差，適于較大容量的風(fēng)機(jī)。 能在狹窄的變速范圍內(nèi)變速，WRIG是恒速運(yùn)行和變速運(yùn)行之間的折中方法。,可調(diào)電阻通過滑環(huán)串入轉(zhuǎn)子繞組中,2. WRIG風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成,3. WRI

6、G的特點(diǎn),保留了SCIG的優(yōu)點(diǎn)，能能在狹窄范圍內(nèi)變速； 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； 由于轉(zhuǎn)差率有較大改變，以致電機(jī)的轉(zhuǎn)速可改變10%以上。Suzlon 2.1MW 4極WRIG風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速甚至可以變化到額定轉(zhuǎn)速的16.7%； 借助于調(diào)轉(zhuǎn)差率的變速運(yùn)行，比調(diào)槳要快； 將電阻器旁路，轉(zhuǎn)子電氣上看起來和SCIG相同；,轉(zhuǎn)子電氣上看起來和SCIG相同時(shí)，將電阻器旁路,轉(zhuǎn)子電氣上看起來和SCIG相同時(shí)，將電阻器旁路,4. 優(yōu)點(diǎn)與局限（1）,4.1 優(yōu)點(diǎn)： 與相同額定輸出功率的SCIG相比，WRIG在強(qiáng)慣性負(fù)荷和低起動(dòng)電流下有更好的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，更高的效率和功率因數(shù)。 與SCIGs相比，因?yàn)?/p>

7、增加了轉(zhuǎn)差率，它對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行變得比較靈活。轉(zhuǎn)子動(dòng)力阻尼得到了很大的改進(jìn)。陣風(fēng)時(shí)如果感應(yīng)電機(jī)有高的轉(zhuǎn)差率，陣風(fēng)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(fēng)不僅能通過機(jī)械慣性緩沖，也能將能量存儲(chǔ)在中間電容器里。 控制更簡(jiǎn)單，因?yàn)椴还苻D(zhuǎn)子的頻率為多少，磁化電流是幾乎恒定的 。,4. 優(yōu)點(diǎn)與局限（2）,每提高1%的轉(zhuǎn)差率，就會(huì)有1%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(jī)艙的冷卻負(fù)擔(dān)。 增加了可調(diào)電阻，增加了滑環(huán)，從而增加了維護(hù)費(fèi)用。 WRIG 不像SCIG那樣堅(jiān)固耐用；增加了繞線轉(zhuǎn)子和控制器件，造價(jià)也比SCIG高了。同時(shí)，增加了維護(hù)成本。 對(duì)有功功率和無功功

8、率的控制不是很優(yōu)質(zhì)的。,5. 感應(yīng)機(jī)的無功補(bǔ)償手段,機(jī)械開關(guān)旁路電容 靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVCs），例如 可控硅開關(guān)電容器（TSCs） 晶閘管控制電抗器（TCR） 靜態(tài)補(bǔ)償器（STATCOMs） 動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償（DVR） 電力電子接口取決于輸入?yún)?shù)的特性,三、雙饋異步發(fā)電機(jī)組,1. 原理 2. 構(gòu)成 3. 特點(diǎn) 4. PEC在風(fēng)電機(jī)組中的作用 5. 優(yōu)點(diǎn)與局限,1. 原理,總體上是一個(gè)帶有三相定子線圈的異步發(fā)電機(jī)，定子線圈直接與電網(wǎng)相連； 并且三相轉(zhuǎn)子線圈通過滑環(huán)和PEC與電網(wǎng)相連，這里的PEC僅承擔(dān)額定功率的30%； 風(fēng)機(jī)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PEC輸送

9、給電網(wǎng)（替代了WRIG中的無源電阻器）； 大風(fēng)時(shí)，槳矩調(diào)節(jié)和PEC控制協(xié)調(diào)進(jìn)行；轉(zhuǎn)子電路的PEC通過給風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路注入頻率可變的電流來補(bǔ)償風(fēng)機(jī)機(jī)械頻率和電氣頻率的差額； 在次同步狀態(tài)，PEC可以從線路為轉(zhuǎn)速不足的轉(zhuǎn)子“借來”能量，并且傳遞給定子，使定子仍然能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供頻率為50Hz的電能； 當(dāng)潮流反向時(shí)，電網(wǎng)側(cè)PEC起變換器的作用，轉(zhuǎn)子側(cè)PEC起逆變器的作用。,轉(zhuǎn)子注入電流頻率的推導(dǎo),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 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子本身的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度，則

