风力发电机结构组成及其应用

1、风力发电机组构成的应用、国内外风力发电的发展概况风力发电系统的分类笼型异步风力发电机组双种子文件型同步风力发电机组风力电力预测风力田的并联技术风力田的低压穿越能力LVRT储能装置的应用、拔河、国内外风力发电的发展概况、 我国风力资源分布中国陆地10m高层可开发风力能量在2.52亿千瓦近海可开发风力能源资源是陆地的3倍以上，1996年到2009年，世界累计风电设备容量增长率超过20%，平均28%； 2007年，世界累计风电设备容量94112MW，增加26.8%到2007年，世界风力发电机容量为20073MW，增加32.1%到2007年，中国风力发电机容量为6050MW，超过丹麦，到2008年成为

2、世界第五位，中国风力发电机世界第四位风力发电的迅速发展，2006年1月：可再生能量法2007年9月：可再生能源中长期发展计划2009年：替代能源产业振兴计划、有势力政策支持、 2011年：风力发电机3500万千瓦中陆地3000万千瓦海上500万千瓦的替代能源在能源结构中达到2% (包括水和电的10% )替代能源发电占总设备的5% (包括水和电的25% ) 从替代能源产业直接投资增加的9700亿千瓦时到2020年社会间投资增加：风电设备1.5亿千瓦中陆地是1.2亿千瓦的海上3000万千瓦在陆地千万千瓦级风力发电基地和其外部联网工程替代能源能源结构中的作用达到9% (含水电20% )，替代能源发电

3、设备占总设备数的比例达到15% (含水电35% )的替代能源产业直接投资达到45000亿美元，社会间接投资达到9万亿美元，替代能源产业振兴规划、风电设备总设备容量快速增加， 风力发电比例增加单个风力田装机容量增加，已商品发货多个1.0万千瓦级风力田，千万千瓦级大型风力田基地建设的风力田网站数据库系统电压电平由低而高(110kV )风力发电机组种类增加， 从初期定速风力发电机组(1MW以下)到双种子文件感应风力发电和直接驱动同步风力发电(1MW以上)，我国风力发电的发展特点、世界风力发电技术的发展趋势、风力发电单体容量稳步上升：以德意志为例，0.3年平均单体容量超过1.5MW，叶片直径拉力赛调制

4、方式取代失速调整方式：在德意志0.3年设置的风力发电机，超过91%，采用斯拉力赛调制方式的变速恒频方式急速取代恒频方式：通过控制发电机的转速，风机叶片前端的变速比接近最佳，提高风机的营运效率。 德意志0.3年设置风力发电机组，90%以上的风机采用变速恒频方式，没有齿轮箱的直接驱动同步发电机组的市场份额迅速扩大，风力发电的基本原理是，我站在风机上，风力发电系统分类，风速快， 叶片形状和叶片叶尖扰流板的运动限制风力机的输出扭矩和电力的桨型：通过在高风速时调整步距角，限制输出扭矩和功率。风车转速分类：定速型：风车以一定转速运行，风力转换率低，与定速发电机对应的变速型： (1)2速型：能够以2个设定转

5、速运行，改善风力转换率，与2速发电机对应的(2)连续变速型：能够在一定转速范围内连续调整按传动机构分类的分类：齿轮箱的up型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机(减少发电机的体积重量，降低电气系统的成本)直接驱动型：直接连接低速风力机和低速发电机。 (避免齿轮箱故障)按发电机类别分类：非同步型： (1)笼型单速异步发电机(2)笼型双速变速异步发电机(3)绕线式双种子文件异步发电机同步型： (1)电励磁同步发电机(2)永磁发电机。 以并行方式分类：并行型：编入电力网，可以省去储藏的环节。离网型：一般需要蓄电池等直流储能环节，可以具有交叉、直流负荷。 与柴油发电机、太阳能电池片并列运行。 风力机风

6、力能量转化效率特性、风车的电力风力能量转化率的叶片叶尖变速比、TSR:叶片叶尖变速比Tip Speed Rate :步距角、风力发电机组输出电力(定速vs变速)、笼型非同步风力发电机组、定速笼型非同步风力发电机组变速笼型非同步风力发电机组， 可以用定速鼠笼型异步风力发电机组、三相鼠笼型异步风力发电机、鼠笼型异步风力发电机内部结构、发电机状态、电滚子状态、转速s表示异步电滚子的运行状态！ 笼型异步风力发电机的工作状态，(1)发电机励磁消耗无功功率，取自电力网。 必须选择高功率因数的发电机，在机械侧并联连接电容器(2)大部分时间处于轻负载状态，中低负载区域的效率高，发电机的效率曲线平坦是理想的(3

