风力发电机的简介.docx

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1、浅析风力发电机组一．引言随着全球化石能源的枯竭和供应紧张以及气候变化形势的日益严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性，风能作为清洁可再生能源之一，受到了各国的高度重视，世界风电产业也因此得到了迅速发展。中国风能资源十分丰富：陆上和近海可供开发和利用的风能储量分别为2.53亿千瓦和7.5亿千瓦,具有发展风能的潜力和得天优厚的优势。在未来的能源市场上，充分开发和挖掘这一潜力和优势，将有助于持续保持本国的能源活力和维持经济的可持续发展。在开发利用风能的过程中，风电场的建设是其必须的环节，而风电机组的应用又是建设风电场的重中之重。二．风力发电机组的分类（1）风力发电机组类型按容量分

2、容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW为大型机组,大于10000kW为特大型机组。（2）风力发电机组类型按风轮轴方向分水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。风轮在塔架前面迎风的称为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。上风向风力机需利用调向装置来保持风轮迎风。垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的风，故无需对风。垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用翼型的升力作功两个主要类别。（3）风力发电机组类型按功率调节方式分定桨距机组：叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性（失速）或

3、偏航控制。变桨距（正变距）机组：须配备一套叶片变桨距机构，通过改变翼型桨距角，使翼型升力发生变化从而调节输出功率。主动失速（负变距）机组：当风力机达到额定功率后，相应地增加攻角，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。（4）风力发电机组类型按传动形式分高传动比齿轮箱型机组：风轮的转速较低，必须通过齿轮箱、齿轮副的增速来满足发电机转速的要求。齿轮箱的主要功能是增速和动力传递。直接驱动型机组：应用了多极同步风力发电机，省去风力发电系统中常见的齿轮箱，风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。中传动比齿轮箱（“半直驱”）型机组：采用一级行星齿轮副，其增速比约为高传动比齿轮副的1/10，

4、因而减少了多极同步风力发电机的极数和体积。（5）风力发电机组类型按转速变化分定速机组：转速恒定不变，不随风速变化。多态定速机组：包含两台不同转速和容量的发电机，可根据风速的变化，选投其中一台运行。变速机组：发电机转速随风速变化。三．典型风力发电机的结构特点风电机组并网发电时，必须保证输出电能的频率与电网频率一致，即频率恒定。恒速恒频技术是指，不管风速怎样变化，保持发电机转速(风轮转速)不变，以输出恒频的电能。由于结构简单、技术可靠，恒速恒频技术被广泛应用于中小型风电机组，而大型风电机组正逐步过渡到采用变速恒频技术。图1变桨距主动偏航风力发电机组机舱构成变速恒频技术是指发电机转速(风

5、轮转速)随风速变化而改变，然后通过电力电子控制方法得到固定频率的电能。变速恒频风电机组的运行特点是风轮和发电机转速可以在很大范围内变化而不会影响输出电能的频率，这样，可调节风力机的尖速比始终处于最佳值，从而最大限度的利用风能。面对现代风力发电系统不断向大型化和变速变桨矩方向发展的要求，当今风电行业普遍采用的是变速恒频的发电技术。目前，大型机组常用的变速恒频方案有两种，即双馈异步发电机组成的变速恒频系统和永磁同步发电机组成的变速恒频系统。3.1双馈异步风力发电机Ø双馈异步风力发电机的结构及其原理双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双

6、馈异步风力发电机也称作变速恒频发电系统（如图2），其风力机可变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风力机的风能利用系数Cp得到优化,获得高的利用率，并实现发电机较平滑的电功率输出。图2双馈异步发电机变速恒频风力发电系统原理图双馈异步发电机的定子结构与异步风力发电机相同，但转子中带有集电环和电刷，转子侧可加入交流励磁，既能输入电能也可输出电能。其定子绕组直接接入电网，转子绕组由一个频率、相位、幅值可调的AC-AC或AC-DC-AC变流器提供低频励磁电源，实现恒频输出。其风力发电系统工作原理见图2。当转子绕组通过低频励磁电流时，转子中形成一个低频旋转磁场，该磁场的旋转速度n2与

7、转子的机械转速n1叠加等于定子的同步转速ne，即n1±n2=ne，在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转速n1随之变化，在n1变化的同时，相应改变转子励磁电流的频率和旋转磁场的速度n2，以补偿转子机械转速n1的变化，从而达到变速恒频发电的目的。Ø双馈异步发电机的运行方式根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈发电机三种运行方式：1）亚同步运行状态：在此种状态下发电机本身旋转速度n<（通入50Hz交流电同步转速），由通入交流电流的电流产生的旋转