第四章風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與運(yùn)行控制

1、朱永強(qiáng)朱永強(qiáng)風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程華北電力大學(xué)華北電力大學(xué)風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 第第4 4章章 風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與運(yùn)行控制風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與運(yùn)行控制l 章節(jié)設(shè)置章節(jié)設(shè)置4.1 4.1 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理4.2 4.2 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制4.3 4.3 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制4.4 4.4 直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 第第4 4章章 風(fēng)電機(jī)組

2、的輸出特性與運(yùn)行控制風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與運(yùn)行控制教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)：理解風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性與發(fā)電機(jī)的基本運(yùn)行原理，以及風(fēng)電理解風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性與發(fā)電機(jī)的基本運(yùn)行原理，以及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)換流器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握鼠籠型感應(yīng)風(fēng)機(jī)組并網(wǎng)換流器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握鼠籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組、雙饋感應(yīng)式風(fēng)電機(jī)組和直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)組、雙饋感應(yīng)式風(fēng)電機(jī)組和直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機(jī)組的輸出特性和控制原理，了解三種風(fēng)電機(jī)組的基本運(yùn)行操作。輸出特性和控制原理，了解三種風(fēng)電機(jī)組的基本運(yùn)行操作。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 第第4 4章章 風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與運(yùn)行控制風(fēng)電機(jī)

3、組的輸出特性與運(yùn)行控制知識點(diǎn)知識點(diǎn)風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性；風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性； 三種發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理；三種發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理； 鼠籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與控制原理；鼠籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與控制原理； 雙饋感應(yīng)式風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與控制原理；雙饋感應(yīng)式風(fēng)電機(jī)組的輸出特性與控制原理； 直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制原理；直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制原理； 三種風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行操作。三種風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行操作。 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.1 4.1 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理4.1.1 4.1.1 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性 4.1

4、.2 4.1.2 發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理4.1.3 4.1.3 并網(wǎng)換流器的結(jié)構(gòu)和原理并網(wǎng)換流器的結(jié)構(gòu)和原理風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.1.1 4.1.1 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率可用下式表達(dá)：風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率可用下式表達(dá)：C Cp p為為風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系數(shù)，是可以控制的是可以控制的 。根據(jù)。根據(jù)BetzBetz理論，風(fēng)力理論，風(fēng)力機(jī)機(jī)C Cp p的理論最大值是的理論最大值是0.590.59，實(shí)際值通常在，實(shí)際值通常在0.470.47左右。左右。葉尖速比葉尖速比，常用常用 表示為：表示為： 風(fēng)能利用系數(shù)風(fēng)能利用系

5、數(shù)C Cp p與與葉尖速比葉尖速比 的關(guān)系大致如下圖所示：的關(guān)系大致如下圖所示：為了使為了使C Cp p維持最大值維持最大值，當(dāng)風(fēng)速變化時，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速也需要隨，當(dāng)風(fēng)速變化時，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速也需要隨之變化，使之運(yùn)行于之變化，使之運(yùn)行于最佳葉尖速最佳葉尖速。 3mpwp1 w=0.5CPC PA vwvR風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.1.1 4.1.1 風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性不同風(fēng)速下（風(fēng)速不同風(fēng)速下（風(fēng)速v 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v6）風(fēng)力機(jī)）風(fēng)力機(jī)的的輸出功率特性輸出功率特性，如下圖：，如下圖： 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣

6、一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.1.2 4.1.2 發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理1.1.同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的工作原理示意圖：同步發(fā)電機(jī)的工作原理示意圖：從而在定子繞組中產(chǎn)生從而在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢。若定子繞組接有外部閉。若定子繞組接有外部閉合回路，就會有電流從定子繞組流入外電路，或者說有功率合回路，就會有電流從定子繞組流入外電路，或者說有功率送到外電路。送到外電路。同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中要通入中要通入直流勵磁電流直流勵磁電流，形成相對于轉(zhuǎn)子靜止的形成相對于轉(zhuǎn)子靜止的恒定磁場恒定磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子在風(fēng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在風(fēng)力機(jī)的驅(qū)動下以轉(zhuǎn)速力機(jī)的驅(qū)動下以轉(zhuǎn)速n

