風力發(fā)電基礎課件

1、1 風力機能量轉換過程風力機能量轉換過程2 翼型的空氣動力學翼型的空氣動力學單元六單元六 風力發(fā)電基本理論風力發(fā)電基本理論3 葉片基本理論葉片基本理論4 變流技術變流技術風力發(fā)電基礎理論風力發(fā)電基礎理論氣流動能為：氣流動能為：一、風力發(fā)電機機能量轉換過程一、風力發(fā)電機機能量轉換過程221mvE 321SvE m-空氣質量，空氣質量，v -氣流速度氣流速度單位時間內氣流流過截面積為單位時間內氣流流過截面積為S的氣體所具有的動能為：的氣體所具有的動能為：1.風能的計算風能的計算 在國際單位制中，在國際單位制中， 的單位是的單位是 kg/m3； 的單位是的單位是m/s， 的單位是的單位是W。 vE

2、風能的大小與風能的大小與氣流密度氣流密度和通過的和通過的面積面積成正比，與成正比，與氣流速氣流速度的立方度的立方成正比。其中成正比。其中 和和 是隨地理位置、海拔、地形是隨地理位置、海拔、地形等因素而變。等因素而變。 v重播重播風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論2.理想風輪與貝茲理想風輪與貝茲(Betz)理論理論S S1v v1S Sv vS S2v v2假設條件：假設條件：1）氣體通過風輪時沒有阻力；）氣體通過風輪時沒有阻力；2）氣流經過風輪掃掠面時是均勻的；）氣流經過風輪掃掠面時是均勻的；3）氣流通過風輪前后的速度為軸向方向。）氣流通過風輪前后的速度為軸向方向。因此：因此：前后空氣體積相

3、等：前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論2.理想風輪與貝茲理想風輪與貝茲(Betz)理論理論S S1v v1S Sv vS S2v v2假設條件：假設條件：1）氣體通過風輪時沒有阻力；）氣體通過風輪時沒有阻力；2）氣流經過風輪掃掠面時是均勻的；）氣流經過風輪掃掠面時是均勻的；3）氣流通過風輪前后的速度為軸向方向。）氣流通過風輪前后的速度為軸向方向。因此：因此：前后空氣體積相等：前后空氣體積相等：S1v1=Sv=S2v2風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論S S1v v1S Sv vS S2v v2單位時間內風輪上的受力：單位時間內風輪上的受力：F= m

4、v= mv1-mv-mv2)(21vvSv 風輪吸收的功率：風輪吸收的功率：)(212vvSvFvP 風輪吸收的功率又等于風輪前后動能（單位時間）的變化：風輪吸收的功率又等于風輪前后動能（單位時間）的變化：)(212221vvSvEP 221vvv 221vvv )(41212221vvvvSP 求其最大功率可令求其最大功率可令 得得 ，0dd2 vP1231vv 31max278SvP 593. 02716)27/8(312131maxmax vSvSEP S S1v v1S Sv vS S2v v22.理想風輪與貝茲理想風輪與貝茲(Betz)理論理論經過風輪風速變化產生的功率為經過風輪風速

5、變化產生的功率為：風力機的理論最大效率：風力機的理論最大效率：貝茲理貝茲理論的極論的極限值限值最大理想功率為：最大理想功率為： 風力發(fā)電機從自然風中所能索取的能量是有限的，其風力發(fā)電機從自然風中所能索取的能量是有限的，其功率損失部分為留在尾流中的旋轉動能。功率損失部分為留在尾流中的旋轉動能。風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論PSSCvP3121 3.風力機的主要特性系數風力機的主要特性系數vRvRn 20.200.10.30.40.51310241568切出風速12141618切入風速額定風速26109875431恒定功率Cp1) 風能利用系數風能利用系數 ：PC風力機的實際功率風力機的實際

6、功率：593. 0PC2) 葉尖速比葉尖速比 ： 表示風輪在不同風速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度表示風輪在不同風速中的狀態(tài)，用葉片圓周速度與風速比來衡量與風速比來衡量風輪機從自然風能中吸到能量的大小和程度風輪機從自然風能中吸到能量的大小和程度 且且風輪的轉速，單位風輪的轉速，單位: r/sn 風輪角頻率風輪角頻率，單位單位: rad/sR風輪半徑風輪半徑，單位單位: mv上游風速上游風速，單位單位: m/s風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論3.風力發(fā)電機的主要特性系數風力發(fā)電機的主要特性系數3) 轉矩系數轉矩系數 ：TC氣流作用下的風輪機產生的轉矩氣流作用下的風輪機產生的轉矩 SRvTSRvTC

