风力发电技术简介

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1、第五章风力发电技术风力发电机系统两大核心系统：风力机系统＋发电机系统一个灵魂：系统控制器风力机系统：桨叶轮毂主轴调桨机构（液压或电动伺服机构）偏航机构（电动伺服机构）刹车、制动机构风速传感器发电机系统：发电机励磁调节器（电力电子变换器）并网开关软并网装置无功补偿器主变压器转速传感器风力发电机系统§5.1风力发电机组分类（1）按风轮桨叶分类失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率；变桨型：高风速时，调整桨距角，限制输出转矩与功率。（2）按风轮转速分类定速型：风轮保持一定

2、转速运行，风能转换率较低；变速型：包括以下两种方式双速：可在两个设定转速下运行，改善风能转换率；连续变速：连续可调，可捕捉最大风能功率。（3）按传动机构分类升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。直驱型：将低速风力机和低速发电机直接连接。直驱风力机（4）按发电机分类异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步发电机；绕线式异步发电机。同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。（5）按并网方式分类并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。按功率调节方式分

3、：定桨距（失速型)、变桨距按叶轮转速是否恒定分：恒速发电机、变速发电机其它机型：主动失速型、无齿轮箱型§5.1风力发电机组分类§5.2风力机基本型式水平轴式风力机§5.2风力机基本型式§5.2风力机基本型式风轮旋转平面与风向垂直叶片径向安装，与风轮旋转平面成一角度大型风力机叶片数少，转速高，用于发电小型风力机叶片数多，转速低，用于提水萨瓦里欧斯式风力机§5.2风力机基本型式垂直轴式风力机利用空气动力的阻力做功启动转矩较大风轮产生不对称气流，受侧向推力风能利用系数低，提供的功率较低，不宜用作发电§5.2风力

4、机基本型式达里厄式风力机利用翼型的升力做功Φ型风轮弯叶片只承受张力，不承受离心力载荷Φ型叶片重量轻，转速高不便采用变桨矩方法实现自启动和控制转速扫掠面积小§5.2风力机基本型式风力发电机系统的分类：恒速恒频风力发电机系统:（1）同步发电机系统（2）笼型异步发电机系统（3）绕线转子RCC异步发电机系统变速恒频风力发电机系统:（1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速）（2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速）（3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）（4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）（5）变速恒频横

5、向磁通发电机系统（中、低速）§5.3风力发电机三要素：（1）同步发电机（2）调速器（3）励磁调节器恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机的定、转子结构恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机的并网条件:发电机输出的三相交流电压与电网电压应满足四同条件，即：“同相序、同幅值、同频率、同相位”同相序：由正确的旋转方向保证同幅值：由励磁调节器自动保证同频率：由调速器保证，桨距调节可用作并网调速器同相位：由调速器微调实现恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机系统的主要问题:（1）并网问题：并网控制复杂，对调速

6、器要求过高，并网过程长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的风力发电机。（2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的风能转换率偏低。（3）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。恒速恒频同步风力发电机系统极少被采用！恒速恒频同步风力发电机系统三要素：（1）异步发电机（2）调速器（3）无功补偿器恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发

7、电机的工作原理—旋转磁场向对称三相绕组中通入对称三相交流电流，可形成行波磁场；(2)如果绕组分布在圆周上，则行波磁场为旋转磁场；(3)旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（N、S极）数目称为极数，用2p表示。(4)旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决于电流的频率f和极对数p：恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机的工作原理—电磁感应（1）定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1旋转（2）旋转磁场在转子导条中产生感应电动势e和电流i（3）i在磁场中受力f，产生电磁转矩T（4）若转子以转速

8、n>n1,向n1的方向旋转，T为制动转矩转差率:同步转速n1与转子转速n的差与同步转速n1的比值，称为转差率，用s表示，即:恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机系统的特点:（1）无功补偿：发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（由于负荷经常变动，固定电容难以做到完全补偿。可能出现过补或欠补现象，造成电网电压浮动。可考虑在变电站加装可控无功补偿装