风力发电之风机发电原理-课程PPT

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1、风力发电风力发电原理第4章风力发电机第4章风力发电机4.1发电机的工作原理4.2风力发电系统中的发电机4.3并网风力发电机风力发电原理21风力发电©连接在旋转轴上的发电机，在接收风轮输出的机械转矩随轴旋转的同时，产生感应电动势，完成由机械能到电能的转换过程。有齿轮箱传动系统的并网风力发电机组结构示意图风力发电原理34.2风力发电系统中的发电机¢风电机组中的发电机类型：异步交流发电机，同步交流发电机，双馈异步交流发电机、永磁直驱同步交流发电机和直流发电机。¢发电机不同，所组建的风力发电系统的容量、结构和对应的控制策略也不同。原因：1）风力发电系统面

2、向的供电对象不同（并网供电系统，离网的独立带负载系统）；2）制造厂商在设计过程中考虑问题的角度、关键技术不同（带齿轮箱结构、直驱结构）；3）各种发电机自身特点不同；4）电力电子器件的发展，使高效率高性能的变流器成为可能，为具有不确定性和间歇性能源特点的风力发电系统的变速恒频运行提供有力支持。风力发电原理42风力发电4.2风力发电系统中的发电机4.2.1并网风电机组使用的发电机¢并网运行的风电机组多为大、中型机组，使用交流发电机。1.恒速/恒频系统发电机结构•恒速恒频系统的发电机转速不随风速变化而变化，而是维持在保证输出频率达到电网要求的恒定转速上

3、运行。•维持发电机转速恒定的功能主要通过风力机完成（如定桨距风力机）。•该风电机组在不同风速下不满足最佳叶尖速比，不能实现最大风能捕获，效率低。•采用的发电机主要有：同步发电机和笼型异步发电机（以稍高于同步速的转速运行）。风力发电原理54.2风力发电系统中的发电机4.2.1并网风电机组使用的发电机2.变速/恒频系统发电机•不同风速下为实现最大风能捕获，提高风电机组的效率，发电机的转速必须随着风速的变化不断调整，其发出的频率需通过恒频控制技术来满足电网要求。•变速恒频风电机组是目前并网运行的主要形式，使用的发电机包括：(1)双馈异步交流发电机(2)

4、永磁低速交流发电机风力发电原理63风力发电4.2风力发电系统中的发电机4.2.1并网风电机组使用的发电机2.变速/恒频系统发电机(1)双馈异步交流发电机¾是转子交流励磁的异步发电机，转子由接到电网上的变流器提供交流励磁电流。¾转子转速变化时，如以转差频率的电流来励磁时（转子电流频率f2=sf1时），定子绕组中就能产生固定频率f1的电动势。¾该发电机可在变速运行中保持恒定频率（电网频率）输出，且变流器只需要转差功率大小的容量。目前MW级有齿轮箱型风力发电机组的主流机型。风力发电原理74.2风力发电系统中的发电机4.2.1并网风电机组使用的发电机2.

5、变速/恒频系统发电机(2)永磁低速交流发电机¾采用转子在外圈，由多个极对数的永久磁铁组成，定子三相绕组固定不转。(和水轮同步发电机类比)¾磁极数多，同步转速很低，可直接由风轮驱动，提高传动效率，通过变流器实现恒频输出。¾该发电机直径、重量大。风力发电原理84风力发电4.2风力发电系统中的发电机4.2.2离网风电机组使用的发电机¢离网运行风电机组一般单台独立运行，发出的电能不接入电网。¢机组容量较小，专为家庭或村落等小的用电单位使用，常与其他发电或储电装置联合运行。风力发电原理9第4章风力发电机4.1发电机的工作原理4.2风力发电系统中的发电机4.

6、3并网风力发电机风力发电原理105风力发电4.3并网风力发电机4.3.1同步发电机1.恒速恒频方式运行的并网同步风力发电机•由图，同步发电机没有经过变流器，直接和电网相连，并网后，发电机转速应维持同步转速，以便维持频率与电网频率相同，否则与电网解列。•要求风力机必须配有精确的调速机构，当风速变化时，能维持发电机的转速等于同步转速——同步发电机恒速恒频运行方式风力驱动的同步发电机与电网并联风力发电原理114.3并网风力发电机4.3.1同步发电机1.恒速恒频方式运行的并网同步风力发电机•调速系统控制风力机转速及有功功率，励磁系统调控同步发电机的电压及

7、无功。•在没有变流器的风力同步发电机系统中，发电机并网后，对发电机的电压、频率及输出功率必须进行有效控制，否则失去同步。•恒速恒频发电系统，实际中很少采用。带有调速机构的同步风力发电系统风力发电原理126风力发电4.3并网风力发电机4.3.1同步发电机2.变速恒频方式运行的并网同步风力发电机（1）取消齿轮箱的变速恒频运行方式•若同步发电机通过变流器并入电网，该运行方式为变速恒频（风力机及发电机的转速随风速变化，通过变流器保证输出的电能频率等于电网频率），此时不需调速机构。•由风轮直接驱动同步发电机进行变速恒频运行——直驱发电机（2）带有齿轮箱的变

8、速恒频运行方式•该运行方式需要全功率变流器。风力发电原理134.3并网风力发电机4.3.2异步发电机•异步发电机，并网时机组调速的要求不