爱问共享资料风力发电机及其系统文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 ，null风力发电机及其系统风力发电机及其系统清华大学电机系讲义2005年版柴建云风力发电机及其系统风力发电机及其系统主要内容绪论风力发电机组及其分类典型风力发电机系统绪论绪论绪论绪论绪论绪论风力发电机组的内部结构风力发电机组的内部结构机舱＋轮毂＋桨叶＋调桨系统＋偏航系统＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜风力机风能转换效率特性风力机风能转换效率特性风轮的功率风能转换率叶尖速比TSRTipSpeedRate风力发电机组及其分类风力发电机组及其分类风力发电机组的分类按风轮桨叶分类风力发电机组的分类按风轮转速分类风力发电机组的分类按...

  null风力发电机及其系统风力发电机及其系统清华大学电机系讲义2005年版柴建云风力发电机及其系统风力发电机及其系统主要内容绪论风力发电机组及其分类典型风力发电机系统绪论绪论绪论绪论绪论绪论风力发电机组的内部结构风力发电机组的内部结构机舱＋轮毂＋桨叶＋调桨系统＋偏航系统＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜风力机风能转换效率特性风力机风能转换效率特性风轮的功率风能转换率叶尖速比TSRTipSpeedRate风力发电机组及其分类风力发电机组及其分类风力发电机组的分类按风轮桨叶分类风力发电机组的分类按风轮转速分类风力发电机组的分类按传动机构分类风力发电机组的分类按发电机分类风力发电机组的分类按并网方式分类定桨定速vs变桨变速输出功率比较风力发电机组的分类风力发电机组的分类按风轮桨叶分类失速型高风速时因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作限制风力机的输出转矩与功率变桨型高风速时通过调整桨距角限制输出转矩与功率风力发电机组的分类风力发电机组的分类按风轮转速分类定速型风轮保持一定转速运行风能转换率较低与恒速发电机对应变速型1双速型可在两个设定转速运行改善风能转换率与双速发电机对应2连续变速型在一段转速范围内连续可调可捕捉最大风能功率与变速发电机对应风力发电机组的分类风力发电机组的分类按传动机构分类齿轮箱升速型用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机减小发电机体积重量降低电气系统成本直驱型直接连接低速风力机和低速发电机避免齿轮箱故障风力发电机组的分类风力发电机组的分类按发电机分类异步型1笼型单速异步发电机2笼型双速变极异步发电机3绕线式双馈异步发电机同步型1电励磁同步发电机2永磁同步发电机风力发电机组的分类风力发电机组的分类按并网方式分类并网型并入电网可省却储能环节离网型一般需配蓄电池等直流储能环节可带交直流负载或与柴油发电机光伏电池并联运行定桨定速vs变桨变速风力发电机组输出功率的比较定桨定速vs变桨变速风力发电机组输出功率的很典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统三相笼型异步风力发电机三相笼型异步风力发电机笼型异步风力发电机的内部结构笼型异步风力发电机的内部结构定子铁心转子绕组端环机座转子铁心定子绕组风扇端盖笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步风力发电机的工作原理向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流可以产生一个行波磁场如果三相绕组分布在一个圆周上则行波磁场作旋转运动即旋转磁场旋转磁场在一个圆周内呈现出的磁极NS极数目称为极数用2P表示旋转磁场的转向取决于三相电流的相序转速n1取决于电流的

  频率f和极对数P旋转磁场同步转速笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步风力发电机的工作原理f产生电磁转矩T定子三相电流产生旋转磁场以同步转速n1旋转在转子导条中产生感应电动势ee在转子绕组中产生感应电流ii在磁场中产生电磁力f若转子以转速nn1向n1的方向旋转n是否会等于n1要产生T必须n≠n1异步机械能→电能是发电机转子转速大于定子旋转磁场转速发电笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步风力发电机的工作原理转差率笼型异步发电机中转差率S与运作时的状态的关系把同步转速n1与转子转速n的差与同步转速n1的比值称为转差率用s表示即异步电机的特点之一是转子转速n和定子旋转磁场的同步转速n1不同n＝1－sn1则转子转速n可表示为笼型异步风力发电机的工作原理笼型异步风力发电机的工作原理异步电机的运作时的状态发电机状态电动机状态用转差率s可以表示异步电机的运作时的状态笼型异步发电机的等值电路笼型异步发电机的等值电路一相等值电路定子漏阻抗转子漏阻抗折合励磁阻抗转子可变电阻反映发电机的负载状况笼型异步发电机的功率表述笼型异步发电机的功率表述定子输出功率定转子铜损耗机械输入功率电磁功率铁损耗笼型异步发电机的功率流程图笼型异步发电机的功率流程图笼型异步发电机的机械特性曲线笼型异步发电机的机械特性曲线电磁转矩软特性vs硬特性笼型异步发电机的运行特点笼型异步发电机的运行特点1发电机励磁消耗无功功率皆取自电网应选用较高功率因数发电机并在机端并联电容2绝大部分时间处于轻载状态要求在中低负载区效率较高希望发电机的效率曲线风速不稳易受冲击机械应力希望发电机有较软的机械特性曲线并网瞬间与电动机起动相似存在很大的冲击电流应在接近同步转速时并网并加装软起动限流装置典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC定义转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制PWM来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术系统的结构特征1采用变桨风力机2采用绕线型异步发电机但没有滑环3采用旋转开关器件斩波控制转子电流动态调整发电机的机械特性转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC绕线型转子异步发电机转子采用类似于定子的三相交流绕组一般接成Y接转子三相绕组可在转子内部联接也可经滑环电刷装置将转子三相绕组端接线引出转子三相