7、T22221 4) 推力系數推力系數 ：FC氣流作用下的風輪機產生的推力氣流作用下的風輪機產生的推力 SvFSvFCF22221 風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論實際實際4.動量定理動量定理風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論593. 02716)27/8(312131maxmax vSvSEP 風力機的理論最大效率：風力機的理論最大效率：S1v1SvS2v2理想理想4.動量定理動量定理風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論作用在風輪平面作用在風輪平面d dr r 圓環(huán)上的軸向力圓環(huán)上的軸向力( (推力推力) ) 21ddvvmFrvrSvmd2ddrraavFd14d21a = va /v

8、 1 RrraavFF021d14d作用在整個風輪上作用在整個風輪上的軸向力的軸向力( (推力推力) ) 作用在風輪平面作用在風輪平面d dr r 圓環(huán)上的轉矩圓環(huán)上的轉矩rrvrvmTttd2dd32b實際實際RrrabvTT031d14d作用在整個風輪作用在整個風輪上的轉矩上的轉矩 4.動量定理動量定理風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論RrraavFF021d14d作用在整個風輪上作用在整個風輪上的軸向力的軸向力( (推力推力) ) 作用在風輪平面作用在風輪平面d dr r 圓環(huán)上的轉矩圓環(huán)上的轉矩rrvrvmTttd2dd32b作用在整個風輪作用在整個風輪上的轉矩上的轉矩 Rrrabv

9、TT031d14d實際實際4.動量定理動量定理風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論RrraavFF021d14d作用在整個風輪上作用在整個風輪上的軸向力的軸向力( (推力推力) ) 作用在整個風輪作用在整個風輪上的轉矩上的轉矩 RrrabvTT031d14d風輪軸功率風輪軸功率RrrabvTPP0312d14ddRrrabSv0331d121風輪功率系數風輪功率系數 RPrrabRC0342d18實際實際風力發(fā)電機基礎理論風力發(fā)電機基礎理論一般旋轉尾跡的這部一般旋轉尾跡的這部分動能將隨轉子力矩分動能將隨轉子力矩的增大而增加。所以，的增大而增加。所以，低轉速風輪（小轉速、低轉速風輪（小轉速、大轉

10、矩）大轉矩）要要比比高轉速高轉速（低轉矩）（低轉矩）產生大的產生大的尾跡旋轉損失。（功尾跡旋轉損失。（功率不變）率不變）葉片的幾何參數葉片的幾何參數葉片長度葉片長度是葉是葉片展向方向上片展向方向上的最大長度的最大長度 葉片弦長葉片弦長是葉片各剖是葉片各剖面處面處翼型的弦長翼型的弦長。用。用c c（或或l）來表示來表示 1. 葉片的幾何參數葉片的幾何參數 葉片是風輪的主要部件，是機組捕捉風能部件，葉片是風輪的主要部件，是機組捕捉風能部件，葉片的橫向剖面叫翼型葉片的橫向剖面叫翼型。葉片的幾何參數葉片的幾何參數1) 葉片的翼型葉片的翼型l2. 翼型的幾何參數與氣流角翼型的幾何參數與氣流角 0 i風向

11、風向v葉片的幾何參數葉片的幾何參數弦長弦長攻角攻角升力升力角角零升零升力角力角攻角：來流方向與弦長線的夾角攻角：來流方向與弦長線的夾角升力角：升力角：來流方向與零升力線夾角來流方向與零升力線夾角零升力角：零升力角：弦長線與零升力線夾角弦長線與零升力線夾角弦長：弦長：兩端點連兩端點連線方向上翼型的線方向上翼型的最大長度最大長度A前緣前緣B后緣后緣1) 葉片的翼型葉片的翼型2. 翼型的幾何參數與氣流角翼型的幾何參數與氣流角葉片的幾何參數葉片的幾何參數最大最大厚度厚度 最大厚度最大厚度：即弦長法線方向之翼型最大厚度：即弦長法線方向之翼型最大厚度 ABlCf翼型中線翼型中線最大彎度最大彎度 彎度：彎度

