风电机组的输出特性与运行控制

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1、风电场电气工程华北电力大学第4章风电机组的输出特性与运行控制章节设置4.1风电机组运行原理4.2笼型感应风电机组的运行特性与控制4.3双馈感应风电机组的运行特性与控制4.4直驱式永磁同步风电机组的运行特性第4章风电机组的输出特性与运行控制教学目标：理解风力机的运行特性与发电机的基本运行原理，以及风电机组并网换流器的电路结构和工作原理，掌握鼠笼型感应风电机组、双馈感应式风电机组和直驱式永磁同步风电机组的输出特性和控制原理，了解三种风电机组的基本运行操作。第4章风电机组的输出特性与运行控制知识点▲风力机的运行特性；▲三种发电机的运行原理；☆鼠笼型感应风电机组的输出特性与控制原理；

2、☆双馈感应式风电机组的输出特性与控制原理；☆直驱式永磁同步风电机组的运行特性与控制原理；●三种风电机组的运行操作。4.1风电机组运行原理4.1.1风力机的运行特性4.1.2发电机的运行原理4.1.3并网换流器的结构和原理4.1.1风力机的运行特性风力机的机械功率可用下式表达：Cp为风能利用系数，是可以控制的。根据Betz理论，风力机Cp的理论最大值是0.59，实际值通常在0.47左右。叶尖速比，常用表示为：风能利用系数Cp与叶尖速比的关系大致如下图所示：为了使Cp维持最大值，当风速变化时，风力机转速也需要随之变化，使之运行于最佳叶尖速。4.1.1风力机的运行特性不同风速下

3、（风速v1

4、来是由转子的转速（在同步机中，转子转速n等于同步速n1）决定的，即2.异步发电机异步发电机的工作原理下图所示：异步机的定子绕组与外电路相连，当绕组中流过对称的三相电流时，就会形成同步旋转磁场。仍假设定子旋转磁场的转速为n1，当异步机的转子在风力机的驱动下，以转速n旋转时，转子绕组的导体与定子旋转磁场之间有n-n1的转速差。该转速差造成转子绕组与定子磁场之间相对运动，因而会在转子绕组中感应出电动势，同时在闭合的转子绕组回路中产生电流。2.异步发电机异步电机转子中感应电流的频率应为转子磁场相对于定子绕组的转速为转子磁场相对于定子绕组的转速为定子绕组中电流的频率f1为转差率的定义为

5、3.交流励磁式发电机交流励磁式发电机，是在转子绕组中通入低频交流励磁电流。励磁电流是外部提供的，因而可以进行准确控制，从而影响到发电机中的相对运动速度。当转子以转速n旋转时，如果能够控制转子绕组励磁电流的、频率f2，使得转子磁场相对于转子本身的转速n2（可以与转子旋转方向相同或相反）始终满足则可以在发电机转速n发生变化的情况下，仍能保持定子输出电压频率恒定。4.1.3并网换流器的结构和原理目前，应用于风力发电中的电力电子换流器主要是基于全控型电力电子器件的交-直-交（AC-DC-AC）电压源型变流器（VoltageSourceConverter,VSC）。4.1.3.1三相电

6、压源型变流器的基本工作原理三相电压源型变流器（VSC）的原理结构如下图：4.1.3.1三相电压源型变流器的基本工作原理以A相输出控制为例，分析电压源型变流器的工作原理：当可关断器件VT1开通、VT2处于关断状态时，正向直流端和交流侧A相连，相对于直流侧电源假想中点的交流输出电压跳变为Udc/2。当可关断器件VT1关断、VT2开通时，负向直流端和交流侧A相连，相对于直流侧电源假想中点的交流输出电压跳变为-Udc/2。具体波形见下图：表达式为：4.1.3.2背靠背四象限电压源型变流器联网运行特性背靠背电压源型变流器是由两个结构相同的电压源型变流器以背靠背方式、通过中间的直流环节耦

7、合而成。如下图：VSC1、VSC2分别通过断路器与交流电网相联，相关接线如下：4.2笼型感应风电机组的运行特性与控制4.2.1笼型感应风电机组的运行原理4.2.2笼型感应风电机组的风速-功率特性4.2.3笼型感应风电机组的运行控制4.2笼型感应风电机组的运行特性与控制4.2.1笼型感应风电机组的运行原理笼型感应电机等效电路图：上图：笼型感应电机T型等效电路下图：笼型感应电机型等效电路4.2.1笼型感应风电机组的运行原理根据型等效电路图，可得：发电机发出的有功功率Ps：其中：发电机组发出的无功功率为笼