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1、并网型风力发电系统研究综述李珂并网型风力发电系统研究综述李珂(华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206)摘要:概述了并网型风力发电系统的基本工作原理、工作方式和风力发电机的空气动力学特性,在此基础上,阐述了并网型风力发电系统的典型电路拓扑结构,及其工作原理和控制方法,并比较了不同拓扑下风电系统的效率,最后指出了各种方法的优缺点以及今后的发展方向。关键词:风力发电;发电机;电路拓扑结构;并网控制中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:100126848(2010)0220083204ResearchandDesigno
2、fShunt2connectedWindPowerGenerationLIKe(SchoolofElectricalandEectronicEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing102206,China)Abstract:Summarizedtheprincipleandworkingoftheshunt2connectedwindpowergeneration(SW2PG)andaerodynamiccharacteristicofaero2generator.
3、Basedontheresearchinthisfield,thetypicaltopologicalcircuitsoftheSWPGincludingthefundamentalsandcontroltechniquesweredescribedinde2tail.ThentheefficiencyoftheSWPGwithdifferenttopologicalcircuitswerecompared.Finally,Point2edoutthevirtueandshortcomingofallkindsofmethods,
4、andthedevelopingtrendofSWPGaswell.KeyWords:Windgeneration;Generator;Topologicalcircuits;Shunt2connectedcontrol叶正对风向时才旋转,根据风向,由偏航系统控0引言制风机迎风。对于变桨矩机组,还需要一套变桨风力发电技术的发展主要体现在并网型风力矩系统,主要有液压型与电气传动型两类。前者发电机组的大型化和其控制技术。大型化有利于适合在大中型机组中应用,后者具有可靠性高和[225]提高风能利用效率,降低单位功率造价;控制技桨叶独立可
5、调的特点。术的提高则主要由于电力电子技术的发展和现代112空气动力学特性控制技术的引入,人们对其变流电路和整机控制风机输出的功率和机械转矩是随风速的变化[1]系统的研究。随着并网机组需求持续增长,生而不断变化的,其关系式可表示为:产量上升,机组更新换代,单机容量提高,机组13性能优化,故障降低,生产成本将会越来越低,P=CpAρυ(1)2风电必将具备与常规能源竞争的能力。P1R2T==CpAρυ(2)ωm2λ1并网型风力发电基本原理和特性式中,P为风轮输出功率;Cp=f(λ,α)为风轮的2111原理利用系数;A=πR为风轮扫掠面积
6、;ρ为空气密并网型风电系统的基本原理是:风轮机利用ωmR度;υ为风速;R为风轮半径;λ=为叶尖速叶轮旋转,从风中吸收能量,将风能转化为机械υ能,叶轮通过一增速齿轮箱带动发电机旋转(直驱比;ωm为风轮机械角速度;α为风机桨矩角;T式风力发电系统无此环节),发电机再将机械能转为机械转矩。化为电能,并入电网供用户使用。并网型风电系由上式可知,假设空气密度ρ、风轮扫风面积统的风机一般为水平轴式。水平轴式风机在其桨A和风速υ不变,则风机所获得的机械能只为风能利用系数Cp的函数,且Cp仅为风力机的叶尖速比收稿日期:2009208206λ和风机
7、桨矩角α的函数。不同的风机,其函数关·83·2010年第43卷第2期系不同。一种典型风机的Cp与λ和α的函数关系并网过程如下:如图1所示。(1)当风速达到启动风速(一般为310m/s～由此可见,对于一台确定的风力机,桨叶不410m/s)以上,并连续维持达5min～10min时,变时,风机桨矩角α不变,风速υ与风机转速ωm计算机发出启动信号,风力机开始启动,此时发相对应,才能保证叶尖速比λ总为最佳叶尖速比电机被切换到小容量低速绕组(例如6极,λopt,并使得Cp为最佳CPmax,P为最大Pmax,而此1000r/min),当转速接近
8、同步速时,通过晶闸管[6]时的机械转矩T为最佳转矩Topt。接入电网,异步发电机进入低功率发电状态。(2)若1分钟平均风速远超过启动风速,例如715m/s,则风力机启动后,发电机被切换到大容量高速绕组(例如4极,1500r/min),当发电机转速接