  绕组的端接线在转子内部短接时发电机的机械特性类似于笼型异步发电机外接附加电阻时机械特性变软转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC转子回路串入三相对称电阻时的人为机械特性三相绕线型异步电动机的参数和U1f1一定转子每相中串入附加电阻RsRs↑时Tm不变smax↑T＝fs更倾斜转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC转子电流受控的异步风力发电机系统RotorCurrentControlRCC转子电流斩波控制电路原理控制附加电阻的接入时间从而控制转子电流RCC异步风力发电机系统的特点RCC异步风力发电机系统的特点优点1风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节其高频分量由RCC调节可明显减轻桨叶应力平滑输出电功率2利用风轮作为惯性储能元件吞吐伴随转子转速变化形成的动能提高风能利用率3电力电子主回路结构相对比较简单不需要大功率电源缺点旋转电力电子开关电路检修更换困难典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统系统主回路构成双馈异步发电机＋交直交双向功率变换器双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统国产1MW双馈异步风力发电机双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统双馈异步发电机绕线型转子三相异步发电机的一种定子绕组直接接入交流电网转子绕组端接线由三只滑环引出接至一台双向功率变换器转子绕组通入变频交流励磁转子转速低于同步转速时也可运行于发电状态定子绕组端口并网后始终发出电功率但转子绕组端口电功率的流向取决于转差率双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统基于IGBT和DSP技术的国产600kW双馈异步风力发电机系统交直交双向功率变换器双馈异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统交直交双向功率变换器两套PWM控制型三相开关桥背靠背中间存在电容支撑的直流母线在任一时刻一套三相桥处于脉冲整流状态而另一套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操控方法电网侧三相开关桥采用电网电压定向矢量控制和空间电压矢量PWM操控方法可实现发电机输出的有功和无功功率解耦控制双馈异步风力发电机的运行原理双馈异步风力发电机的运行原理引入转子交流励磁变流器控制转子电流转子电流的频率为转差频率跟随转速变化通过调节转子电流的相位控制转子磁场领先于由电网电压决定的定子磁场从而在转速高于和低于同步转速时都能保持发电状态通过调节转子电流的幅

  值可控制发电机定子输出的无功功率转子绕组参与有功和无功功率变换为转差功率容量与转差率有关约为全功率的S倍双馈异步风力发电机的等值电路双馈异步风力发电机的等值电路S≠0时S＝0时右边的转子支路转变为一个电流源定子磁场定向矢量控制定子磁场定向矢量控制将定转子电压电流和磁链各量投影到由定子磁场确定的同步旋转坐标系中进行调节控制的方法双馈发电机的功率转速关系双馈发电机的功率转速关系双馈发电机的负载电流关系双馈发电机的负载电流关系双馈发电机的负载转子电压关系双馈发电机的负载转子电压关系双馈发电机的效率曲线双馈发电机的效率曲线双馈异步风力发电机系统的特点双馈异步风力发电机系统的特点1连续变速运行风能转换率高2部分功率变换变流器成本相对较低3电能质量好输出功率平滑功率因数高4并网简单无冲击电流5降低桨距控制的动态响应要求6改善作用于风轮桨叶上机械应力状况7双向变流器结构和控制较复杂8电刷与滑环间存在机械磨损典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统混合控制双馈＋斩波转子电流混合控制的特点转子电流混合控制的特点优点1简化了主回路结构和控制策略成本低2兼具双馈控制和RCC控制的优点缺点1转速范围缩小2超同步速运行时无功功率不可调功率因数略低典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统系统特点笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态运行于小转差率范围发电机机械特性硬运行效率高发电机机端电压可调轻载运行效率高发电机与电网被可控的变流器隔离系统对电网波动的适应性好变流器与发电机功率容量相等系统成本高典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统发展同步发电机的必要性同步发电机用作风力发电机时即可直接向交流负载供电也可经整流器变换为直流电

