风力发电原理 第章 风力发电技术.ppt

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1、第五章风力发电技术【本章教学目标】熟悉大气环流、季风环流，掌握我国季风环流的形成，熟悉海陆风、山谷风的形成，了解风级；掌握测风系统组成、风速和风向测量方法；理解风能的特点，熟悉中国风能资源分布特点，掌握风能丰富区分布；理解风特性，掌握平均风速和风向、湍流度；了解风速随时间变化规律，掌握风速随高度变化规律；掌握风能公式。5.1功率调节功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节三种方式。定桨距失速控制最简单，利用高风速时升力系数的降低和阻力系数的增加，限制功率在高风速时保持近似恒定。变桨距调节通过转动桨叶片安装角以减小攻角，高风速时减小升力系

2、数，以限制功率。叶片主动失速调节简单可靠，利用桨距调节，在中低风速区可优化功率输出。5.1.1风力发电技术的发展随着电力电子技术、微机控制技术和材料技术的不断发展，世界风力发电技术的发展趋向有以下几个。1)单机容量不断增大2)变桨距功率调节方式迅速取代定桨距功率调节方式。采用变桨距调节方式避免了定桨距调节方式中超过额定风速时发电功率下降的缺点。3)变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统。4)免齿轮箱系统的直驱方式发电系统。5.1.2功率调节方式1)功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节3种方式。(1)定桨距失速控制最简单的控制方法是

3、利用高风速时升力系数的降低和阻力系强的增加，限制功率输出的增加，在高风速印保持近似恒定。(2)变桨距调节高风速时，通过转动整个或部分叶片安装角以减小攻角，而减小升力系数，达到限制功率的目的。(3)主动失速调节采用叶片主动失速以保证功率调节简单可靠。图5.3风力机叶片叶型的升力和阻力特性2)恒速与变速运行（1）双速运行将发电机分别设计成4极和6极。（2）变速运行方式有两种变速方式。5.1.3滑差可调的异步发电机的功率调节5.1.4双速发电机的功率调节5.2变转速运行5.2.1概述变速风力发电机组的控制主要通过两个阶段来实现。在额定风速以下时，主要是调节发电

4、机反力矩使转速跟随风速变化，以获得最佳叶尖速比因此可作为跟踪问题来处理。在高于额定风速时，主要通过变桨距系统改变桨叶节距来限制风力机获取能量，使风力发电机组保持在额定值下发电，并使系统失速负荷最小化。图5.12变速风力发电机组的功率曲线5.2.2变转速发电机可以有以下三种方法：(1)采用两台定子绕组极对数不同的异步电机，一台为低同步转速的，一台为高同步转速的；(2)在一台电机的定子上放置两套极对数不同的相互独立的绕组，即是双绕组的双速电机；(3)在一台电机的定子上仅安置一套绕组，靠改变绕组的这接方式获得不同的极对数、即所谓的单绕组双速电机。5.3变转速及

5、恒频并网运行的风力发电机组，要求发电机的输出频率必须与电网频率一致。保持发电机输出频率恒定的方法有两种：a．恒转速/恒频系统，采取失速调节或者混合调节的风力发电机，以恒转速运行时，主要采用异步感应发电机；b.变转速/恒频系统，用电力电子变频器将发电机发出的频率变化的电能转化成频率恒定的电能。图5-13大型并网风力发电机组典型配置图5-14笼型异步发电机变速恒频风力发电系统5.3.1异步发电机的变速恒频技术变速恒频是指发电机的转速随风速变化，发出的电流通过适当的变换，使输出频率与电网频率相同。5.3.2同步发电机的变速恒频技术恒速恒频的风力发电系统中，同步

6、发电机和电网之间为“刚性连接”，发电机输出频率完全取决于原动机的转速，并网之前发电机必须经过严格的整步和(准)同步，并网后也必须保持转速恒定，因此对控制器的要求高，控制器结构复杂。图5-15同步发电机的变速恒频发电机系统图5-16双馈异步发电机变速恒频风力发电系统5.3.3双馈异步发电机的变速恒频技术双馈异步发电机应用在变速恒频风力发电系统中，发电机与电网之间的连接是“柔性连接”。5.3.4风力机变转速技术风力发电机组的输出功率主要受3个因素的影响可利用的风能、发电机的功率曲线和发电机对变化风速的响应能力。5.4发电系统5.4.1恒频恒速发电系统恒速恒频

7、发电系统是指在风力发电过程中保持发电机的转速不变，从而得到和电网频率一致的恒频电能。恒速恒频系统一般比较简单，所采用的发电机主要是同步发电机和鼠笼式感应发电机。同步发电机转速由电机极对数和频率所决定的同步转速，鼠笼式感应发电机以稍高于同步转速的转速运行。a)海拔对定桨距风力机的影响b)温度对定桨距风力机的影响图5-19空气密度变化对功率输出的影响图5-20定桨距风力发电机组的功率曲线与功率系数图图5-24变桨距风力发电机组的控制框图5.4.2变速及恒频发电系统1.变速恒频发电系统风力发电机变速恒频控制方案一般有四种：鼠笼式异步发电机变速恒频风力发电系统

8、；交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统；无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统和永