10、要求： NN2=N1=50Hz (3) 雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)差率 S=(N1-N)/N1 (4) 則雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子三相繞組內(nèi)通入的電流頻率應(yīng)為 F2=pN2/60=p(N1-N)/60=(pN1/60)(N1-N)/N1)=f1S 結(jié)論： 當(dāng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要在轉(zhuǎn)子的三相繞組中通入轉(zhuǎn)差頻率f1S的電流，則在雙饋電機(jī)的定子繞組中就能產(chǎn)生50Hz的恒頻電勢(shì)。,超同步與次同步狀態(tài),超同步運(yùn)行,次同步運(yùn)行,2. DFIG風(fēng)電機(jī)組的構(gòu)成,DFIG機(jī)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(yīng)快,軟啟動(dòng)器,3. 特點(diǎn),融合了異步發(fā)電機(jī)（如魯棒性好）和同步發(fā)電機(jī)

11、（如可變風(fēng)速運(yùn)行）的優(yōu)點(diǎn) 最小化風(fēng)機(jī)峰值電壓、控制閃變以及諧波 風(fēng)機(jī)的變速范圍可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的 30%左右 控制轉(zhuǎn)子注入電流的頻率可以對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行變速控制，而控制轉(zhuǎn)子注入電流的幅值和相位可以對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行控制。 在轉(zhuǎn)子側(cè)引入crowbar電路。當(dāng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器有被傷害的危險(xiǎn)時(shí)，crowbar就會(huì)動(dòng)作使轉(zhuǎn)子短路，免受高電壓大電流的傷害。,4. PEC在風(fēng)電機(jī)組中的作用,風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的可控性更強(qiáng)； 有功功率和無功功率可控； 改善了電能質(zhì)量和穩(wěn)定性； 減少了傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載和噪音； 可以直接驅(qū)動(dòng)。,5. 優(yōu)點(diǎn)與局限（1）,5.1 優(yōu)點(diǎn) 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(shí)可以利用足夠的

12、有效能量。 由于PEC可以控制轉(zhuǎn)子電壓，所以DFIG可以吸收和輸出無功功率。在電壓可能出現(xiàn)波動(dòng)的脆弱電網(wǎng)中，可以控制DFIG從電網(wǎng)吸收或向電網(wǎng)輸出大量的無功功率。從而使設(shè)備在嚴(yán)重的電壓波動(dòng)時(shí)可以繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定。 基于PWM的PEC也可用來進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。 現(xiàn)成的WRIG可以被用來改裝成DFIG。,5. 優(yōu)點(diǎn)與局限（2）,5.2 局限 系統(tǒng)中同樣需要齒輪箱，同時(shí)為轉(zhuǎn)子提供能量的滑環(huán)和電刷的機(jī)械組合，這通常都是薄弱環(huán)節(jié)，需要認(rèn)真維護(hù)。 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(huì)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上激起電弧，這將引起點(diǎn)蝕，這部分更換比較麻煩。 定子側(cè)的電壓暫變引

13、起磁通波動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，如果很大將引起轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力。而且，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)會(huì)通過PEC的直流環(huán)節(jié)引起功率波動(dòng)。 由于PEC對(duì)過電流很敏感，所以它很難抵御電壓暫降的擾動(dòng)，若不設(shè)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(huì)使它損壞。 PEC中的電能損耗較大。,四、繞線式同步機(jī)的直驅(qū)機(jī)組,1. 原理 2. 構(gòu)成 3. 特點(diǎn) 4. 全功率PEC的主要功能 5. 優(yōu)點(diǎn)與局限,1. 原理,直驅(qū)風(fēng)機(jī)中，大直徑凸極轉(zhuǎn)子直接連到風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上，以在同步速旋轉(zhuǎn)。因?yàn)轱L(fēng)速的變化，風(fēng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機(jī)機(jī)端的電氣頻率也是變化的。 因?yàn)殡姎忸l率與電網(wǎng)的頻率不匹配，所以發(fā)電機(jī)需要與電網(wǎng)解耦。因此，要求WRSG的

