风力发电机及其系统ppt课件

风力涡轮机及其系统，1，风力涡轮机及其系统介绍了现代风力涡轮机的发电机及其系统的基本结构、工作原理和控制方法，说明了发电机对风力涡轮机和电力系统的影响。(1)变速恒频风力发电机系统，(2)变速恒频风力发电机系统，内容，2，风力发电机结构，3，风力发电机(轮毂、刀片)，变速器(齿轮箱)，发电机，控制器(节距，启动停止，叶片的升力和阻力，8，风力发电机风能转换效率特性，风能转换速度示例尖端速度比率，TSR:TipSpeedRate，9，俯仰叶片，俯仰角度固定，大风速，翼型的尾气流障碍，在升力没有增加的情况下称为失速现象。俯仰叶片、俯仰角度可调、较大风速、俯仰角度增大、风力发电机吸收功率保持不变或完全释放功率。俯仰距离有助于稳定风力涡轮机在风速下吸收的功率。风力发电机功率控制，10，风力发电机功率控制，恒速发电机，发电机转子转速基本恒定，如笼转子异步发电机。变速发电机，发电机转子速度可在一定范围内改变。需要变频器，以保证供电给电网的电源频率恒定。变速发电机有助于小型风速下风力涡轮机吸收更多电力。11，风力发电机输出，俯仰固定速度与俯仰可变速度风力发电机输出比较：12，风力发电机，两个主要系统：风力发电机系统发电机系统一个灵魂：系统控制器，风力发电机系统：刀片主轴俯仰机构(液压或电动伺服机构)偏航机构(电动伺服机构)制动器， 风力发电机系统的基本要求：(1)将旋转风力发电机的机械能有效转换为电能、转矩、效率、电压、电流、体积、重量(2)输出的电能质量，包括电力系统的并网要求频率、主动、无功、谐波失真率、三相不平衡、并网过热和其他状态监测和保护；14，风力发电机，风力发电机分类：(1)风力发电机叶片特定失速类型：高风速、叶片形状或叶片尖端的扰流运动对风力发电机的输出扭矩和功率限制； 节距类型：在风速较高时调整节距角度，以限制输出扭矩和功率。(2)基于风力发电速度的恒速类型：风力发电速度保持不变，风能转换率低。变速：双速：在两个设定速度下运行，可以提高风能转换率。连续变速：可连续调整以捕捉最大风能。15，风力发电机，风力发电机分类：(3)按变速器晋升：将低速风力涡轮机和高速发电机连接到齿轮箱。直接驱动器：直接连接低速风力涡轮机和低速发电机。(4)按发电机分类的异步类型：笼型单速异步发电机，笼型双速变极异步发电机；绕组异步发电机。同步：电动励磁同步发电机；永磁同步发电机。(5)并网分类：可以直接或间接集成到电网中，减少能量存储环。脱离网格类型：需要能量存储链接，还可以与木柴、太阳能并行工作。，16，风力发电机系统，风力发电机系统分类：恒速恒频风力发电机系统(1)同步发电机系统(2)笼感应发电机系统(3)绕组转子RCC感应发电机系统变速恒频风力发电机系统(1)变速恒频松鼠笼感应发电机系统(高速) (低速)(4)变速永磁同步发电机系统(中、低速(5)变速恒频水平磁通发电机系统(中、低速)，17、风力发电机系统、匀速恒频同步风力发电机系统，3要素：(1)同步发电机(2) 同步风力发电机的基本工作原理产生感应电动势，(1)风力发电机的转子以恒定速度n1逆时针旋转，(2)定子铁芯槽的导体和转子主磁极之间的相对运动，(3)导体切割磁力线检测电动势，并使用右手法则判断导体感应电动势的方向！交变频率：p:极对数，20，恒速度恒频同步风力发电机系统，同步风力发电机的基本工作原理-产生电磁制动力，(1)载流导体在磁场中形成电磁力，(2)绕组电流通过力形成电磁转矩，(3)电磁转矩电磁制动力方向可以通过左撇子规则来判断！21，匀速同步风力发电机系统，同步风力发电机的电动势方程，相量图(r忽略)，表达式的xd=xs x adxq=xs xaq，xad，xaq-各相电枢绕组的直线轴和交叉轴电枢反应电抗。xs-各相电枢绕组的泄漏电阻。Xd，xq-各相电枢绕组的直线和交叉轴同步电抗。