7、旋旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場將隨著轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場將隨著轉(zhuǎn)子一起以轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子一起以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 1.1.同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1n1由定子繞組中流過的交流電流的頻率由定子繞組中流過的交流電流的頻率f f1 1決定，還與定子鐵心的磁極對數(shù)決定，還與定子鐵心的磁極對數(shù)p p有關(guān)，其關(guān)系為有關(guān)，其關(guān)系為同步發(fā)電機(jī)的定子電流主要是感應(yīng)出來的，事實(shí)上，定子電同步發(fā)電機(jī)的定子電流主要是感應(yīng)出來的，事實(shí)上，定子電流的頻率反過來是由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（在同步機(jī)中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速流的頻率反過來是由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（在同步機(jī)中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n n

8、等于同步速等于同步速n n1 1）決定的，即）決定的，即 1160( /min)fnrp1160pnf 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2.2.異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)的工作原理下圖所示：異步發(fā)電機(jī)的工作原理下圖所示：異步機(jī)的定子繞組與外電路相連，當(dāng)繞異步機(jī)的定子繞組與外電路相連，當(dāng)繞組中流過對稱的三相電流時，就會形成組中流過對稱的三相電流時，就會形成同步旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)磁場。仍假設(shè)定子旋轉(zhuǎn)磁場的。仍假設(shè)定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為n1，當(dāng)異步機(jī)的轉(zhuǎn)子在風(fēng)力機(jī)，當(dāng)異步機(jī)的轉(zhuǎn)子在風(fēng)力機(jī)的驅(qū)動下，以轉(zhuǎn)速的驅(qū)動下，以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體與

9、定子旋轉(zhuǎn)磁場之間有的導(dǎo)體與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間有n-n1的的轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)速差。該轉(zhuǎn)速差造成轉(zhuǎn)子繞組與定子。該轉(zhuǎn)速差造成轉(zhuǎn)子繞組與定子磁場之間相對運(yùn)動，因而會在轉(zhuǎn)子繞組磁場之間相對運(yùn)動，因而會在轉(zhuǎn)子繞組中中感應(yīng)出電動勢感應(yīng)出電動勢，同時在閉合的轉(zhuǎn)子繞，同時在閉合的轉(zhuǎn)子繞組回路中產(chǎn)生電流。組回路中產(chǎn)生電流。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備2.2.異步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的頻率應(yīng)為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的頻率應(yīng)為 轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為定子繞組中電流的頻率定子

10、繞組中電流的頻率f1f1 為為轉(zhuǎn)差率的定義為轉(zhuǎn)差率的定義為 12()60p nnf211()nnnnnn1160pnf 11nnsn風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備3.3.交流勵磁式發(fā)電機(jī)交流勵磁式發(fā)電機(jī)交流勵磁式發(fā)電機(jī)，是在交流勵磁式發(fā)電機(jī)，是在轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組中通入中通入低頻交流勵磁電流低頻交流勵磁電流。 勵磁電流是外部提供的，因而可以進(jìn)行準(zhǔn)確控制，從而影響勵磁電流是外部提供的，因而可以進(jìn)行準(zhǔn)確控制，從而影響到發(fā)電機(jī)中的相對運(yùn)動速度。到發(fā)電機(jī)中的相對運(yùn)動速度。當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n n旋轉(zhuǎn)時，如果能夠控制轉(zhuǎn)子繞組勵磁電流的、旋轉(zhuǎn)時，如果能夠控制轉(zhuǎn)子繞組