14、定子通過4象限工作的PEC與電網(wǎng)連接。 PEC經(jīng)過AC-DC-AC的變換，將電能按額定的電壓和頻率送入電網(wǎng)。,2. 線繞直驅(qū)同步機(jī)的構(gòu)成,6MW多級(jí)WRSG直驅(qū)機(jī)組,3. 特點(diǎn),WRSG是他勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，由系統(tǒng)提供直流勵(lì)磁；WRSG本身有很高的功率因數(shù)，因?yàn)樗粡碾娋W(wǎng)中吸收任何的磁化電動(dòng)勢(shì)； 全功率變流； 通過發(fā)電機(jī)電流控制功率； 通過槳距角設(shè)定實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT），捕獲最大能量，在很大的速度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)提高發(fā)電機(jī)電能產(chǎn)量和可靠性； 同步發(fā)電機(jī)不需要安裝無功補(bǔ)償系統(tǒng)；如果電網(wǎng)的功率因數(shù)變低了，不用任何電容器，PEC將會(huì)自動(dòng)向電網(wǎng)反饋無功以提高功率因數(shù)； 直驅(qū)風(fēng)機(jī)可以進(jìn)行功率梯度調(diào)節(jié)，以

15、平抑閃變和電壓波動(dòng)； 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(shí)仍能保持與電網(wǎng)連接。,4. 全功率PEC的主要功能,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的能量緩沖功能，用于緩沖由陣風(fēng)所引起的波動(dòng)，并控制從風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳來的干擾； 防止電網(wǎng)側(cè)傳來的干擾到達(dá)WRSG； 控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，并避免常規(guī)同步機(jī)與電網(wǎng)頻率保持同步殘留的一些問題； 通過使用PEC，可以完全控制無功功率。,5. 優(yōu)點(diǎn)與局限（1）,5.1 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取消了齒輪箱和高速軸，不需要油冷和相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，降低了故障率，減少了維護(hù)； 可以不需要機(jī)械制動(dòng)，純粹由葉片大角度時(shí)的空氣阻力提供制動(dòng)； 有很大的氣隙因而有較高的過載能力； 全功率PEC對(duì)于電網(wǎng)中

16、的電壓暫降有更好的控制和穿越能力； WRSG能運(yùn)行在感性和容性兩種模式下，這對(duì)于大型風(fēng)機(jī)和脆弱電網(wǎng)而言是有利的。PEC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； 大范圍變速使風(fēng)機(jī)能運(yùn)行在最佳功率系數(shù)“Cp”下，因此在給定的風(fēng)速條件下會(huì)有一個(gè)較高的總體風(fēng)機(jī)發(fā)電效率。,5. 優(yōu)點(diǎn)與局限（2）,5.2 局限： WRSG不及鼠籠電機(jī)耐用，電機(jī)外徑過大，電氣結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，價(jià)格也更貴； PEC中的IGBT開關(guān)對(duì)過熱，過電流和過電壓非常敏感。在這些情況下，PEC可能閉鎖，即停止開關(guān)操作。從而可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)從電網(wǎng)切出； 由于定子電路中PEC的存在，該類型的發(fā)電機(jī)對(duì)于

17、系統(tǒng)慣性無任何幫助，這點(diǎn)不如WRIG機(jī)組； 另外一個(gè)重要問題是在PEC中會(huì)產(chǎn)生諧波。通過使用IGBT的PWM電路，這也能減小到可以接受的水平。,五、繞線式同步機(jī)齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)組,1. 原理 2. 構(gòu)成 3. 特點(diǎn),1. 原理,為了克服直驅(qū)機(jī)組發(fā)電機(jī)外徑過大、電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn),恢復(fù)使用齒輪箱； 采用4極同步機(jī)，齒輪箱尺寸相應(yīng)減??； 利用常規(guī)的繞線同步機(jī)，尺寸大為減小，轉(zhuǎn)速大為提高。比如采用4極同步機(jī)，轉(zhuǎn)數(shù)為1440rpm; 電機(jī)輸出與電網(wǎng)解耦，采用全功率變頻與電網(wǎng)相連；,2. 機(jī)組構(gòu)成,KENERSYS 2/2.5MW 高變速風(fēng)機(jī),常規(guī)4極WRSG 全功率PEC 高速軸盤式剎車 行星齒輪箱,3.