12、：翼型中線與弦長翼型中線與弦長間的距離。間的距離。 翼型翼型中線中線 升力如何產生？升力如何產生？葉片的幾何參數葉片的幾何參數v升力與阻力升力與阻力(D為阻力，為阻力，L為升力為升力 ) 平板與氣流平板與氣流方向垂直時方向垂直時的情況，此的情況，此時平板受到時平板受到的的阻力最大阻力最大，升力為零，升力為零 當平板與氣流方向有當平板與氣流方向有夾角夾角時，在平板的向風面會受到時，在平板的向風面會受到氣流的壓力，在平板的下風面會形成低壓區(qū)，平板兩氣流的壓力，在平板的下風面會形成低壓區(qū)，平板兩面的壓差就產生了側向作用力面的壓差就產生了側向作用力F，該力可分解為阻力，該力可分解為阻力D與升力與升力L

13、。 當夾角較小時，平板受到的阻力當夾角較小時，平板受到的阻力D較小；此時平板較?。淮藭r平板受到的作用力主要是升力受到的作用力主要是升力L。 截面為流線型的翼片阻力很小，即使與氣流方向平截面為流線型的翼片阻力很小，即使與氣流方向平行也會有升力行也會有升力，因為翼片上方氣流速度比下方快，因為翼片上方氣流速度比下方快，跟據流體力學的伯努利原理，上方氣體壓強比下方跟據流體力學的伯努利原理，上方氣體壓強比下方小，翼片就受到向上的升力作用。小，翼片就受到向上的升力作用。葉片的幾何參數葉片的幾何參數 壓力中心壓力中心即即氣動合力的氣動合力的作用點，作用點，是是合力作用線與翼合力作用線與翼弦的交點。弦的交點。

14、作用在壓力中心作用在壓力中心上的只有升力與阻力，而無上的只有升力與阻力，而無力矩力矩。 壓力中心的位置通常用壓力中心的位置通常用距前緣的距前緣的 距離表示，大多數距離表示，大多數普通翼型的氣動中心位于普通翼型的氣動中心位于0.25倍倍弦長處。弦長處。壓力中心（又稱氣動中心）壓力中心（又稱氣動中心）vAB2) 葉片上的氣動力葉片上的氣動力221SvCFr 總的氣動力總的氣動力，C Cr r總氣動系數總氣動系數C221SvCFll 221SvCFdd 升力：升力：與氣流方向垂直與氣流方向垂直 C Cl升力系數升力系數阻力：阻力：與氣流方向平行與氣流方向平行 C Cd d阻力系數阻力系數221Slv

15、CMM 相對前緣點由相對前緣點由F F產生的產生的力矩力矩 C Cd d、C Cl是由設計的葉片決定的固有參數，也是氣動力計算是由設計的葉片決定的固有參數，也是氣動力計算的原始依據。的原始依據。葉片的幾何參數葉片的幾何參數2. 翼型的幾何參數和氣流角翼型的幾何參數和氣流角壓力壓力中心中心前緣前緣后緣后緣ilCdC2.升力和阻力的變化曲線升力和阻力的變化曲線-30o -20o -10o 0o 10o 20o 30o 40oMiminlC對有限長槳葉，葉片兩端會產生渦流，造成阻力增加。對有限長槳葉，葉片兩端會產生渦流，造成阻力增加。葉片的幾何參數葉片的幾何參數0.80.60.40.2-0.2升力系

16、數與阻力系數是隨升力系數與阻力系數是隨攻角攻角變化的變化的升力系數隨攻角的增加而增升力系數隨攻角的增加而增加，使得槳葉的升力增加，加，使得槳葉的升力增加，但但當增加到某個角度后升力開始當增加到某個角度后升力開始下降；阻力系數開始上升。下降；阻力系數開始上升。失速點失速點截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙截面形狀（翼型彎度、翼型厚度、前緣位置）、表面粗糙度等都會影響升力系數與阻力系數。度等都會影響升力系數與阻力系數。翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響前緣半徑的影響前緣半徑的影響它對翼型的最它對翼型的最大升力系數有大升力系數有重要影響：雷重要影

