風力發(fā)電機的主要類型

1、風力發(fā)電機主要類型 2013-02-16 11:36:31| 分類： 風力發(fā)電機|字號 訂閱根據(jù)風力發(fā)電機的運行特征， 風力發(fā)電機可分為恒速風力發(fā)電機( Fixed speed generator)、有限變速風力發(fā)電機( Limited variable speed generator) 和變速風力發(fā)電機(Variable speed generator) 。1、恒速風力發(fā)電機恒速風力發(fā)電機系統(tǒng)如下圖所示，采用了籠型異步發(fā)電機, 發(fā)電機通過變壓器直接接入電網(wǎng)。因為籠型異步發(fā)電精品文檔，超值下載機只能工作在額定轉(zhuǎn)速之上很窄的范圍內(nèi), 所以通常稱之為恒速風力發(fā)電機。并網(wǎng)運行時, 異步發(fā)電機需要從電

2、網(wǎng)吸收滯后的無功功率以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場, 這惡化了電網(wǎng)的功率因數(shù), 易使電網(wǎng)無功容量不足, 影響電壓的穩(wěn)定性。為此, 一般在發(fā)電機組和電網(wǎng)之間配備適當容量的并聯(lián)補償電容器組以補償無功。由于籠型異步發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低且可靠性高, 比較適合風力發(fā)電這種特殊場合, 在風力發(fā)電發(fā)展的初期, 籠型異步發(fā)電機得到了廣泛的應用, 有效地促進了風電產(chǎn)業(yè)的興起。籠型恒速發(fā)電機系統(tǒng)隨著風力發(fā)電應用的深入， 恒速籠型異步發(fā)電機具有的一些固有缺點逐步顯現(xiàn)出來， 主要是籠型異步發(fā)電機轉(zhuǎn)速只能在額定轉(zhuǎn)速之上1% 5% 內(nèi)運行，輸入的風功率不能過大或過小，若發(fā)電機超過轉(zhuǎn)速上限, 將進入不穩(wěn)定運行區(qū)。因此，在多數(shù)場合需將

3、2臺分別為高速和低速的籠型異步發(fā)電機組合。使用, 以充分利用中低風速的風能資源。另外，風速的波動使風力機的氣動轉(zhuǎn)矩隨之波動， 因為發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變, 風力機和發(fā)電機之間的軸承、齒輪箱將會承受巨大的機械摩擦和疲勞應力。而且, 由于風力機的速度不能調(diào)節(jié), 不能從空氣中捕獲最大風能, 效率較低. 齒輪箱的存在增加了風力機的重量和系統(tǒng)的維護性, 影響了系統(tǒng)效率, 增加了噪聲。2、有限變速風力發(fā)電機有限變速風力發(fā)電機系統(tǒng)如下圖所示, 發(fā)電機采用繞線式異步發(fā)電機。 繞線式異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子外接可變電阻, 其工作原理是通過電力電子裝置調(diào)整轉(zhuǎn)子回路的電阻, 從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率, 使發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率可增大至10%

4、, 實現(xiàn)有限變速運行, 提高輸出功率。 同時, 采用變槳距調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)子電流控制, 以提高動態(tài)性能, 維持輸出功率穩(wěn)定, 減小陣風對電網(wǎng)的擾動. 然而, 由于外接電阻消耗了大量能量, 電機效率降低了. 有些文獻也把這種發(fā)電系統(tǒng)稱為高轉(zhuǎn)差率異步發(fā)電機系統(tǒng)。繞線式有限變速發(fā)電機系統(tǒng)【轉(zhuǎn)差率=（同步轉(zhuǎn)速-異步轉(zhuǎn)速）/同步轉(zhuǎn)速】 3、變速風力發(fā)電機3.1、有刷雙饋異步發(fā)電機由雙饋異步發(fā)電機( Doubly fed induction generator,DFIG )構(gòu)成的變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的, 如下圖所示。 流過轉(zhuǎn)子回路的功率是雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率, 該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額

5、定功率的一小部分。 一般來說, 轉(zhuǎn)差率為同步速附近30% 左右,因此, 與轉(zhuǎn)子繞組相連的勵磁變換器的容量也僅為發(fā)電機容量的30%左右,這大大降低了變換器的體積和重量。 采用雙饋發(fā)電方式, 突破了機電系統(tǒng)必須嚴格同步運行的傳統(tǒng)觀念, 使原動機轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機輸出頻率限制, 而發(fā)電機輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時位置的影響, 變機電系統(tǒng)之間的剛性連接為柔性連接。雙饋式變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)相對于繞線式發(fā)電機, 雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子能量沒有被消耗掉, 而是可以通過變換器在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間雙向流通。變換器可以提供無功補償, 平滑并網(wǎng)電流。正是DFIG具有上述優(yōu)點, 目前大多數(shù)大可變