18、特點(diǎn),齒輪箱和電機(jī)和諧發(fā)展， 使系統(tǒng)變得簡(jiǎn)潔緊湊； 仍然采用全功率PEC，齒輪 箱和PEC均需冷卻，比如 水冷； 變槳與PEC協(xié)同動(dòng)作； Gamesa的“Made”2MW風(fēng)機(jī) 在其PEC中采用了新型IGCT （代替IGBT）； 是槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)（變槳馬 達(dá)）安裝在輪轂外部 。,槳矩角與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性,六、永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)組,1. 原理 2. 機(jī)組構(gòu)成 3. 永磁同步機(jī)的分類 4. 機(jī)組特點(diǎn) 5. 齒槽效應(yīng) 6. 優(yōu)點(diǎn)與局限,1. 原理,采用同步發(fā)電機(jī)，利用多級(jí)實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速，與緩慢的風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)速一致 ； 采用釹鐵硼永磁體，甩掉了勵(lì)磁，省去了銅繞組，提高了效率； 永磁體對(duì)溫度敏感，這里使用了細(xì)致的冷卻

19、方案； 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。發(fā)電側(cè)逆變器控制轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制發(fā)電功率。讓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的氣動(dòng)力效率（Cp）得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)捕獲風(fēng)能的最大功率點(diǎn)跟蹤； 電網(wǎng)側(cè)逆變器控制入網(wǎng)電流，維持直流輸入點(diǎn)的電壓恒定，保持發(fā)電機(jī)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。 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。,永磁直驅(qū)外轉(zhuǎn)子風(fēng)電機(jī)組,永磁直驅(qū)機(jī)組結(jié)構(gòu)示意,永磁同步機(jī)定子（發(fā)電部件）,2. 永磁直驅(qū)機(jī)組的構(gòu)成,3.8MW永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu),3. 永磁同步機(jī)的分類,3.1 徑向磁通永磁發(fā)電機(jī) 分內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩種。 3.2 軸向磁通永磁發(fā)電機(jī) 分單

20、邊定子和雙邊定子 兩種。,軸向磁通，單邊定子,3.1 徑向磁通永磁發(fā)電機(jī),3.2 軸向磁通永磁發(fā)電機(jī),(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(diǎn)：電機(jī)齒槽力矩、振動(dòng)、噪音都很小，軸距也短。,4. 機(jī)組特點(diǎn),省略了集電環(huán)和電刷； 永磁發(fā)電機(jī)正常情況下不需要安裝阻尼繞組； 永磁體能在氣隙中產(chǎn)生很強(qiáng)的磁通密度，允許氣隙稍大； 永磁體為大范圍可變速的風(fēng)機(jī)提供了高的功率因數(shù)； 葉片槳矩調(diào)節(jié)采用了皮帶輪傳動(dòng)，省去了潤(rùn)滑和密封； 永磁體電機(jī)軸距短，結(jié)構(gòu)緊湊； 永磁體的磁感強(qiáng)度不可調(diào)節(jié)，當(dāng)加入負(fù)載時(shí)輸出電壓會(huì)降低，所以往往需要一個(gè)電壓控制器； 風(fēng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于功率輸出是正弦波； PMSG在運(yùn)營(yíng)速度范圍內(nèi)效率都很高，即使在沒滿發(fā)時(shí)功率波動(dòng)和轉(zhuǎn)子噪音都很小； 齒槽效應(yīng)是永磁體同步機(jī)的固有特性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予注意。,5. 齒槽效應(yīng),定義：齒槽效應(yīng)是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置不同引起磁場(chǎng)在空間內(nèi)的疏密變化導(dǎo)致的力矩震蕩。當(dāng)永磁體切割定子磁場(chǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，磁導(dǎo)的波動(dòng)產(chǎn)生的力矩就叫做齒槽效應(yīng)。 危害：齒槽會(huì)導(dǎo)致整臺(tái)風(fēng)機(jī) 的振動(dòng)，增加傳動(dòng)系統(tǒng)中的 應(yīng)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. 優(yōu)點(diǎn)與局限,6.1 優(yōu)點(diǎn)： 能重比高。高能量密度帶來的是體積小重量輕； 沒了轉(zhuǎn)子銅損，溫度等級(jí)降低了，削減了冷卻裝置，免除了集電環(huán)，