17、響：雷諾數為諾數為9106，翼型的最大升翼型的最大升力系數力系數Clmax變變化圖可知：化圖可知：前前緣半徑較大時，緣半徑較大時，翼型有更高的翼型有更高的最大升力系數。最大升力系數。相對厚度的影響相對厚度的影響翼型相對厚度對翼型最大升力系數翼型相對厚度對翼型最大升力系數Clmax的影響圖的影響圖同一翼型系列中，同一翼型系列中，當當相對厚度增加時，將相對厚度增加時，將使最小阻力增大。使最小阻力增大。另另外，最大厚度的位置外，最大厚度的位置靠后時，可以減小最靠后時，可以減小最小阻力。小阻力。相對厚度對相對厚度對俯仰力矩系數的影響俯仰力矩系數的影響很小。很小。彎度的影響彎度的影響一般情況下，一般情況

18、下，增加彎度可以增大翼型的最大升力系數增加彎度可以增大翼型的最大升力系數Clmax ，特，特別是對前緣鈍度較小和較薄的翼型尤為明顯。另外，別是對前緣鈍度較小和較薄的翼型尤為明顯。另外，當最大彎度當最大彎度的位置靠前時，最大升力系數較大。的位置靠前時，最大升力系數較大。翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響表面粗糙度的影響表面粗糙度的影響由于受到沙塵、油污和由于受到沙塵、油污和雨滴的浸蝕，使風力機雨滴的浸蝕，使風力機葉片表面，特別是前緣葉片表面，特別是前緣變得粗糙。而翼型表面變得粗糙。而翼型表面粗糙度，特別是前緣粗粗糙度，特別是前緣粗糙度對翼型空氣動力特糙度對翼

19、型空氣動力特性有重要影響。性有重要影響。翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響 使邊界層轉捩位置前使邊界層轉捩位置前移，轉捩后邊界層厚度增移，轉捩后邊界層厚度增厚，減少了翼型的彎度，厚，減少了翼型的彎度，從而從而減小最大升力系數減小最大升力系數；使層流邊界層轉捩成湍流使層流邊界層轉捩成湍流邊界層，使摩擦阻力增加。邊界層，使摩擦阻力增加。另外，當在翼型的適當位另外，當在翼型的適當位置，如在翼型下表面后緣置，如在翼型下表面后緣貼粗糙帶時，則可以貼粗糙帶時，則可以增大增大升阻比升阻比。翼型表面結冰的影響翼型表面結冰的影響翼型幾何參數對翼型空氣動力特性的影響翼型幾何參

20、數對翼型空氣動力特性的影響風力機在冬季寒冷風力機在冬季寒冷地區(qū)運行時，當低地區(qū)運行時，當低溫的小水滴碰撞風溫的小水滴碰撞風輪葉片，在風輪葉輪葉片，在風輪葉片上會生成霜冰或片上會生成霜冰或光冰，使光冰，使風輪葉片風輪葉片剖面形狀改變剖面形狀改變。 雖然霜冰增加了風力輪葉雖然霜冰增加了風力輪葉片的表面粗糙度，但是由于霜片的表面粗糙度，但是由于霜冰形成非常流線型的形狀，因冰形成非常流線型的形狀，因此，此，對翼型空氣動力特性影響對翼型空氣動力特性影響較小。較小。 當翼型表面生成光冰時，當翼型表面生成光冰時，則葉片前緣的形狀發(fā)生改變，則葉片前緣的形狀發(fā)生改變，葉片上的升力減小，阻力增大，葉片上的升力減小

21、，阻力增大，焦點位置也發(fā)生改變。焦點位置也發(fā)生改變。這樣，這樣，不但影響風力機的功率輸出，不但影響風力機的功率輸出，還影響風力機的控制，嚴重時還影響風力機的控制，嚴重時會造成風力機損壞。會造成風力機損壞。3. 旋轉葉片的氣動力旋轉葉片的氣動力(葉素分析葉素分析)基本思想基本思想 1) 將葉片沿展向分成若干微段將葉片沿展向分成若干微段葉片元素葉片元素(簡稱葉素簡稱葉素)；2) 視葉素為二元翼型，即不考慮展向的變化；視葉素為二元翼型，即不考慮展向的變化；3) 作用在每個葉素上的力互不干擾；作用在每個葉素上的力互不干擾；4) 將作用在葉素上的氣動力元沿展向積分，求得作用在葉輪將作用在葉素上的氣動力元