11、勵磁電流的、頻率頻率f f2 2，使得轉(zhuǎn)子磁場相對于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子磁場相對于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速n n2 2（可以與轉(zhuǎn)（可以與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同或相反）始終滿足子旋轉(zhuǎn)方向相同或相反）始終滿足則可以在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速則可以在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n n發(fā)生變化的情況下，仍能保持發(fā)生變化的情況下，仍能保持定子輸定子輸出電壓頻率恒定。出電壓頻率恒定。 21nnn風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.1.3 4.1.3 并網(wǎng)換流器的結(jié)構(gòu)和原理并網(wǎng)換流器的結(jié)構(gòu)和原理目前，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中的電力電子換流器主要是基于全控目前，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中的電力電子換流器主要是基于全控型電力電子器件的交型

12、電力電子器件的交- -直直- -交（交（AC-DC-ACAC-DC-AC）電壓源型變流器電壓源型變流器（Voltage Source Converter,Voltage Source Converter,VSCVSC）。）。4.1.3.1 4.1.3.1 三相電壓源型變流器的基本工作原理三相電壓源型變流器的基本工作原理三相電壓源型變流器（三相電壓源型變流器（VSCVSC）的原理結(jié)構(gòu)如下圖：的原理結(jié)構(gòu)如下圖：風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.1.3.1 4.1.3.1 三相電壓源型變流器的基本工作原理三相電壓源型變流器的基本工作原理以以A A相輸出控制為例，分

13、析電壓源型變流器的工作原理：當(dāng)相輸出控制為例，分析電壓源型變流器的工作原理：當(dāng)可關(guān)斷器件可關(guān)斷器件VT1VT1開通、開通、VT2VT2處于關(guān)斷狀態(tài)處于關(guān)斷狀態(tài)時，正向直流端和交時，正向直流端和交流側(cè)流側(cè)A A相連，相對于直流側(cè)電源假想中點(diǎn)的交流輸出電壓跳相連，相對于直流側(cè)電源假想中點(diǎn)的交流輸出電壓跳變?yōu)樽優(yōu)閁 Udc/2dc/2。當(dāng)可關(guān)斷器件。當(dāng)可關(guān)斷器件VT1VT1關(guān)斷、關(guān)斷、VT2VT2開通開通時，負(fù)向直流時，負(fù)向直流端和交流側(cè)端和交流側(cè)A A相連，相對于直流側(cè)電源假想中點(diǎn)的交流輸出相連，相對于直流側(cè)電源假想中點(diǎn)的交流輸出電壓跳變?yōu)殡妷禾優(yōu)? -U Udc/2dc/2。具體波形見下圖：具

14、體波形見下圖：表達(dá)式為：表達(dá)式為： dcAOAO.1AdcBOBO.1BdcCOCO.1C222UuumUuumUuum風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.1.3.2 4.1.3.2 背靠背四象限電壓源型變流器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行特性背靠背四象限電壓源型變流器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行特性背靠背電壓源型變流器是由兩個結(jié)構(gòu)相同的電壓源型變流器背靠背電壓源型變流器是由兩個結(jié)構(gòu)相同的電壓源型變流器以以背靠背背靠背方式、通過中間的直流環(huán)節(jié)耦合而成。如下圖：方式、通過中間的直流環(huán)節(jié)耦合而成。如下圖： VSC1VSC1、VSC2VSC2分別通過斷路器與交流電網(wǎng)相聯(lián)，相關(guān)接線如分別通過斷路器與交流電網(wǎng)相

15、聯(lián)，相關(guān)接線如下：下： 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.2 4.2 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制4.2.1 4.2.1 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理 4.2.2 4.2.2 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速- -功率特性功率特性4.2.3 4.2.3 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.2 4.2 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制4.2.1 4.2.1 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組

16、的運(yùn)行原理籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理籠型感應(yīng)電機(jī)等效電路圖籠型感應(yīng)電機(jī)等效電路圖 ：上圖：上圖：籠型感應(yīng)籠型感應(yīng)電機(jī)電機(jī)T型等效電路型等效電路 下圖：下圖： 籠型感應(yīng)籠型感應(yīng)電機(jī)電機(jī) 型等效電路型等效電路 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.2.1 4.2.1 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理根據(jù)根據(jù) 型等效電路圖型等效電路圖 ，可得：，可得：發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率P Ps s：其中：其中：發(fā)電機(jī)組發(fā)出的無功功率為發(fā)電機(jī)組發(fā)出的無功功率為籠型感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)時，籠型感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)時，s s00m0。運(yùn)行于電動

