风力发电中的电力电子变流技术课件.ppt

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1、风力发电中的电力电子变流技术一、风力发电概述二、风力发电系统中的典型变流方案三、调制技术四、大功率变流技术一、风力发电概述1、风力发电现状及展望2、风力发电系统分类3、风力发电与电力电子变流技术1、风力发电现状及展望■全球风电现状及展望◆2009年，尽管国际金融危机还在持续，全球风电行业仍继续迅速增长，年度市场增长率达到了41%。世界风电市场格局没有发生变化，欧盟、美国和亚洲仍占据了全球风电发展的主流，主要的变化是中国取代了美国，成为当年新增风电装机容量世界第一的国家。根据全球风能理事会（GlobalWindEnergyCou

2、ncil，缩写GWEC）所编辑的统计报告，全球风电装机容量达到1.58亿kW，累计增长率达到31.9%。◆全球风能理事会、绿色和平和德国航空航天中心(DLR)自2005年起，每两年更新一次全球风能发展的情景展望。情景展望由参考情景、稳健情景和超前情景三个情景构成。1、风力发电现状及展望■我国风电现状及展望◆自从1985年第一台风电机组并网发电以来，中国风电经历了缓慢爬升到快速发展的过程，2009年我国风电产业发展领跑全世界，增速超过100%，累计装机居世界第二位，新增装机居世界第一位，装备制造能力居世界第一位，新增装机和风机产

3、量都约占世界的1/3。风电发展的布局没有发生大的变化，内蒙古仍然雄踞榜首。开发商还是大型央企领衔，龙源（国电）、大唐和华能稳居三甲。◆全球风能理事会（GWEC）预测；中国国内专家对风电发展形势的判断；本报告对中国风电发展的判断。◆内蒙苏尼特右旗风电场和辽宁法库望海寺风电场调研介绍。★2、风力发电系统分类■两大类：恒速恒频发电和变速恒频发电。◆恒速恒频发电恒速恒频发电采用笼形异步电机，其动力系统和电机的机械特性示于图1。发电时涡轮机拖动异步发电机转动，转速略超过同步转速后，转差率s和转矩te变负，电机工作于发电状态。由于只工作在

4、机械特性的线性区，转差率很小(s<5%)，风速变化时转速基本恒定，所以称恒速发电。随风速变化，通过调整桨叶倾角(pitchangle)β来控制输出功率和转速。特点:电气系统简单，适合在野外、缺少维护的环境工作；转速不变，输出功率和转速的控制全靠倾角控制完成，要求倾角控制响应快，动作次数多，调节机构易疲劳损坏；强阵风来时，转速不变，机械承受应力大，要求坚固，所以又称“刚性”风力发电。综合上述特点，恒速发电适合用于小功率，通常不大于600kw。2、风力发电系统分类■两大类：恒速恒频发电和变速恒频发电。◆恒速恒频发电图1恒速恒频发电

5、系统和笼型电机机械特性2、风力发电系统分类■两大类：恒速恒频发电和变速恒频发电。◆变速恒频发电变速恒频发电采用同步发电机或双馈发电机(绕线异步机)，风速变化时，转速也随之变化，通过电力电子变换器，使电机接入恒频(50hz)、恒压电网发电。通常转速在±33%范围内变化，风速小时调转速，强风来时调桨叶倾角β。由于采用了电力电子变换器，变速发电的电气系统较复杂，但能取得如下好处:在不同风速下，涡轮机都工作在最高效率点，提高出力10%；强阵风来时，转速适当升高，部分风能贮存于机械惯量中(风力发电机组机械惯量很大)，减小电机磁转矩脉动和

6、机械承受的应力，减轻机械强度要求，所以又称“弹性”风力发电；由于电磁转矩脉动小，发出电力的波动小，提高发电质量；风速小时调转速，倾角维持最小值不变，倾角控制器不工作。在强风来时倾角控制器才工作，且响应可以减缓，动作次数减少，机构寿命延长。综合上述特点，变速发电适合用于大功率，通常大于1000kw。2、风力发电系统分类◆变速恒频发电☞绕线转子双馈发电机系统绕线异步机的定子直接联电网，转子经四象限电压型交-直-交变频器接电网，转子电压和频率比例于电机转差率，随转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变换为恒压、恒频(50hz)的

7、转差功率，送至电网，如图1-5所示。p=ps-pr;pr=sps;p=(1-s)ps转速高于同步速时，转差率s<0，转差功率流出转子，经变频送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率;转速低于同步速时，s>0，转差功率从电网，经变频器流入转子，电网收到的功率为定、转子输出功率之差，小于定子功率。特点:在变频器中仅流过转差功率，其容量小，通常按发电总功率的25％左右选取(转速变化范围±33％)，投资和损耗小，发电效率提高2-3％，谐波吸收方便；由于要求双方向功率流过变频器，它必须是四象限双PWM变频器，价格约是同容

8、量单象限变频器的一倍；只能使用双馈电机，比永磁电机重，效率低。2、风力发电系统分类2、风力发电系统分类2、风力发电系统分类◆变速恒频发电☞永磁同步发电机直驱型风力发电系统同步电动机输出频率和电压随转速变化的交流电，经一台单象限电压型交-直-交变频器接至恒压、恒频(50Hz)电