最新交流励磁风力发电技术讲稿

1、1 1 上上 海海 交交 通通 大大 学学 蔡蔡 旭，凌志斌旭，凌志斌 交流励磁风力发电技术交流励磁风力发电技术 2 2 风力发电方式从风力发电方式从 定桨距恒速恒频定桨距恒速恒频 发展到发展到 变桨距变速恒频技术变桨距变速恒频技术 目的目的 最大风能捕获最大风能捕获 提高风能采集、利用程度提高风能采集、利用程度 提高风电机组运行效率提高风电机组运行效率 3 3 变速恒频风力发电机理 风能利用系数风能利用系数 PwPw通过桨叶旋转面积的功率通过桨叶旋转面积的功率 PmPm风力机吸收输出的机械功率风力机吸收输出的机械功率 叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比）叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比） R

2、R桨叶半径桨叶半径 v v风速风速 桨叶旋转角速度桨叶旋转角速度 风能利用率与叶尖速比的风能利用率与叶尖速比的 关系只有关系只有特定的叶尖速比下，特定的叶尖速比下， 风能利用系数最大风能利用系数最大 / pmW CPP /Rv 4 4 风力机输出功率与转速关系 每一风速下，一定转速时才能有最大功率输出每一风速下，一定转速时才能有最大功率输出 定桨距风力机恒转速下只有一种风速定桨距风力机恒转速下只有一种风速 各种风速下最大功率点连线为最佳功率曲线各种风速下最大功率点连线为最佳功率曲线 各种风速下均能获得最大风能，各种风速下均能获得最大风能， 发电机必须变速运行发电机必须变速运行 风力机输出功率特

3、性 3 o p tm PK 5 5 变速恒频发电类型 (1)(1)交交- -直直- -交变换方式（直驱式）交变换方式（直驱式） 变频器全功率 6 6 变速恒频发电类型变速恒频发电类型 (2)(2)交流励磁方式（双馈式）交流励磁方式（双馈式） 绕线式异步发电机绕线式异步发电机 转子绕组变频器励磁转子绕组变频器励磁 变频器只需提供转差功率变频器只需提供转差功率 7 7 关键技术 双馈风电单机组控制关键技术双馈风电单机组控制关键技术 风电场控制与接入电网关键技术风电场控制与接入电网关键技术 8 8 四象限 变频器 交流励磁 控制器 风力发电 控制器 增速齿轮 浆距控制器 风速 电网 P Q 变换器部

4、分 风力发电控制部分 单机组电控系统的组成及作用 按主控命令控按主控命令控 制发电机的阻力制发电机的阻力 转矩转矩 恒定发电机的恒定发电机的 输出频率输出频率 发出输入转发出输入转 矩与输出转矩与输出转 矩的指令，矩的指令， 控制发电机控制发电机 调速调速 完成最大功完成最大功 率跟踪率跟踪 9 9 转子绕组经变频器进行交流励磁，提供转差功率转子绕组经变频器进行交流励磁，提供转差功率 ，达到变速下输出恒频电能的目的。，达到变速下输出恒频电能的目的。 当发电机转速当发电机转速 n n 0 s 0 发电机发电机 处于亚同步发电状态，变频器进行正序低频交流处于亚同步发电状态，变频器进行正序低频交流

5、励磁，变频器向转子绕组输入功率。励磁，变频器向转子绕组输入功率。 当发电机转速当发电机转速n n 同步速同步速 n1 n1 时，时，s 0s 0 发电机发电机 处于超同步发电状态，变频器进行负序低频交流处于超同步发电状态，变频器进行负序低频交流 励磁，转子绕组向变频器输入功率。励磁，转子绕组向变频器输入功率。 当发电机转速当发电机转速n = n = 同步速同步速 n1 n1 时，时，s = 0 s = 0 发电机发电机 处于同步发电状态，变频器进行直流励磁处于同步发电状态，变频器进行直流励磁。 基本工作原理 12s fff 10 10 双馈发电机矢量控制技术 控制策略-转子侧变换器 实现实现P

6、 P、Q Q 的解耦控制的解耦控制 11 11 控制策略-网侧变换器 稳定电容电压控制，稳定电容电压控制， 实现双实现双PWMPWM 变换器变换器 间的解耦间的解耦 双馈发电机矢量控制技术 12 12 单机组控制关键技术单机组控制关键技术概况概况 双双PWM变变 换器协调控换器协调控 制及有功无制及有功无 功解耦控制功解耦控制 机组低电压穿机组低电压穿 越控制技术越控制技术 双馈电机在亚同步双馈电机在亚同步-同步同步-超超 同步下过渡控制问题同步下过渡控制问题 机组过速、过机组过速、过 电压控制问题电压控制问题 有功有功-无功功无功功 率运行边界率运行边界 及控制策略及控制策略 电能质量控电能