17、狀態(tài)（運(yùn)行于電動狀態(tài)（s s00），還是發(fā)電狀態(tài)（），還是發(fā)電狀態(tài)（s s00），籠型電機(jī)），籠型電機(jī)發(fā)出的無功功率都小于零，即需要外部電源提供無功。發(fā)出的無功功率都小于零，即需要外部電源提供無功。 2srrssms.Cur.Cu22srsr3(1)/2 (/ )()RRRssPUPPPRRsxx 2srm22srsr3(1)2 (/ )()URsPRRsxxs 2srss22srsrm3102(/ )()xxQURRsxxx 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.2.2 4.2.2 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速- -功率特性功率特性下圖為金風(fēng)公

18、司下圖為金風(fēng)公司750kW750kW籠型感應(yīng)恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速籠型感應(yīng)恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速- -功率曲線，切入風(fēng)速為功率曲線，切入風(fēng)速為4m/s4m/s，額定風(fēng)速為，額定風(fēng)速為15m/s15m/s，切出風(fēng)速，切出風(fēng)速為為25m/s25m/s。 1.風(fēng)速高于切入風(fēng)速時，隨著風(fēng)風(fēng)速高于切入風(fēng)速時，隨著風(fēng)速的逐漸增大，風(fēng)電機(jī)組輸出功速的逐漸增大，風(fēng)電機(jī)組輸出功率也隨之增大，直到風(fēng)速達(dá)到額率也隨之增大，直到風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速時，風(fēng)電機(jī)組輸出功率也定風(fēng)速時，風(fēng)電機(jī)組輸出功率也達(dá)到額定值；達(dá)到額定值；2.當(dāng)注入風(fēng)速進(jìn)一步增加、超過額當(dāng)注入風(fēng)速進(jìn)一步增加、超過額定風(fēng)速時，定槳距風(fēng)力機(jī)葉片的氣定風(fēng)速時，定

19、槳距風(fēng)力機(jī)葉片的氣動特性開始發(fā)生變化而失速，導(dǎo)致動特性開始發(fā)生變化而失速，導(dǎo)致風(fēng)輪的風(fēng)能捕獲效率降低，限制葉風(fēng)輪的風(fēng)能捕獲效率降低，限制葉片吸收過大的風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)所捕獲片吸收過大的風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)所捕獲的風(fēng)功率維持在額定值附近，達(dá)到的風(fēng)功率維持在額定值附近，達(dá)到限制功率的目的，從而使發(fā)電機(jī)組限制功率的目的，從而使發(fā)電機(jī)組的輸出功率也維持在額定值附近。的輸出功率也維持在額定值附近。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.2.2 4.2.2 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速- -功率特性功率特性下圖為籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的有功下圖為籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)的有功- -無功曲線

20、：無功曲線：隨著風(fēng)電機(jī)組出力的增加，隨著風(fēng)電機(jī)組出力的增加，發(fā)電機(jī)組從電網(wǎng)吸收的無發(fā)電機(jī)組從電網(wǎng)吸收的無功功率也隨之增加。功功率也隨之增加。故通常需要在發(fā)電機(jī)定子側(cè)安故通常需要在發(fā)電機(jī)定子側(cè)安裝一定容量的電容器以進(jìn)行無裝一定容量的電容器以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，改善風(fēng)電機(jī)組的功功率補(bǔ)償，改善風(fēng)電機(jī)組的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行性能。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行性能。因此，多臺籠型風(fēng)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)因此，多臺籠型風(fēng)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行需要從電網(wǎng)吸收大量的無運(yùn)行需要從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，而容易導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組功功率，而容易導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組接入點(diǎn)電壓下降。接入點(diǎn)電壓下降。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.2.3 4.2.3

