风力发电系统的分类及拓扑

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1、风力发电系统的分类及拓扑结构兰国军电力系统及其自动化20111100351风力发电系统分类：1.独立型风力发电系统通常独立型风力发电规模较小，单机容量一般为10kW及以下，通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合，用以解决偏远地区的供电问题。2.并网型风力发电系统。指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。单机容量一般在数百kW及MW。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，大功率风电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，是当今世界利用风能的主要方式。风力发电系统分类：1.独立型风力发电系统2.并网型风力发电系统小型直流混合系统小型交流混合

2、系统A型：恒速恒频B型：变速恒频C型：变速含部分功率变频器D型：变速全功率变频器型小型直流混合系统小型风力发电系统经常与其他能源混合发电，又可称之为“混合电力系统”。1.传统的直流混合系统，如下图所示。小型风力机输出的交流频率和电压可变的交流电，经过整流后输送到电池组电压等级的直流母线。能量存储在电池中或通过逆变器转换成交流提供给负荷。电池组被用来平滑风力机的功率波动，存储有风时产生的能量以备不时之需。特点及其拓扑结构1.小型直流混合系统小型交流混合系统以交流母线为主体的小发电系统。光伏和风力发电系统通过专用快速逆变器接入交流电网。特点及其拓扑结构2.小型交流混

3、合系统并网型风力发电系统A型：恒速恒频此类型主要指鼠笼式感应发电机（SCIG）通过变压器直接连接电网的恒速风机，如下图所示，双绕组风机也可归于此类。因为鼠笼式感应电机需要从电网吸收无功功率，所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿，使用软启动器可以获得平稳的电网电压。此类型的缺点是不支持速度控制，需要刚性电网支持，机械承受应力大。特点及其拓扑结构特点及其拓扑结构该类型还具体包括三种类型：（1）失速控制型。该机型在上世纪80~90年代被许多丹麦风力机制造商采用。特点：简单、坚固、耐用。不能实现辅助启动，无法控制风力机的功率。（2）桨距控制型。优点是可控功率，可

4、控启动和紧急停车。缺点：高风速时很小的风速变化也会导致很大的输出功率波动。桨叶调节能补偿份额的缓慢变化，但阵风情况不能补偿。（3）主动失速控制型。低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风机，高风速时、使桨叶进入深度失速状态。优点：能够获得更平稳的有限功率，不会出现桨距控制型风力机的高功率波动。并网型风力发电系统2.B型：有限变速指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。由于转子电阻可变使得转差率可变

5、，因此系统的功率输出稳定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。特点及其拓扑结构并网型风力发电系统C型：变速含部分功率变频器此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含绕线转子感应发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定值约为标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式异步感应电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度

6、控制范围快一般为同步转速的-40%~30%。缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故障保护，具有齿轮箱，结构笨重，易出现机械故障。特点及其拓扑结构并网型风力发电系统4.D型：变速全功率变频器型此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG）或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需要直驱多级发电机，其直径较大。直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为：（1）不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持

7、稳定在合适的范围内，使得逆变器的输入电压稳定，提高运行效率、减小谐波。（2）背靠背双PWM变流器型优点：后者中的PWM整流器可同时实现整流和升压，效率较高，通过电流隔离，机侧和网侧可以实现各自的控制策略。缺点：全控型器件数量多，控制电路复杂，增加了变流系统成本TheendThankyou！