22、沿展向積分，求得作用在葉輪上的氣動扭矩與軸向推力。上的氣動扭矩與軸向推力。 取一長度為取一長度為dr的葉素，在半徑的葉素，在半徑r處的弦長為處的弦長為l。 葉片的幾何參數葉片的幾何參數vAB221SvCFr C221SvCFll 221SvCFdd 3. 旋轉葉片的氣動力旋轉葉片的氣動力(葉素分析葉素分析)葉片的幾何參數葉片的幾何參數i 3. 旋轉葉片的氣動力旋轉葉片的氣動力(葉素分析葉素分析)風向風向v- uw運動旋轉方向運動旋轉方向安裝角（節(jié)距角）：安裝角（節(jié)距角）：回轉平面與葉片截面回轉平面與葉片截面弦長的夾角弦長的夾角IRnRu 2 d dF F氣流氣流w產生的氣動力產生的氣動力d d

23、L L氣流升力氣流升力d dD D氣流阻力氣流阻力SwCLld21d2 驅動功率驅動功率dPw=dT葉片的幾何參數葉片的幾何參數相對相對速度速度傾斜傾斜角角風輸入的總氣動功率風輸入的總氣動功率:P=vFa旋轉軸得到的功率旋轉軸得到的功率:Pu=T風輪效率風輪效率=Pu/PSwCDdd21d2 i 3. 旋轉葉片的氣動力旋轉葉片的氣動力(葉素分析葉素分析)風向風向v- uw運動旋轉方向運動旋轉方向IRnRu 2 d dF F氣流氣流w產生的氣動力產生的氣動力d dL L氣流升力氣流升力d dD D氣流阻力氣流阻力SwCLld21d2 I軸向推力軸向推力dFa=dLcosI+dDsinII旋轉力矩

24、旋轉力矩dT=r(dLsinI-dDcosI)驅動功率驅動功率dPw=dT葉片的幾何參數葉片的幾何參數SwCDdd21d2 葉片的基本理論葉片的基本理論四、渦流理論四、渦流理論（葉片數的影響及實際風力機葉片數的影響及實際風力機Cp曲線曲線） 對于有限長的葉片，風輪葉片下游存在著尾跡渦，它形成兩對于有限長的葉片，風輪葉片下游存在著尾跡渦，它形成兩個主要的渦區(qū)：一個在個主要的渦區(qū)：一個在輪轂輪轂附近，一個在附近，一個在葉尖葉尖。有限葉片數有限葉片數由由于較大的渦流影響將造成一定的能量損失，使風力機效率有所于較大的渦流影響將造成一定的能量損失，使風力機效率有所下降。下降。 1) 中心渦，集中在轉軸上

25、；中心渦，集中在轉軸上； 2) 每個葉片的邊界渦；每個葉片的邊界渦； 3) 每個葉片尖部形成的螺旋渦每個葉片尖部形成的螺旋渦。渦流理論渦流理論 葉片葉片靜止靜止時，據赫姆霍茲定理，葉片時，據赫姆霍茲定理，葉片附著渦附著渦和和后緣尾渦后緣尾渦組成馬蹄渦系。簡化后，將葉片分成無限多沿展向寬度很小組成馬蹄渦系。簡化后，將葉片分成無限多沿展向寬度很小的微段。的微段。 當葉片當葉片旋轉旋轉時，從后緣拖出的尾渦系將變成一個由螺旋形時，從后緣拖出的尾渦系將變成一個由螺旋形渦面組成的復雜渦系。而且隨著渦與渦之間的相互干擾，該渦渦面組成的復雜渦系。而且隨著渦與渦之間的相互干擾，該渦系不斷變形。系不斷變形。渦流理

26、論渦流理論渦流理論渦流理論 葉片數無限多，且實度一定，從而葉片尖部后緣拖出的尾渦葉片數無限多，且實度一定，從而葉片尖部后緣拖出的尾渦形成一個管狀的螺旋形渦面。形成一個管狀的螺旋形渦面。葉片的基本理論葉片的基本理論四、渦流理論四、渦流理論（葉片數的影響及實際風力機葉片數的影響及實際風力機Cp曲線曲線） 有限葉片數由于較大的渦流影響將造成一定的能量損失，使有限葉片數由于較大的渦流影響將造成一定的能量損失，使風力機效率有所下降。風力機效率有所下降。 pCBetz極限極限理想的理想的Cp曲線曲線實際的實際的Cp曲線曲線型阻損失型阻損失0實際風力機曲線如下圖所示：實際風力機曲線如下圖所示：失速損失失速損