21、 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制主要包括籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制主要包括機(jī)組起動控制、待機(jī)機(jī)組起動控制、待機(jī)檢測并網(wǎng)控制、發(fā)電時的電容器投切控制、定槳距失速控制檢測并網(wǎng)控制、發(fā)電時的電容器投切控制、定槳距失速控制和停機(jī)控制。和停機(jī)控制。1.1.機(jī)組起動控制機(jī)組起動控制（1 1）電動機(jī)起動）電動機(jī)起動 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)時，先把發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)時，先把發(fā)電機(jī)用作電動機(jī)，將機(jī)組起動到額定轉(zhuǎn)速機(jī)用作電動機(jī)，將機(jī)組起動到額定轉(zhuǎn)速。 （2 2）風(fēng)力機(jī)自起動）風(fēng)力機(jī)自起動 風(fēng)力機(jī)自起動是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速風(fēng)力機(jī)自起動是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速超

22、過切入風(fēng)速時，由風(fēng)力機(jī)將機(jī)組起動到某一設(shè)定轉(zhuǎn)速（額超過切入風(fēng)速時，由風(fēng)力機(jī)將機(jī)組起動到某一設(shè)定轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速附近）。定轉(zhuǎn)速附近）。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.2.3 4.2.3 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制2.2.待機(jī)檢測并網(wǎng)控制待機(jī)檢測并網(wǎng)控制籠型感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)方法主要有以下三種?；\型感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)方法主要有以下三種。 （1 1）直接并網(wǎng)）直接并網(wǎng) 在并網(wǎng)時在并網(wǎng)時發(fā)電機(jī)的相序發(fā)電機(jī)的相序與與電網(wǎng)的相序電網(wǎng)的相序相同，相同，當(dāng)風(fēng)力驅(qū)動的籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時即可當(dāng)風(fēng)力驅(qū)動的籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近

23、同步轉(zhuǎn)速時即可自動自動并入電網(wǎng)并入電網(wǎng)。（2 2）降壓并網(wǎng)）降壓并網(wǎng) 在異步電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或在異步電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者接入自耦變壓器，以達(dá)到降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值者接入自耦變壓器，以達(dá)到降低并網(wǎng)合閘瞬間沖擊電流幅值及電網(wǎng)電壓下降的幅度。及電網(wǎng)電壓下降的幅度。（3 3）通過晶閘管軟并網(wǎng)）通過晶閘管軟并網(wǎng) 在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間，通在異步發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)之間，通過基于雙向晶閘管的軟啟動器并網(wǎng)。過基于雙向晶閘管的軟啟動器并網(wǎng)。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.2.3 4.2.3 籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制籠型感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)

24、行控制3.3.電容器投切控制電容器投切控制通常在籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)端口安裝一定容量的電容器（機(jī)組額通常在籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)端口安裝一定容量的電容器（機(jī)組額定容量的定容量的20%20%，以減小發(fā)電機(jī)組對電網(wǎng)無功功率的需求以減小發(fā)電機(jī)組對電網(wǎng)無功功率的需求。4.4.定槳距失速控制定槳距失速控制當(dāng)風(fēng)速變化并且超過額定速度時，風(fēng)力機(jī)葉片失速，效率降當(dāng)風(fēng)速變化并且超過額定速度時，風(fēng)力機(jī)葉片失速，效率降低，限制葉片吸收過大的風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)所捕獲風(fēng)功率維持恒低，限制葉片吸收過大的風(fēng)能，風(fēng)力機(jī)所捕獲風(fēng)功率維持恒定，即定，即定槳距失速定槳距失速。5.5.停機(jī)控制停機(jī)控制當(dāng)檢測到風(fēng)速持續(xù)超過切出速度時，為了保證風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)