7、)风速不稳定，容易受到冲击的机械应力，发电机有柔软的机械特性曲线max绝对值大的(4)并联网与电动机的启动瞬间相似，存在较大的起动电流，在接近同步转速时并联网，需要增设软星空卫视限流装置，鼠笼型异步风力发电机的特点，变速鼠笼型异步风力发电机组，(1) 笼型异步风力发电机在变速逆变发电状态下运行；(2)在小转速范围内运行，发电机机械特性硬，营运效率高；(3)发电机路端电压可调，轻负载营运效率高变速鼠笼型异步风力发电机组的特点、双种子文件型异步风力发电机组、主电路：双种子文件异步发电机正交双向电能转换器、国产1MW双种子文件型异步风力发电机、绕线型转子三相异步发电机的一种定子绕组与交流电网直接连接

8、的转子绕组端接线， 在并联了从3根集电环引出、对与1台双向电能转换器连接的转子绕组通电逆变器交流励磁的转子转速低于同步转速的情况下也能够在发电状态下运转的定子绕组通讯端口后，始终发电，但是，转子绕组通讯端口的电力的流动依赖于滑动率， 双种子文件异步发电机、国产600kW正交双向电能转换器(IGBT DSP )、两组PWM控制型三相开关桥“背靠背”间不存在电容支撑直流母线的任何时间点，三相桥都处于脉冲整流状态，另一个处于逆变状态。发电机侧三相开关桥， 采用定子磁场定向矢量控制和空间电压矢量PWM控制方法的电力网侧三相开关桥可实现采用电力网电压方向矢量控制和空间电压矢量PWM控制方法的发电机输出的

9、有效和无效功率的解耦控制。 导入正交双向电能转换器、转子交流励磁电流互感器，控制转子电流的转子电流的频率为滑差频率，通过追随转速的变化调节转子电流的相位，可以进行控制使得转子磁场先于由电力网电压决定的定子磁场， 当转速高于和低于同步转速时，通过调节可以维持发电状态的转子电流的振幅，可以控制发电机定子输出的无功功率的转子绕组参与有效和无功功率变换，是滑动功率，容量与滑动率有关(约为总功率的s倍)。双种子文件型异步风力发电机组原理、双种子文件型异步发电机组效率、(1)连续变速运行、风力转换率高；(2)部分电力转换电流互感器成本相对低；(3)电能质量好(输出功率平滑且功率因数高)；(4)并联网络简单

10、，无起动电流；(5) 降低俯仰控制的动力响应要求(6)改善作用于风车叶片的机械应力状况(7)双向电流互感器的构造与控制复杂(8)电刷与滑动之间存在机械磨损。、双种子文件型异步风力发电机组特点、直接驱动型同步发电机组、电励磁直驱动同步发电机组永磁同步发电机组混合励磁直驱动同步发电机组、同步发电机作为风力发电机使用时，可直接向交流负载供电，并可通过整流器转换为直流，向直流负载供电。 因此，同步风力发电机成为中小容量风力发电机组的优先机种。 近年来，在大容量风力发电机组的产品中，同步风力发电机也暂时崭露头角，有望成为未来的主力机种。 采用同步发电机的必要性，齿轮箱减速失效率高，运行维护工作量大，漏油

11、容易被污染，系统噪声大，效率低，寿命短。去除齿轮箱直接驱动的理由：发电机转速低、扭矩大、体积重量显着增大的全功率整流逆变器，电流互感器成本高。直驱动问题：直驱动型同步发电机组、直驱动型同步发电机组、定子铁元素芯定子绕组发电机转子、电励磁直驱动同步发电机组、 通过调节转子励磁电流可以使发电机的路端电压保持一定，定子绕组的输出电压频率可以采用不随转速变化而控制的整流和PWM逆变器，成本低的转子可以采用无刷旋转励磁，转子结构复杂，励磁电功耗大体积大，重量重，效果好、电励磁直驱动同步发电机组的特点、永磁直驱动同步发电机组的功率电路变换、永磁直驱动同步发电机组的特点、永磁磁铁发电机具有最高营运效率的永磁

12、发电机的励磁不能调整，其感应电动势随转速和负载而变化。 通过采用了可控制的PWM整流或不可控制的整流的DC/DC变换，在能够将直流母线电压维持为大致一定的同时，控制发电机的电磁转矩来调节风车的转速的电力网侧使用PWM逆变器输出一定频率和电压的三相交流， 对电力网波动适应性好的永久磁铁发电机和全容量全控制电流互感器在成本高的永久磁铁发电机上有定位扭矩，给用户针织面料的启动带来了困难。 利用混合励磁直流驱动同步发电机组、混合励磁直流驱动同步发电机组的特点，利用转子的凸极磁电阻效应，增强永久磁铁发电机的调磁能力采用了一部分电容的SVG逆变器为了调节发电机的路端电压， 不需要向发电机侧注入无效电流的全