  向直流负载供电因此同步风力发电机已成为中小容量风力发电机组的首选机型近年来在大容量风力发电机组产品中同步风力发电机也已暂露头角有望成为未来的主力机型直接驱动同步风力发电机直接驱动同步风力发电机去除齿轮箱直接驱动的理由由齿轮箱引起的风电机组故障率高齿轮箱的运行维护工作量大易漏油污染系统的噪声大效率低寿命短直驱带来的问题发电机转速低转矩大体积重量明显增大全功率整流逆变变流器成本高直接驱动同步风力发电机直接驱动同步风力发电机同步风力发电机的定转子结构同步风力发电机的定转子结构定子铁心定子绕组发电机转子同步风力发电机的基本工作原理同步风力发电机的基本工作原理同步发电机原理产生感应电动势风力机拖着发电机的转子以恒定转速n1相对于定子沿逆时针方向旋转安放于定子铁心槽内的导体与转子上的主磁极之间发生相对运动根据电磁感应定律可知相对于磁极运动即切割磁力线的导体中将感应出电动势导体感应电动势的方向可用右手定则判断同步风力发电机的基本工作原理同步风力发电机的基本工作原理如果发电机的转速为n1单位为rmin即发电机转子每秒转了n160圈则定子导体中感应电动势的频率为当发电机的极对数p与转速n1一定时发电机内感应电动势的频率f就是固定的数值同步风力发电机的基本工作原理同步风力发电机的基本工作原理同步发电机原理产生电磁力如果在同步发电机定子导体A中有电流流过那么根据电磁作用力定律导体A在主磁极的磁场作用下将受到一个电磁力电磁力的方向可用左手定则判断同步风力发电机的电动势方程式同步风力发电机的电动势方程式电动势方程式式中Xd＝Xs＋XadXq＝Xs＋XaqXadXaq每相电枢绕组的直轴交轴电枢反应电抗XdXq每相电枢绕组的直轴交轴同步电抗相量图忽略R同步发电机的空载特性同步发电机的空载特性E0定子一相感应电动势的有效值空载特性E0＝fifif转子励磁电流空载特性反映了转子励磁磁动势产生磁场并在定子绕组中感应电动势的能力同步发电机的外特性同步发电机的外特性外特性反映负载性质不同时端电压随负载大小变化而变化的情况外特性同步发电机在n＝nNif＝constcos＝const的条件下端电压U和负载电流I的关系曲线负载的cos不同U随I变化的趋势不一样同步发电机的电压调整率同步发电机的电压调整率保持发电机额定运行时UNINcosN的额定励磁电流ifN和转速不变去掉全部负载后空载电动势为E0则电压调整率为式中E0和UN同为相值或线值同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性电磁功率可用电枢感应电动势电枢电流及它们之间的夹角表示对隐极同步发电机不计饱和电磁功率的表达式同步发电机的功角特性同步发电机的功角特性功角特性励磁电磁功率磁阻电磁功率隐极同步发电机最大电磁功率出现在＝90处凸极同步发电机最大电磁功率出现在＜90处电励磁直驱同步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系

  统电励磁直驱同步风力发电机系统系统特点通过调节转子励磁电流可保持发电机的端电压恒定定子绕组输出电压的频率随转速变化可采用不控整流和PWM逆变成本较低转子可采用无刷旋转励磁转子结构较为复杂励磁消耗电功率体积大重量重效率稍低典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统永磁直接驱动同步风力发电机永磁直接驱动同步风力发电机永磁同步发电机的功率变换电路永磁直接驱动同步发电机系统永磁直接驱动同步发电机系统系统特点永磁发电机具有最高的运行效率永磁发电机的励磁不可调导致其感应电动势随转速和负载变化采用可控PWM整流或不控整流后接DCDC变换可维持直流母线电压基本恒定同时可控制发电机电磁转矩以调节风轮转速在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电对电网波动的适应性好永磁发电机和全容量全控变流器成本高永磁发电机存在定位转矩给机组起动造成困难典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统系统特点利用转子的凸极磁阻效应增强永磁发电机的调磁能力采用部分功率容量的SVG逆变器向发电机机端注入无功电流以调节发电机的端电压无需全功率容量的脉冲整流或DC-DC变换器可明显节省变流器的容量SVG逆变器可兼有有源滤波的功能能够改善发电机中的电流波形降低发电机的谐波损耗和温升典型风力发电机系统典型风力发电机系统定速笼型异步风力发电机系统转子电流受控的异步风力发电机系统双馈异步风力发电机系统转子电流混合控制的异步风力发电机系统变速笼型异步风力发电机系统电励磁直驱同步风力发电机系统永磁直驱同步风力发电机系统混合励磁直驱同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统横向磁通永磁同步风力发电机系统新结构发电机与电力电子变流器的结合有望大幅度减小大功率低速直驱发电机的空间尺寸和重量小结小结1笼型异步发电机成本低可靠性高在定速和变速全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色2双馈异步发电机系统具有最高的性价比特别适合于变速恒频风力发电将在未来数年内继续称为风电市场上的主流产品3直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速利用新技术有望大幅度减小低速发电机的体积和重量null谢谢

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