25、當(dāng)檢測到風(fēng)速持續(xù)超過切出速度時，為了保證風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全，行安全，風(fēng)力機(jī)制動，風(fēng)力機(jī)停止旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)制動，風(fēng)力機(jī)停止旋轉(zhuǎn)；同時，發(fā)電機(jī)組；同時，發(fā)電機(jī)組并并網(wǎng)開關(guān)斷開網(wǎng)開關(guān)斷開，機(jī)組，機(jī)組退出電網(wǎng)運(yùn)行退出電網(wǎng)運(yùn)行。風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.3 4.3 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性與控制4.3.1 4.3.1 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性 4.3.2 4.3.2 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制原理雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制原理4.3.3 4.3.3 雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行操作雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電

26、機(jī)組的運(yùn)行操作4.3.4 4.3.4 雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的撬杠保護(hù)雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的撬杠保護(hù)* * *（選修）（選修）風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.3.1 4.3.1 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)的原理圖如下：雙饋感應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)的原理圖如下： 雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)是交雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)是交流勵磁式發(fā)電機(jī)。流勵磁式發(fā)電機(jī)。 背靠背四象限變流器，背靠背四象限變流器，用于為轉(zhuǎn)子繞組提供頻用于為轉(zhuǎn)子繞組提供頻率可調(diào)的交流勵磁電流。率可調(diào)的交流勵磁電流。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)

27、備4.3.1 4.3.1 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性忽略電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組銅耗時，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的功率具有忽略電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組銅耗時，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的功率具有如下關(guān)系如下關(guān)系（1 1）亞同步發(fā)電狀態(tài)）亞同步發(fā)電狀態(tài)(0(0s s1) 0em0，由雙饋發(fā)，由雙饋發(fā)電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)。電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)。轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率P Ps0s0，雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)，雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子需要饋入能量，由電網(wǎng)通過子需要饋入能量，由電網(wǎng)通過“背靠背背靠背”四象限變流器四象限變流器提供給雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率提供給雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為為(1-(1-s

28、s) )P Pemem。 remsPsPsPmecsrem(1)PPPs P風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.3.1 4.3.1 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的功率傳輸特性（2 2）超同步發(fā)電狀態(tài)）超同步發(fā)電狀態(tài)( (s s0) 0em0，由電機(jī)定子繞，由電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)；組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率P Ps0s0，由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變流器將其饋，由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變流器將其饋入電網(wǎng)，電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為入電網(wǎng)，電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為(1+|(1+|s s|)|)P Pemem，即除定子向電，即除定子向電網(wǎng)饋送電能外，轉(zhuǎn)子也經(jīng)過背靠背四象限變流器向電網(wǎng)饋

29、網(wǎng)饋送電能外，轉(zhuǎn)子也經(jīng)過背靠背四象限變流器向電網(wǎng)饋送一部分電能。送一部分電能。（3 3）同步發(fā)電狀態(tài)（）同步發(fā)電狀態(tài)（s s=0=0）此時）此時P Pem=em=P Pmecmec，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化，機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為電能并通過定子繞組饋入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組僅提供較小容為電能并通過定子繞組饋入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組僅提供較小容量的直流勵磁功率。量的直流勵磁功率。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.3.2 4.3.2 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制原理雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行控制原理如果風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行控制策略是在不同的風(fēng)速下追求最大輸出如果風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行控制策略是在不同的風(fēng)速下追求最大輸

30、出功率（功率（Popt），由于轉(zhuǎn)速），由于轉(zhuǎn)速 r r與風(fēng)速成比例，則功率就隨著與風(fēng)速成比例，則功率就隨著 3和和 r3增加，轉(zhuǎn)矩隨著增加，轉(zhuǎn)矩隨著 2和和 r2增加。增加。用于控制策略的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩用于控制策略的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩- -轉(zhuǎn)速特性曲線，如下圖所示。轉(zhuǎn)速特性曲線，如下圖所示。 AB點(diǎn)之間，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)之間，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在幾乎恒定的轉(zhuǎn)速下在幾乎恒定的轉(zhuǎn)速下 BC在最大功率跟蹤階段，在最大功率跟蹤階段，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線符合公轉(zhuǎn)速特性曲線符合公式式Topt=Kopt r2。DE段斷段斷風(fēng)速繼續(xù)增加，風(fēng)風(fēng)速繼續(xù)增加，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩超過其額定值，力機(jī)轉(zhuǎn)矩超過其額定值，此時電磁轉(zhuǎn)矩恒定。此時電磁轉(zhuǎn)

