风力发电机及其系统柴建云

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1、风力发电机及其系统清华大学电机系讲义(2005年版)柴建云chaijy@tsinghua.edu.cn电话:010-62775559风力发电机及其系统主要内容绪论风力发电机组及其分类典型风力发电机系统绪论绪论绪论风力发电机组的内部结构机舱＋轮毂＋桨叶＋调桨系统＋偏航系统＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜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:TipSpeedRate风力发电机组及其分类风力发电机组的分类：按风轮桨叶分类风力发电机组的分类：按风轮转速分类风力发电机组的分类：按传动机构分类风力发电机组的

2、分类：按发电机分类风力发电机组的分类：按并网方式分类定桨定速vs.变桨变速：输出功率比较风力发电机组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。风力发电机组的分类按风轮转速分类：定速型：风轮保持一定转速运行，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。风力发电机组

3、的分类按传动机构分类：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）风力发电机组的分类按发电机分类：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。风力发电机组的分类按并网方式分类：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。定桨定速vs.变桨

4、变速风力发电机组输出功率的比较典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统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定子铁心转子绕组（端环）机座转子铁心定子绕组风扇端盖笼型异步风力发电机的工作原理向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流，可以产生一个行波磁场。如

5、果三相绕组分布在一个圆周上，则行波磁场作旋转运动，即旋转磁场。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。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：旋转磁场——同步转速笼型异步风力发电机的工作原理Sn1Nffne,iTf产生电磁转矩T定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1旋转在转子导条中产生感应电动势ee在转子绕组中产生感应电流ii在磁场中产生电磁力f若转子以转速n>n1,向n1的方向旋转n是否会等于n1？要产生T，必须n≠n1——异步机械能→电能，是发电机

6、转子转速大于定子旋转磁场转速，发电！笼型异步风力发电机的工作原理转差率笼型异步发电机中转差率S与运行状态的关系?把同步转速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，即异步电机的特点之一是转子转速n和定子旋转磁场的同步转速n1不同。n＝(1－s)n1则转子转速n可表示为：笼型异步风力发电机的工作原理异步电机的运行状态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笼型异步发电机的等值电路一相等值电路定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻

7、抗转子可变电阻反映发电机的负载状况笼型异步发电机的功率表述定子输出功率：定、转子铜损耗：机械输入功率：电磁功率：铁损耗：笼型异步发电机的功率流程图笼型异步发电机的机械特性曲线电磁转矩：电动机状态：0＜n＜n1，0＜s＜1发电机状态：0＜n1＜n，s＜0软特性vs.硬特性笼型异步发电机的运行特点（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

8、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；典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电