风力发电技术知识培训

一、风力机的基本原理一、风力机的基本原理1.风能及风速模型风能：空气流动所形成的动能即为风能，因此计算风能的大小也就是计算气流所具有的动能，由流体力学可知，风能就是在单位时间内流过垂直于风速截面积A(m2)的能量3 空气密度风速1.风能及风速模型风速模型：风速是风力机的原动力。在实际研究中，为了较精确地描述风的随机性和间歇性的特点，国内外使用较多的是风力四分量模型，各分量分别为基本风vA、阵风vB、渐变风vC和随机风vD1.风能及风速模型基本风+阵风1.风能及风速模型基本风+渐变风1.风能及风速模型基本风+随机风 2.风能转换原理理想风轮模型2.风能转换原理经过推导，可得到：风力机实际能得到的有功功率输出为PpSvCp风能利用系数，它的最大值为0.593叶尖速比λ是表示风轮运行速度快慢的参数，常用叶片的叶尖圆周角速度与风速之比来衡量根据叶尖速比的不同，我们可以把风机分成两类：慢速比风机(λ≤2.5)和快速比风机(2.5≤λ≤15)，几乎所有的现代风电机(叶片数一到三)都属于快速比风机3.风力机叶片翼型理论气流以相对速度W吹向翼型，作用在翼型表面上的空气压力是不均匀的，在上表面气压减少而在下表面则增加。按照伯努利理论，翼型上表面的气流速度较高，翼型下表面的气流速度则比来流低。作用在翼型上的作用力可分解为与相对速度W垂直的升力L和与W平行的阻力D。翼型品质可由升阻比L/D的最大值εmax来衡量，高质量翼型的升阻比可达到60以上翼型升力系数Cl和阻力系数Cd随攻角的变化规律部分组成。与Clmax对应的二、风力发电原理风力发电机组是实现风能到电能转换的主要设备。由于风的随机性，必须通过控制装置随时对风力发电机组的启停、故障保护等进行操作，同时，当风能急剧增加时，储能装置可以吸收多余的风能。为了实现不间断供电，有的风力发电系统还配备了备用电源，如柴油发电机组等二、风力发电原理1.风力发电机组：风力机+发电机二、风力发电原理1.风力发电机组：风力机+发电机使用广泛二、风力发电原理1.风力发电机组：风力机+发电机按桨叶接受风能的功率调节方式分，可分为定桨距(失速型机组)和变桨距机组。定桨距机组的桨叶迎风角度不能随风速变化，而变桨距机组叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内(一般0~90°)调节变化，因此变桨距机组性能比定桨距机组提高了许多按叶轮转速是否恒定分，可分为恒速恒频风力发电机组和变速恒频风力发电机组。恒速恒频风力发电机组设计简单，造价低，但需从电网吸收无功功率，对电网影响较大；变速恒频风力发电机组功率波动小，气动效率高，但成本相对较高。二、风力发电原理1.风力发电机组：风力机+发电机二、风力发电原理1.风力发电机组：风力机+发电机2）发电机,'二、风力发电原理2.控制系统二、风力发电原理2.控制系统二、风力发电原理2.控制系统目前绝大多数风力发电机组的控制系统选用集散型或分布式(DCS)工业控制计算机，系统总体框图见下图，优点是各种功能的专用模块可供选择，可以方便的实现就地控制，许多模块可直接布置在控制对象的工作点，就地采集信号进行处理。避免了各类传感器和航内执行机构与地面主控器之间大量通信线路及控制线路二、风力发电原理2.控制系统运行方式恒定叶尖速比模式恒定叶尖速比模式最大功率追踪模式定桨距控制变桨距控制主动失速控制变速控制风机在部分负荷时控制方式风机在全负荷二、风力发电原理3.监测显示系统计算机监控显示系统主要负责管理各风电机组的运行数据、状态、保护装置动作情况、故障类型等。该系统的主要功能表现在：二、风力发电原理3.监测显示系统二、风力发电原理3.监测显示系统为了适应远距离通讯的需要，目前国内风电场中央监控系统一般采用RS-485串行通讯方式和4~20mA电流环通讯方式。比较先进的通讯方式还有PROFIBUS通讯方式、工业以太网通讯方式等。二、风力发电原理4.储能系统储能系统的主要功能是在有风期间将多余的风能转化为其他形式的能量储存起来，在无风期间再将储存的能量释放出来并转变为电能，以保证稳定持续地供电。现在正使用的有：蓄电池储能，抽水蓄能正研究：超导储能，超级电容器储能，飞轮储能，电解水制氢储能三、风力发电运行方式指风力发电机组输出的电能经蓄电池储能，再供应给用户使用，一般功率在5kW以下，可供边远农场、牧区等使用指风力发电机组输出的电能经蓄电池储能，再供应给用户使用，一般功率在5kW以下，可供边远农场、牧区等使用指风力发电系统与电网相连，直接向电网输送电能的运行方式，克服了风电随机性而带来的储能问题，可分为指风力发电系统与电网相连，直接向电网输送电能的运行方式，克服了风电随机性而带来的储能问题，可分为恒速恒频和变速恒频两类三、风力发电运行方式2.并网运行的风力发电系统1）恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统的风力机转速不随风恒速恒频发电系统中，多采用笼型异步电机作为并网运行的发电机，三、风力发电运行方式2.并网运行的风力发电系统1）恒速恒频风力发电系统三、风力发电运行方式2.并网运行的风力发电系统2）变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统的风力机转速随风速的波动作变速运行，具有以下优点：三、风力发电运行方式2.并网运行的风力发电系统2）变速恒频风力发电系统三、风力发电运行方式3.风电场接入电网的方式风电场与电力系统连接示意图三、风力发电运行方式3.风电场接入电网的方式风电机组与变电所连接图一台变压器多台风机多台变压器多台风机三、风力发电运行方式3.风电场接入电网的方式风电场与电力系统实际连接图三、风力发电运行方式3.风电场接入电网的方式风电场与电力系统实际连接图 四、国网风电场接入电网技术规定相同点电网接纳风电能力以及无功调节风电场运行电压以及电压调节风电场运行频率及电能质量风电场通信和信号风电场接入电网检测 四、国网风电场接入电网技术规定风电场有功功率调节风电场模型和参数风电场低电压穿越能力 四、国网风电场接入电网技术规定（2）事故情况下[06]版：在紧急事故情况下，电力调度部门有权临时将风电场解列，比较笼统；[09]版：明确提出，在电网紧急状态下，风电场应具有紧急控制的能力。从而能根据调度指令控制有功输出，并保证风电场有功控制系统的快速性和可靠性。 四、国网风电场接入电网技术规定2、风电场模型和参数[06]版：风电机组模型和参数；[09]版：进行了改进，改为：风电场模型和参数，更加明确。风电场开发商应提供可用于系统仿真计算的模型和参数，用于风电场接入系统的规划、调度。既然是用于系统仿真计算，就涉及到一个更为严峻的问题——风电场的等效建模； 四、国网风电场接入电网技术规定定义：当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定的电压跌落范围内，风电机组能够不间断并网运行。不同国家要求不尽相同。[06]版：没有明确提出，只是在运行电压中提到“风电场应具有一定的低电压维持能力”；[