风力发电讲义第4章

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1、第四章风力发电机与蓄能装置4.1风力发电原理一、风力发电原理概述风力发电机组的功能是将风中的动能转换成机械能，再将机械能转换为电能,送到电网中，如图所示1二、定桨距风力发电机组（一）主要结构特点桨叶与轮毂的连接是固定的，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化。（二）适用范围中小型风力发电机组的主导机型并网型机组在80年代开始商品化技术上，变桨技术+变速恒频技术逐步采用自身优点：结构简单性能可靠（三）面临问题1、当时，桨叶必须能够自动地将功率限制在额定功率附近（即，自动失速性能）2、当运行中，突失电网时，桨叶自身必须要具

2、备制动能力，在大风条件下能安全停机。2（四）解决方法（1）采用玻璃钢复合材料研制成功了失速性能良好的风力机桨叶，在风轮转速恒定条件下，风速增加达到时，叶片将处于“失速”状态。输出功率降低，发电机不会因为超负荷而烧毁。失速：升力小于阻力（攻角）（2）叶尖扰流器——气动刹车装置3三、变桨矩风力发电机组（一）变桨矩风轮风轮可根据风速的变化调整气流对叶片的桨矩角，当风速超过额定风速后，输出功率可稳定地保持在额定功率上，特别是在大风情况下，风力机处于顺桨状态，使桨叶和整机的受力状况大为改善。顺桨：一般是使叶片弦线与旋转平面垂直的状态

3、4（二）变桨距机组的特点变桨距是指整个叶片绕叶片中心轴旋转，使叶片桨距角在一定范围(一般0°～90°)内变化，以便调节输出功率不超过设计容许值。在机组出现故障时，需要紧急停机，一般应先使叶片顺桨，这样机组结构受力小，可以保证机组运行的安全可靠性。变桨距叶片一般叶宽小，叶片轻，机头质量比失速机组小，不需很大的刹车，启动性能好，在低空气密度地区仍可达到额定功率，在额定风速之后，输出功率可保持相对稳定保证较高的发电量。（三）变桨距机组适用范围由于增加了一套变桨距机构，增加了故障发生的机率，而且处理变距机构叶片轴承故障难度大，变桨

4、距机组比较适于高原空气密度低的地区运行，避免了当失速机安装角确定后，有可能夏季发电低，而冬季又超发的问题在大中型风力发电机组中将会普遍采用变桨技术5（四）变桨距机组的优点：1、平稳的输出功率特性当功率在额定功率以下时，等同于定桨矩风力发电机组（叶片节矩角在0°附近），功率跟随叶片的气动性能随风速的变化而变化。当功率超过额定功率时，变桨矩机构调节节矩角，将输出功率控制在PN附近。变桨矩风力发电机组对高频风速的响应比较慢，因此对高频风速条件下的功率调节存在困难利用对发电机转子上励磁电流的控制来实现对转差率控制，进而控制发电机转

5、速能够快速响应高频风速，充分吸收风能，是输出功率更加平稳62、在额定点具有较高的风能利用系数Cp在相同的额定功率点，额定风速比定桨矩风力发电机组要低在额定风速点，定桨矩风力发电机组开始失速，随着风速提高，功率开始降低；而变桨矩风力机组，通过桨叶的节矩控制，将机组的输出功率限制在额定功率附近，因此具有较高Cp3、确保高风速段的额定功率桨矩角的调节仅受控于输出功率的反馈信号，而不受气流密度变化的影响在气流变化条件下（海拔变化、温度变化等），变桨矩系统都能通过调整叶片角度，进而获得额定功率输出。74、启动性能与制动性能更好启动时

6、：桨叶节矩可以转到合适的角度，以确保机组在低风速时获得最大的启动力矩在发电机脱网时（制动时）：变桨矩系统可以先转动桨叶，以减小输出功率，并确保在发电机断网之前，输出功率减小至0。这就保证脱网瞬间没有力矩作用在发电机组上，避免了脱网时突甩负载的过程。8四、风力发电系统的发电机及运行并网发电机主要分为同步发电机和异步发电机，在风力发电机组中主要采用异步发电机。普通异步发电机结构简单，可以直接并入电网（软并网），无需同步调节装置普通异步发电机的转速取决于电网的频率，只能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮箱高速输出轴

7、转速达到异步发电机同步转速时，机组并入电网，向电网送电，风速继续增加，发电机转速也略为升高，增加输出功率。达到额定风速后，由于风轮的调节，稳定在额定功率不再增加。反之风速减小，发电机转速低于同步转速时，则从电网吸收电能，处于电动机状态，经过适当延时后应脱开电网。定桨矩发电机一般还采用单绕组双速异步发电机，如4极1500r/min，6极1000r/min，改善了低功率时发电机的效率问题和低风速时的叶尖速比，因此一些变桨矩风力发电机组也回采用双速发电机。9同步发电机的并网一般有两种方式：准同期直接并网交—直—交并网（变速恒频风

8、力发电机组，全功率变流）优点：减少齿轮箱的传动损失和发生故障的概率，发电机转速与风轮相同而且随着风速变化，风轮可以转换更多的风能，所承受的载荷稳定，减轻部件的重量。缺点：这种发电机结构复杂，制造工艺要求很高，需要变流装置才能与电网频率同步，经过转换又损失了能量。10四、风力发电中的控制系统控制系统包括控