13、电力容量的脉冲整流和DC-DC变换器，能够大幅度节约变换器的容量SVG逆变器兼具有源滤波器的功能，能够改善发电机的电流波形，降低发电机的间谐波损失和温度上升。 (1)笼型异步发电机成本低、可靠，在定速和变速全功率转换风力发电系统中继续发挥重要作用(2)双种子文件异步发电机系统性价比最高，尤其适合变速定频风力发电。 今后在三年五载内将继续被称为风力发电市场的主流产品(3)直接驱动型同步风力发电机及其换流技术迅速发展，有望利用新技术大幅度减少低速发电机的体积和重量。 总结：市场上2MW以上大型风力发电机组、风力电力预测、必要性：风力发电机容量增大，对电力线路影响越来越大的风力发电，为了保持间歇性和

14、不真实自我系统的稳定运行，必须增加旋转备用容量， 间接地增加风力发电的整体运行成本对大型风力田的输出功率进行正确的短期和中期预测可以大幅度降低系统的旋转备用容量，有效地降低风力发电的整体运行成本，为电力网的运行调度提供依据，已成为风力发电电力预测的方法之一。 物理方法：首先，预测风力发电枢纽高度处的气象信息、风速和风向，然后，利用风机的电力曲线，获得风机的实际输出功率，需要利用数值天气预报NWP的信息统计方法：实质上在系统输入(NWP/历史统计数据/实测数据)与风机电力之间建立线性映射关系。常用的学习方法有时间序列法ARMA、卡尔曼滤波器、灰色预测法等：利用自动智能方法建构输入与输出之间的非线

15、性模型，如人工神经元网络ANN、小波分析法、支持向量机法等。 发展趋势：从NWP的利用和多种预测方法综合ARMA的稳定性和可逆性分析来看，ANN的网络结构可以用ANN网络实现次日风力电力的小萝莉预测，国内外风力电力预测现状，德意志： WPMS:ISET (德意志太阳能研究所)开发，2001， 四家电联网公司previt :应用于德意志奥尔登堡高等院校开发2002丹麦： Prediktor:Riso开发，1994年起WPPT :丹麦技术高等院校开发，1994 Zephy :丹麦技术高等院校开发，2003，国内外风力预测现状， 西班牙： LocalPred-RegioPred :西班牙可再生能源中

16、心2001 SIPREoLICO :西班牙洛杉矶高等院校开发，2002美国： eWind:AWS Truewind开发，1998中国科学院：采用NWP和ANN，预报准确率为应用于风力电力预测原理的训练数据：数值天气预报和风力田的电力输出：次日风力田的电力(15min为一个时间段)，风力电力预测原理，风力电力预测原理，一周的电力预测结果：预测精度15%，风力电力预测的效益分析，以吉林电网为例，最大电力5872MW，峰值谷差2060MW； 无风电、旋转备用300MW、平均发电负载率77.8%风电进入、无风电电力预测、平均发电负载率下降到73.9%有风力电力预测，精度按20%计算，仅追加旋转备用65

17、MW，平均发电负载率为76.9%； 发电负载率每增加1%，煤炭消费量就减少1g/kWh，每年节约标准煤12.6万吨，经济效益为1.27亿元，效果显着的风力电力预测可以提高电力网的安全稳定性，提高大型风力田向电力网网站数据库的能力，风力田的并网技术， 由风力田的并联网引起的问题：风力发电机的并联网过程给电力网带来的冲击：直接并联网时，额定电流的5.6倍的起动电流与并联网时的滑动有关，电力网的电压大幅降低。 对电能质量的影响：风力发电机输出有效功率后，在云同步、从电力网吸收无效功率、电压下降风电功率的变动和频繁的供电中断，会引起电压变动、电压闪烁和电压周期性脉动， 对威胁电压稳定性的保护具的影响：

18、潮流的双向和有限的短路电流对影响保护具的电力网频率的影响：风力发电功率的变动引起系统频率的变化，其大小取决于风力发电场容量和系统总容量的比重(风力发电通过电力界限)。 对系统运行成本的影响：风力发电的间歇性和不真实自我，增加了系统的旋转备用容量，客观降低了系统燃料成本，又增加了电力系统的可靠性成本。 风力发电超过电力界限：指系统中风电厂设备容量在系统总设备容量中所占的比例，它代表某种规模的电力网能够最大限度承受的风力发电电力。 风力田的短路容量比被定义为风力田的额定容量和该风力田与电力线路之间的连接点PCC(Point of Common Coupling :公共耦合)的短路容量比。 风力田的短路容量比越小，表示电力线路承受风力田声干扰的能力越强。 欧洲的经验数据为3.55%，日本为10%。做评估风力田对电力线路影响的两个指标，风力发电机组并联方式的分类和特点，直接并联方式：控制简单，并联时存在大起动电流，电力网电压下降适用于电力网容量大，风机容量小的准同期云同步并行：机组成本高， 适用于云同步并行时间长、起动电流小、电力网容量不比风力发电机组容量大数倍的情况的降压并联网：降低起动电流振幅、减轻电力网电压降幅度、适用于系统成本高的大中型异步风力发电机云同步连接的捕捉式准同步高速同时