6、速風力發(fā)電系統(tǒng)都采用這種方式, 例如Vestas,Gamesa, GE, No rdex 等公司都有此類產(chǎn)品. 但其控制系統(tǒng)也相對復雜, 尤其是雙向變換器的DFIG勵磁控制技術(shù)和雙向并網(wǎng)發(fā)電控制技。雙饋發(fā)電機系統(tǒng)具有的缺點: 存在多級齒輪箱及滑環(huán)、電刷, 不可避免地帶來摩擦損耗, 增大了維護量及噪聲等; 在電網(wǎng)故障瞬間, 驟然變大的定子和轉(zhuǎn)子電流要求變換器增加保護措施, 增大了軟硬件投入, 而且大的故障電流增加了風力機的扭轉(zhuǎn)負荷。3.2、電勵磁同步發(fā)電機電勵磁同步發(fā)電機( Electrically excited synchronous generator, EESG )變速恒頻直驅(qū)風力發(fā)電系

7、統(tǒng)如下圖所示, 電壓源型逆變器的直流側(cè)提供電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流, 發(fā)電機發(fā)出的是電壓和頻率都在變化的交流電, 經(jīng)整流逆變后變成恒壓恒頻的電能輸入電網(wǎng). 通過調(diào)節(jié)逆變裝置的控制信號可以改變系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率, 實時滿足電網(wǎng)的功率需要. 在變速恒頻直驅(qū)風力發(fā)電機組中, 整流逆變裝置的容量需要與發(fā)電機容量相等。 電勵磁同步發(fā)電機直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)采取直驅(qū)方式, 發(fā)電機運行在低速狀態(tài), 其電磁轉(zhuǎn)矩相對較大, 同時發(fā)電機極對數(shù)較多, 意味著發(fā)電機的體積也較大. 但由于省去了齒輪箱, 系統(tǒng)的效率和可靠性都得到了提高。變換器為全功率變換器, 在整個調(diào)速范圍能使并網(wǎng)電流平滑, 具有噪聲低、電網(wǎng)電壓閃

8、變小及功率因數(shù)高等優(yōu)點。該系統(tǒng)主要缺點是系統(tǒng)成本較高, 功率變換器損耗較大。3.3、永磁同步發(fā)電機永磁同步發(fā)電機( Permanent magnet synchronous generator, PMSG )變速恒頻直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示, 它采用的電機是永磁發(fā)電機, 無需外加勵磁裝置, 減少了勵磁損耗； 同時它無需電刷與滑環(huán), 因此具有效率高、壽命長、免維護等優(yōu)點。 在定子側(cè)采用全功率變換器, 實現(xiàn)變速恒頻控制. 系統(tǒng)省去了齒輪箱, 這樣可大大減小系統(tǒng)運行噪聲, 提高效率和可靠性, 降低維護成本。 所以, 盡管直接驅(qū)動會使永磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速很低, 導致發(fā)電機體積很大, 成本較高, 但其

9、運行維護成本卻得到了降低。采用直接驅(qū)動永磁發(fā)電機具有傳動系統(tǒng)簡單、效率高以及控制魯棒性好等優(yōu)點, 因此具有越來越大的吸引力. 目前已有多家公司可以提供商業(yè)化的多極永磁風力發(fā)電機系統(tǒng), 如Enercon, W inW ind等公司. 該系統(tǒng)的主要缺點是永磁材料價格較高, 且在高溫下易被去磁, 功率變換器容量與發(fā)電機容量相同, 變換器成本較高。永磁同步發(fā)電機直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng) 隨著風機單機容量的增大，齒輪箱的高速傳動部件故障問題日益突出，于是沒有齒輪箱而將主軸與低速多極同步發(fā)電機直接相接的直驅(qū)式布局應運而生。但是, 低速多極發(fā)電機重量和體積均大幅增加，為此, 采用折中理念的半直驅(qū)布局在大型風力發(fā)電系

10、統(tǒng)中得到了應用, 如下圖所示。一級齒輪箱驅(qū)動永磁同步發(fā)電系統(tǒng)與直驅(qū)永磁同步發(fā)電系統(tǒng)不同是，半直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)在風力機和PMSG之間增加了單級齒輪箱，綜合了DFIG和直驅(qū)PMSG 系統(tǒng)的優(yōu)點。與DG IG 系統(tǒng)相比, 減小了機械損耗; 與直驅(qū)PMSG系統(tǒng)相比, 提高了發(fā)電機轉(zhuǎn)速, 減小了電機體積. 采用全功率變換器, 平滑了并網(wǎng)電流, 電網(wǎng)故障穿越能力得到提高。富不貴只能是土豪，你可以一夜暴富，但是貴氣卻需要三代以上的培養(yǎng)。孔子說“富而不驕，莫若富而好禮?！?如今我們不缺土豪，但是我們?nèi)鄙儋F族。高貴是大庇天下寒士俱歡顏的豪氣與悲憫之懷，高貴是位卑未敢忘憂國的壯志與擔當之志 高貴是先天下之憂而憂的責任之心。精神的財富和高貴的內(nèi)心最能養(yǎng)成性格的高貴，以貴為美，在不知不覺中營造出和氣的氛圍；以貴為高，在潛移默化中提升我們的素質(zhì)。以貴為尊，在創(chuàng)造了大量物質(zhì)財富的同時，精神也提升一個境界。一個心靈高貴的人舉手投足間都會透露出優(yōu)雅的品質(zhì)，一個道德高貴的社會大街小巷都會留露出和諧的溫馨，一個氣節(jié)高貴的民族一定是讓人尊崇膜拜的民族。別讓富而不貴成