22，空载特性E0=f (if)，恒速恒频同步风力发电机系统，同步风力发电机的空载电压特性，E0:定子一相感应电动势的有效值，if:转子励磁电流，空载特性反映转子励磁磁电位产生磁场和在定子绕组中检测电动势的能力。额定值点，23，恒定速度恒频同步风力发电机系统，同步风力发电机的外部特性，外部特性u=f (I)，外部特性反映了载荷特性不同时端电压随载荷大小变化的情况。外部特性：如果同步发电机为n=nn、if=const、根据载荷的cos，u趋向于I变化。24，恒速恒频同步风力发电机系统，同步风力发电机的电压调节速度，发电机额定运行时间(UN，IN，cos)的额定励磁电流ifN和速度保持不变，消除全部负荷后空载电动势为E0时，电压调节速度为，25，恒速恒频同步风力发电机系统，最大电磁功率出现在电源角度90的突出极同步发电机。26、匀速同步风力发电机系统、同步风力发电机的并网条件、发电机输出的三相交流电压和电网电压必须满足“同相、同频、同相”的四个相同条件。同相序列：在正确的旋转方向上保证同值：由励磁调节器自动保证同频：由总督保证，俯仰调整可以用作并网调速器。同相：调速器微调，27，恒速恒频同步风力发电机系统，同步风力发电机系统的主要问题，(1)并网控制复杂性，对调速器的过分要求，长并网过程，低成功率，冲击电流不易控制，不适合频繁关闭，并网风力发电机。(2)运行问题：转子速度被栅格频率夹紧，发电机表示刚度机械特性。转子冲击应力大，电磁功率波动快，风力发电机风能转化率低。，(3)过载问题：高风速下俯仰调整的动态响应要求高，不能利用转子惯性缓冲。超速保护的响应时间太短。恒速恒频同步风力发电机系统很少使用！28，风力发电机系统，恒速恒频笼感应风力发电机系统，三要素：(1)感应发电机(2)调速器(3)无功补偿器，29，恒速恒频笼感应风力发电机系统，笼感应风力发电机固定，转子结构，30(2)如果绕组分布在圆周上，则行波磁场是旋转磁场。(3)旋转磁场在一个圆周内表达的磁极(n，s极)的数目称为极数，用2p表示。(。(4)旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，旋转n1产生电流的频率f和极对数p:同步速度，31，恒定速度恒频笼异步风力发电机系统，笼感应风力发电机的工作原理-电磁感应，(1)定子三相电流产生旋转磁场，旋转速度n1旋转，(4)如果转子以nn1的速度在n1方向旋转，则t是制动转矩，旋转速度：同步速度n1与旋转速度n的差值与同步速度n1的比率称为旋转速度，用s表示。即，n=(1-s) n1或：32、恒速固定频率笼异步风力发电机系统、发电机状态、电动机状态、转换速度s可以表示异步电动机的运行状态！笼型感应风力发电机工作状态，33，恒速恒频笼型感应风力发电机系统，笼型感应风力发电机等效电路，等值电路定子泄漏阻抗，转子泄漏阻抗(折叠)，励磁阻抗转子变阻发电机负载条件反映，34，恒速恒频笼型感应风力发电机系统，笼型感应风力发电机电磁功率表示，定子笼型感应风力发电机等效电路，等值电路定子泄漏阻抗，转子泄漏阻抗(折射)，励磁阻抗转子变阻发电机负载条件反映，36，恒速度恒频笼感应风力发电机系统，笼型感应风力发电机功率流图，37，恒速度恒频笼异步风力发电机系统，电磁转矩：软特性vs 应选择高功率因数发电机，并在机器末端选择并行电容。(由于负载经常变化，固定电容很难完全补偿。过度或不足现象可能导致栅格电压浮动。可控制无功补偿装置可以考虑安装SVC的变电站)，(2)软电网连接：电网连接瞬间与异步电动机启动相似，存在大冲击电流，接近同步速度时，必须安装电网连接和晶闸管软起动电流限制装置；39、恒速固定频率笼感应风力发电机系统，笼感应风力发电机系统的特性，(3)过载能力：发电机的机械特性曲线更硬，转子速度变化范围小，风力发电机风能转换率低。风速不稳定时，风力涡轮机易受冲击机械应力影响。