风力发电原理及其新技术应用

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1、风力发电原理及其新技术应用北京交通大学电气学院吴俊勇13910061748wujy@bjtu.edu.cn国内外风力发电的发展概述风力发电的基本原理风力发电系统的分类笼型异步风力发电机组双馈型异步风力发电机组直驱型同步风力发电机组风电功率预测风电场的并网技术风电场的低电压穿越能力LVRT储能装置的应用提纲国内外风力发电的发展概述我国风能资源分布中国陆地上10m高度层上可开发的风能储量为2.52亿千瓦近海可开发风能资源是陆地的3倍多从1996年到2009年，世界累计风电装机容量的增长率超过20%，平均28%；2007年，世界累计风电装机容量94112MW，增长26.8%；2007年，世界

2、新增风电装机容量20073MW，增长32.1%；到2007年，我国风电装机容量6050MW，超过丹麦，成为世界第5；到2008年，我国风电装机12170MW，居世界第4；风电的快速发展2006年1月：《可再生能源法》2007年9月：《可再生能源中长期发展规划》2009年：《新能源产业振兴规划》有力的政策支持到2011年：风电装机3500万千瓦其中陆地3000万千瓦，海上500万千瓦新能源在能源结构中比例达2%（含水电10%）新能源发电占总装机比例5%（含水电25%）新能源产业增加直接投资9700亿带动社会间接投资2万亿到2020年：风电装机1.5亿千瓦其中陆地1.2亿千瓦，海上3000

3、万千瓦建设六个陆上千万千瓦级风电基地及其外送联网工程新能源在能源结构中比例达9%（含水电20%）新能源发电装机占总装机比例达15%（含水电35%）新能源产业增加直接投资45000亿带动社会间接投资9万亿《新能源产业振兴规划》风电总装机容量快速增长，风电比重不断加大；单个风电场装机容量不断增加，已有多个10万千瓦级风电场投运，正建千万千瓦级大型风电基地；风电场接入系统的电压等级由低到高(110kV)；风电机组的种类不断增多，从早期的定速风电机组（1MW以下），到双馈感应风力发电和直驱同步风力发电（1MW以上）我国风电发展特点世界风电技术发展趋势风电单机容量稳步上升：以德国为例，03年平均

4、单机容量超过1.5MW，叶片直径大于64m的风机占77%；变浆调节方式迅速取代失速调节方式：德国03年装机的风电机组，超过91%采用了变浆调节方式；变速恒频方式迅速取代恒速恒频方式：通过控制发电机转速，是风机叶尖速比接近最佳，提高风机运行效率。德国03年装机的风电机组，超过90%的风机采用了变速恒频方式；无齿轮箱的直驱同步发电机组的市场份额迅速扩大风力发电的基本原理我上到风机上了风力发电系统的分类按风轮桨叶分类：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：高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。按风轮转速分类：定速型：风轮保持一定转速运行

5、，风能转换率较低，与恒速发电机对应；变速型：（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能转换率，与双速发电机对应；（2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。按传动机构分类：齿轮箱升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机；（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）直驱型：直接连接低速风力机和低速发电机。（避免齿轮箱故障）按发电机分类：异步型：（1）笼型单速异步发电机；（2）笼型双速变极异步发电机；（3）绕线式双馈异步发电机；同步型：（1）电励磁同步发电机；（2）永磁同步发电机。按并网方式分类：并网型：并入电网，可省却储能环节。离网型：一般需配蓄电池

6、等直流储能环节，可带交、直流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运行。风力机风能转换效率特性风轮的功率风能转换率叶尖速比TSR:叶尖速比TipSpeedRate:桨距角风力发电机组输出功率(定速vs变速)笼型异步风力发电机组定速笼型异步风力发电机组变速笼型异步风力发电机组定速笼型异步风力发电机组三相笼型异步风力发电机笼型异步风力发电机的内部结构发电机状态电动机状态用转差率s可以表示异步电机的运行状态!n＞n1＞0s＜00＜n＜n10＜s＜101n10ns笼型异步风力发电机的工作状态（1）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；（2）绝大部分时间处于

7、轻载状态，要求在中低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大；（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；笼型异步风力发电机的特点变速笼型异步风力发电机组（1）笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态；（2）运行于小转差率范围，发电机机械特性硬，运行效率高；（3）发电机机端电压可调，轻载运行效率高；（4）发