7、质量控 制技术制技术 机组控制系机组控制系 统与风电场统与风电场 继电保护、继电保护、 监控、调度监控、调度 等之间接口等之间接口 与配合问题与配合问题 最大风最大风 能捕获能捕获 技术研究 13 13 单机组控制关键技术举例单机组控制关键技术举例最大功率跟踪最大功率跟踪 原理性的方法：按风速及最佳功率曲线得到原理性的方法：按风速及最佳功率曲线得到 发电功率发电功率P P，对变换器发出，对变换器发出P P指令指令 风速信号风速信号 P P指令指令 技术研究 14 14 单机组控制关键技术举例单机组控制关键技术举例最大功率跟踪最大功率跟踪 转速信号转速信号 P P指令指令 风速信号只控制机组风速

8、信号只控制机组 的的切入、切出切入、切出 风速信号风速信号 一种逼近过一种逼近过 程控制方法程控制方法 技术研究 15 15 单机组控制关键技术单机组控制关键技术亚、同、超同步过渡控制亚、同、超同步过渡控制 亚同步状态亚同步状态 同步状态是不同步状态是不 稳定态稳定态 需要主控制与变换器需要主控制与变换器 协调控制协调控制 技术研究 超同步状态超同步状态 16 16 单机组控制关键技术举例单机组控制关键技术举例机组过速控制机组过速控制 机组过速机组过速 变换器达到变换器达到P P最大功最大功 率边界率边界 主控制与变换器主控制与变换器 协调控制协调控制 切变换器、投入切变换器、投入 CROBA

9、RCROBAR、调桨等等、调桨等等 技术研究 17 17 风电场控制与接入电网关键技术风电场控制与接入电网关键技术 单机组电控接入风单机组电控接入风 电场监控系统及相电场监控系统及相 互间协调控制技术互间协调控制技术 电网异常电网异常 工况下风工况下风 电不脱网电不脱网 控制技术控制技术 风电并网引起的风电并网引起的 电网稳定性问题、电网稳定性问题、 可靠性问题评价可靠性问题评价 电网接纳风电电网接纳风电 能力的研究能力的研究 技术研究 风电机组风电机组 的远程监的远程监 控技术控技术 18 18 PWM 齿轮箱齿轮箱 双馈发电机双馈发电机 桨叶桨叶 双双PWMPWM变换器变换器 PWM M

10、风电场内部电网风电场内部电网 大电网大电网 风场模型风场模型 风力机模型风力机模型 齿轮箱模型齿轮箱模型 发电机模型发电机模型 变换器模型变换器模型 电网模型电网模型 PWM 齿轮箱齿轮箱 双馈发电机双馈发电机 桨叶桨叶 双双PWMPWM变换器变换器 PWM M 离线仿真-各元件数学建模 变桨系统模型变桨系统模型 技术研究 19 19 离线仿真-稳态工作点仿真 技术研究 20 20 21 21 离线仿真-动态特性仿真 技术研究 22 22 23 23 离线仿真-离网时发电机励磁特性仿真 技术研究 24 24 25 25 离线仿真-并网和发电机加载运行仿真 技术研究 26 26 27 27 离线

11、仿真-调桨系统 技术研究 28 28 29 29 硬件在回路实时仿真-原理框图 虚拟风场虚拟风场 虚拟虚拟 风力机风力机 直流调速直流调速 控制器控制器 直流直流 电机电机 双馈双馈 发电机发电机 并联并联 上网上网 基于基于dSPACEdSPACE 的电控系统的电控系统 变换器与主控制器变换器与主控制器 建立风场数建立风场数 学模型学模型 建立风力机建立风力机 数学模型数学模型 技术研究 30 30 160kW硬件在回路实时仿真平台 技术研究 31 31 主 控 制 器 供 电 电 源 数字输入高速输入 PT100 输入 电网测量输入 数字输出 模拟输入 模拟输出 HMI UPS状态 站点通

12、讯 振动传感器 Modem 主控制器开发-硬件 主控制器硬件结构 32 32 主控制器开发-硬件 风场监控系统结构风场监控系统结构 33 33 主控制器开发-硬件 主控柜主控柜 34 34 系统状态参数监视和数据存储 状态代码（对风电系统的异常情况进行处理） 运行流程制动控制系统 偏航控制系统液压控制系统 温度控制系统 电网监视 变桨系统 风影控制 噪音消除 报警系统 可利用率计算 系统通信设置 Modem通信功率曲线绘制 费率计算 理论功率曲线 SCADA系统 手动操作 参数设置菜单 模块化设计模块化设计 主控制器开发-软件 主控制器软件总体结构图主控制器软件总体结构图 集成单机集成单机 组

13、控制、组控制、 多机组控多机组控 制关键技制关键技 术的软件术的软件 总体架构总体架构 35 35 启动区启动区 最大风能捕获区最大风能捕获区 恒速区恒速区 恒功率区恒功率区 降额功率输出区降额功率输出区 停止区停止区 主控制器开发-软件 功率与风速关系曲线功率与风速关系曲线 36 36 变换器开发-硬件 1.25MW变频器柜变频器柜 37 37 变换器开发-软件 变换器运行预充电过程预充电过程 38 38 变换器运行自充电过程自充电过程 变换器开发-软件 39 39 变换器运行亚同步运行状态亚同步运行状态 变换器开发-软件 40 40 变换器运行超同步运行状态超同步运行状态 变换器开发-软件 41 41 定子电压 定子电流