(软特性发电机的转子损耗大，发热严重)，(4)高效轻负荷：绝对大部分是轻负荷状态，发电机的效率曲线要平坦，中低负荷地区的效率要高。在轻负荷区域，还可以考虑将定子绕组从角度连接改为星形连接，以减少铁的消耗。40、固定速度恒频笼异步风力发电机系统，网箱双速感应风力发电机系统的特点，(1)在同一发电机的定子铁心内内置两个不同极对数电枢绕组(通常为4/6极)。根据需要，可以在两组绕组之间切换，以达到适当的运行速度。高速绕组角度，低速绕组星形连接，可以降低颈磁密度和颈减压。(2)大、小电机方式：两个容量不同、对数极不同的单速笼感应发电机同轴串行。高速发电机角度，低速发电机绕组星。可以根据需要在两组绕组之间切换。与变极双速方案相比，小型电动机的负载率高，发展效率高，41，恒速恒频RCC异步风力发电机系统，RCC:RotorCurrentControl，转子电流控制，定义：转子电流控制技术通过电气电子开关和脉宽调制(PWM)实现了基于线性的感应发电机的转子电流系统的结构特点：(1)使用俯仰风力发电机；(2)使用基于线路的异步发电机，无滑环；(3)通过旋转开关装置斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。42、恒速恒频RCC异步风力发电机系统，线性转子异步发电机，转子一般使用与定子相似的三相交流绕组，并带有y连接；转子三相绕组可以连接到转子内部，也可以通过滑环刷装置连接到转子三相绕组端子。转子三相绕组的末端布线在转子内部连接短，发电机的机械特性类似于笼异步发电机。当有额外的阻力时，机械特性变得柔和。43，恒速恒频RCC异步风力发电机系统，Rs增加，转子电路在三相对称电阻上的人体机械特性，三相绕组感应电动机参数和U1，f1日程，转子角相附加电阻Rs。Rs诗：Tm不变，| smax |t=f(s)更倾斜。44，恒频RCC异步风力发电机系统，转子电流斩波控制电路：原理：控制转子电流的附加电阻的访问时间控制，45，恒频RCC异步风力发电机系统，优点：(1)风速变化引起的风力发电机转矩脉动的低频组件由可变桨调速装置调整，(2)使用风轮作为惯性储能元件，伴随转子速度变化的动能，提高风能利用率。(3)电力电子的主电路结构简单，不需要大功率电源。缺点：旋转电源电子开关电路维护，更换困难。46，风力发电机系统，变速固定频率笼异步风力发电机系统，47，变速固定频率笼异步风力发电机系统，4象限回退变频器(全功率容量)，48，变速固定频率笼异步风力发电机系统，系统特性：(1)发电机速度与电网频率之间的相关性变速变频发电状态下运行的笼形感应风力发电机；通过发电机的电磁转矩，可以调节风力发电机转子的速度，追踪最大功率点。发电机运行损耗率小，发电机机械特性硬，运行效率高。(2)发电机侧变频器在升压整流状态下运行，可以调整机器末端电压，轻负荷运行时发电机的铁消耗量小，效率高。49、变速固定频率笼异步风力发电机系统，系统特点：(3)在变频器状态下工作的电网侧变频器，发电机可以主动传输到电网，并可以参与无功发生器的电网无功调节；如果对电网波动的适应性好，可以防止发电机外部的电网波动。(4)变频器与发电机功率容量相同，系统成本高。，50，风力发电机系统，变速恒频双馈感应风力发电机系统，双馈感应风力发电机交流直接双向电源转换器，51，变速恒频双馈感应风力发电机系统，国内MW双馈感应风力发电机，52，变速恒频双馈感应风力发电机系统，国内1.5MW双馈感应风力发电机交流励磁系统线性转子三相异步发电机结构，54，变速恒频双馈感应风力发电机系统，线性绕组连接方法，绕组转子绕组线一般为y连接，55，变速恒频双馈感应风力发电机系统，双馈感应发电机：(1)线性转子三相异步发电机之一； (2)定子绕组直接接入交流电网。转子绕组端子由三个滑环连接到双向功率转换器。(3)转子绕组通过受控变频交流励磁电流。(4)转子速度低于同步速度时，也在发电状