风力发电机组及其控制系统教学提纲.ppt

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1、风力发电机组及其控制系统内容提要风力发电基本原理发电系统基础理论控制系统设计防雷接地系统风力发电基本原理风的产生风的特性风的表示法：风向、风速、风级风的特性：1）风的随机性2）风随高度变化而变化风能：风能密度、风能风的特性以风轮轴安装形式分水平轴风机：风轮的旋转轴与风向平行->升力型风机：旋转速度较快->阻力型风机：旋转速度较慢->上风向：风轮在塔架前面->下风向：风轮在塔架后面垂直轴风机：风轮的旋转轴与地面或气流方向垂直风机的分类（1）（2）（3）按运行方式分独立运行风力发电机组并网运行风力发电机组按功率分：微型（50～

2、1000W）小型（1～10KW）中型（10～100KW)大型（>100KW)风机的分类风力发电机的结构独立运行的风力发电机组水平轴独立运行的风力发电机组由风轮、尾舵、发电机、支架、电缆、充电器、逆变器、蓄电池组成风力发电机的结构并网运行的风力发电机组并网运行的发电机组由风轮、增速箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成248135116971012叶片轮毂主轴承主轴偏航电机塔筒齿轮箱机舱底盘联轴器发电机主控柜机舱罩风力发电机组的工作原理在并网运行风力发电机组中，当风以一定的速度吹向风力机时，在风轮的叶片上产生的力驱动

3、风轮叶片低速转动，将风能转换成机械能，通过传动系统由增速箱增速，将动力传递给发电机，发电机将机械能转变为电能。由于风向经常变化，为了有效的利用风能，在风机上装有迎风装置。迎风装置根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮相啮合的小齿轮转动，使机舱始终对准风向方向。风力机的气动原理风车简化为一维流管：一维动量方程，风轮轴向推力：一维不可压缩流的连续方程：伯努力方程：.constAV=*风力机的气动原理在风机上游：在风机下游：风机上获得的推力：风轮盘面气流速度：风力机的气动原理风机损失的能量：轴向诱

4、导因子风轮处速度风轮尾流速度可以看出，一半的轴向气流损失发生在流经制动桨盘时，另一半在下风向。风轮上获得的功率风能利用系数风力机的气动原理（叶素理论）叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，如图所述，多个圆环，半径，径向宽。在每个叶素上作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和阻力二维模型，作用在每个叶素单元的合力流速与叶片平面的夹角为攻角。翼型特征系数和随攻角的改变而改变。风力机的气动原理（叶素理论）作用在叶素上的合力流速为：其中是合力流与旋转平面的夹角，可以称之为入流角。风

5、力机的气动原理（叶素理论）攻角可表示为：作用在单位圆环径向宽上的升力分量，与合力流方向垂直，表达式为：阻力分量与合力流方向平行，表达式为：发电系统基础理论独立运行风力发电机组中的发电机直流发电机永磁式直流发电机：定子采用永磁体电磁式直流发电机：定子采用励磁绕组，通以直流电永磁式交流同步发电机：转子采用永磁体，有凸极式和爪极式两种，定子与普通交流电机相同硅整流自励式交流同步发电机：定子由铁心和三相定子绕组组成，定子绕组为星型联接，转子由转子铁心、转子绕组、集电环和转子轴组成，励磁绕组通过集电环和电刷与整流器的直流输出端相连，

6、以后的直流电流励磁电容自励式异步发电机：在异步发电机定子绕组输出端接电容，以产生超前于电压的容性电流产生磁场，从而建立电压并网运行风力发电机组中的发电机异步发电机结构：定子为三相绕组，采用星形或角形链接，转子为笼型或绕线形，定子绕组并连电容器来提供无功电流建立磁场，一般为4极或6极。原理：同步转速：转差率：当时，电机工作在电动状态当时，电机运行在发电状态（一般）并网运行时，只要接近同步转速就可并网，无需同步设备和整步操作，输出功率与转速近似成线性关系，可通过调节负载并网运行风力发电机组中的发电机异步发电机10...24kV

7、,f=50Hz690V/10000V旁路开关功率控制器交流异步发电机齿轮箱风轮转子brake中压开关软并网控制器运行控制器功率补偿器并网运行风力发电机组中的发电机同步发电机结构：定子由定子铁心和三相定子绕组组成，转子由转子铁心、转子绕组、集电环和转子轴组成，转子上的励磁绕组经集电环、电刷与直流电源相连，通以直流励磁电流来建立磁场，转子分凸极式和隐极式原理：同步发电机在风力机的拖动下，转子以转速旋转，旋转的转子磁场切割定子上的三相对称绕组，在定子绕组中产生频率为的三相对称的感应电动势和电流输出。为了保证输出频率与电网频率一致

8、，发电机转速必须恒定，因此对调速机构有很高的要求。为了改善这一点，出现了低速永磁同步发电机，并通过全功率变流器与电网联接。并网运行风力发电机组中的发电机同步发电机主轴承同步发电机DC机侧变流器网侧变流器风机主控器制动器变桨机构变流控制器10...24kV,f=50Hz变压器主回路断路器开关设备并网运行风