31、矩恒定。 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.3.3 4.3.3 雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行操作雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行操作當(dāng)風(fēng)速超過切入風(fēng)速時，并持續(xù)一段時間之后，控制系統(tǒng)發(fā)當(dāng)風(fēng)速超過切入風(fēng)速時，并持續(xù)一段時間之后，控制系統(tǒng)發(fā)出機(jī)組起動命令。機(jī)組開始起動時，風(fēng)力機(jī)槳距角不調(diào)節(jié)，出機(jī)組起動命令。機(jī)組開始起動時，風(fēng)力機(jī)槳距角不調(diào)節(jié)，風(fēng)力機(jī)葉片處于最有利于風(fēng)能捕獲方向位置。風(fēng)力機(jī)葉片處于最有利于風(fēng)能捕獲方向位置。背靠背四象限變流器控制系統(tǒng)將完成以下控制任務(wù)：背靠背四象限變流器控制系統(tǒng)將完成以下控制任務(wù)：（1 1）“背靠背背靠背”四象限變流器的并網(wǎng)過程操作四象限變

32、流器的并網(wǎng)過程操作 （2 2）雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)操作）雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)操作 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.3.4 4.3.4 雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的撬杠保護(hù)雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的撬杠保護(hù)* * *（選修）（選修）為防止過壓或過流對轉(zhuǎn)子側(cè)變流器所造成的危害，通常在轉(zhuǎn)為防止過壓或過流對轉(zhuǎn)子側(cè)變流器所造成的危害，通常在轉(zhuǎn)子側(cè)安裝撬杠（子側(cè)安裝撬杠（CrowbarCrowbar）保護(hù)電路對變流器進(jìn)行保護(hù)。）保護(hù)電路對變流器進(jìn)行保護(hù)。CrowbarCrowbar的基本原理為：當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)子繞組電流超過所整定的基本原理為：當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)子繞組電流超過所整定閾值時，閾

33、值時，CrowbarCrowbar保護(hù)動作，將短接雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子保護(hù)動作，將短接雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，切除轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，達(dá)到繞組，切除轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，達(dá)到保護(hù)轉(zhuǎn)子變流器保護(hù)轉(zhuǎn)子變流器的目的的目的。1.1.被動式被動式CrowbarCrowbar保護(hù)電路保護(hù)電路 風(fēng)電場電氣系統(tǒng)風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 風(fēng)電場主要一次設(shè)備風(fēng)電場主要一次設(shè)備4.3.4 4.3.4 雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的撬杠保護(hù)雙饋感應(yīng)異步風(fēng)電機(jī)組的撬杠保護(hù)* * *（選修）（選修）2.2.主動式主動式CrowbarCrowbar保護(hù)電路保護(hù)電路主動式主動式Crowbar保護(hù)和被動式保護(hù)和被動式Crowbar保護(hù)的基本保護(hù)原理相保護(hù)的基本保護(hù)原理相同。兩者的同。兩者的不同點(diǎn)不同點(diǎn)之處在于：被動式之處在于：被動式Crowbar保護(hù)電路主要采保護(hù)電路主要采用不可控電力電子元件作為投切控制開關(guān)，不能按電網(wǎng)要求在用不可控電力電子元件作為投切控制開關(guān)，不能按電網(wǎng)要求在任何需要的時候馬上恢復(fù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流的正常工作。任何需要的時候馬上恢復(fù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流的正常工作。 風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣工程風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng)風(fēng)電場電氣一次系統(tǒng) 4.4 4.4 直驅(qū)式永磁同步風(fēng)電