27、失變流技術變流技術變流技術變流技術 用電力電子器件構成各種電力變換的電路，用電力電子器件構成各種電力變換的電路，對電路進行控制，以及用這些技術構成更為復雜對電路進行控制，以及用這些技術構成更為復雜的電力電子裝置和系統(tǒng)。的電力電子裝置和系統(tǒng)。 變流技術變流技術變流技術變流技術：一種電力變換的技術，相對于電力：一種電力變換的技術，相對于電力電子器件制造技術而言，是一種電力電子器件制造技術而言，是一種電力電子器件的應用技術。電子器件的應用技術。整流技術整流技術 內容內容斬波技術斬波技術 逆變技術逆變技術 變流技術變流技術整流技術整流技術 不可控電路不可控電路 半控電路半控電路 全控電路全控電路 由由

28、不可控二極管不可控二極管組成，電路結構組成，電路結構一定之后其直流一定之后其直流整流電壓和交流整流電壓和交流電源電壓值的比電源電壓值的比是固定不變的。是固定不變的。 由由可控元件可控元件和和二二極管極管混合組成，混合組成，在這種電路中，在這種電路中，負載電源極性不負載電源極性不能改變，但平均能改變，但平均值可以調節(jié)。值可以調節(jié)。 整流元件都是整流元件都是可可控控的，其輸出直的，其輸出直流電壓的平均值流電壓的平均值及極性可以通過及極性可以通過控制元件的導通控制元件的導通狀況而得到調節(jié)狀況而得到調節(jié)變流技術變流技術整流技術整流技術 不可控電路不可控電路 半控電路半控電路 全控電路全控電路 由由不可

29、控二極管不可控二極管組成，電路結構組成，電路結構一定之后其直流一定之后其直流整流電壓和交流整流電壓和交流電源電壓值的比電源電壓值的比是固定不變的。是固定不變的。 由由可控元件可控元件和和二二極管極管混合組成，混合組成，在這種電路中，在這種電路中，負載電源極性不負載電源極性不能改變，但平均能改變，但平均值可以調節(jié)。值可以調節(jié)。 整流元件都是整流元件都是可可控控的，其輸出直的，其輸出直流電壓的平均值流電壓的平均值及極性可以通過及極性可以通過控制元件的導通控制元件的導通狀況而得到調節(jié)狀況而得到調節(jié)常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相

30、控整流電路，對電網注入了大量諧波及無功，流電路，對電網注入了大量諧波及無功，造成電網造成電網“污染污染”。 PWM技術技術+整流技術整流技術 PWM整流器整流器 變流技術變流技術整流技術整流技術 PWM整流器整流器負載圖6-30CuaLsiaRsV1V2V4V3ABVD3VD1VD2VD4+udCV5VD5V6VD6ubibucic三相橋式三相橋式PWM整流電路整流電路三相橋式三相橋式PWM整流電路，是最基本的整流電路，是最基本的PWM整流電路之一，應整流電路之一，應用最廣。用最廣。優(yōu)點：優(yōu)點：交流輸入側能交流輸入側能得到較高的功率因數得到較高的功率因數；減小電流的畸變并減小電流的畸變并且能夠

31、將再生能量回且能夠將再生能量回饋給交流側；饋給交流側；保持直保持直流側的電壓恒定流側的電壓恒定( (由整由整流器本身的特點決定流器本身的特點決定) ) 變流技術變流技術變流技術變流技術：一種電力變換的技術，相對于電力：一種電力變換的技術，相對于電力電子器件制造技術而言，是一種電力電子器件制造技術而言，是一種電力電子器件的應用技術。電子器件的應用技術。斬波技術斬波技術 整流技術整流技術 內容內容逆變技術逆變技術 將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電。將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電?；緮夭娐罚夯緮夭娐罚航祲簲夭娐方祲簲夭娐贰⑸龎簲夭娐飞龎簲夭娐?、 升降壓斬波電路、

32、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、斬波電路、Sepic斬波電路斬波電路和和Zeta斬波電路。斬波電路。變流技術變流技術斬波技術斬波技術 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper） 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopper）典型用途典型用途拖動直流電動機拖動直流電動機，也可帶也可帶蓄電池負載蓄電池負載。變流技術變流技術斬波技術斬波技術 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper） 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopper）變流技術變流技術斬波技術斬波技術 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper） 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopp

33、er）典型用途典型用途用于直流電動機傳動用于直流電動機傳動用作用作單相功率因數校正單相功率因數校正（PFC）電路電路用于其他交直流電源中用于其他交直流電源中變流技術變流技術斬波技術斬波技術 降壓斬波電路降壓斬波電路（Buck Chopper） 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopper）變流技術變流技術變流技術變流技術：一種電力變換的技術，相對于電力：一種電力變換的技術，相對于電力電子器件制造技術而言，是一種電力電子器件制造技術而言，是一種電力電子器件的應用技術。電子器件的應用技術。整流技術整流技術 內容內容斬波技術斬波技術 逆變技術逆變技術 與整流相對應，直流電變成交流電與整流相對

34、應，直流電變成交流電交流側接交流側接電網電網，為，為有源有源逆變逆變交流側接交流側接負載負載，為，為無源無源逆變逆變逆變技術逆變技術 變流技術變流技術電壓逆變電路電壓逆變電路 電流逆變電路電流逆變電路 直流側電源性質直流側電源性質直流側為電壓源或并聯大電直流側為電壓源或并聯大電容，直流側電壓基本容，直流側電壓基本無脈動無脈動。輸出電壓為輸出電壓為矩形波矩形波，輸出電，輸出電流因負載阻抗不同而不同。流因負載阻抗不同而不同。阻感負載時阻感負載時需提供需提供無功功率。無功功率。為了給交流側向直流側反饋的為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯反饋二極管。臂

35、并聯反饋二極管。電壓型全橋逆變電路電壓型全橋逆變電路特點特點逆變技術逆變技術 變流技術變流技術電壓逆變電路電壓逆變電路 電流逆變電路電流逆變電路 180180導電方式導電方式每橋臂導電每橋臂導電180，同一相上下兩臂交替同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電導電，各相開始導電的角度相差的角度相差120任一瞬間有三個橋任一瞬間有三個橋臂同時導通臂同時導通每次換流都是在同一每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行相上下兩臂之間進行直流側電源性質直流側電源性質逆變技術逆變技術 變流技術變流技術電壓逆變電路電壓逆變電路 電流逆變電路電流逆變電路 直流側電源性質直流側電源性質特點特點u直流側串大電感，電流基本

36、直流側串大電感，電流基本無脈動無脈動，相當于電流源。，相當于電流源。u交流輸出電流為交流輸出電流為矩形波矩形波，與，與負載阻抗角無關。輸出電壓波負載阻抗角無關。輸出電壓波形和相位因負載不同而不同。形和相位因負載不同而不同。u直流側電感起緩沖無功能量直流側電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關器件反并的作用，不必給開關器件反并聯二極管。聯二極管。電流型三相橋式逆變電路電流型三相橋式逆變電路逆變技術逆變技術 變流技術變流技術電壓逆變電路電壓逆變電路 電流逆變電路電流逆變電路 直流側電源性質直流側電源性質 目前中小功率的逆變電路幾乎都采用目前中小功率的逆變電路幾乎都采用PWM技術技術。 逆變電路是逆變

37、電路是PWM控制技術控制技術最為重要的應用場合。最為重要的應用場合。 PWM逆變電路也可分為逆變電路也可分為電壓型電壓型和和電流型電流型兩種，目兩種，目前實用的前實用的PWM逆變電路幾乎都是逆變電路幾乎都是電壓型電壓型電路。電路。逆變技術逆變技術 變流技術變流技術電壓逆變電路電壓逆變電路 電流逆變電路電流逆變電路 直流側電源性質直流側電源性質三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 三相三相的的PWM控制控制公用三角波載波公用三角波載波uc 三相的調制信號三相的調制信號urU、urV和和urW依次相差依次相差120典型的變流技術典型的變流技術不可控整流不可控整流+Boost+Boost+逆變

38、方案逆變方案 風力機與永磁同步發(fā)電機直接連接風力機與永磁同步發(fā)電機直接連接，將風能轉換為頻率變化、幅，將風能轉換為頻率變化、幅值變化的交流電，經過整流之后變?yōu)橹绷麟?，經過值變化的交流電，經過整流之后變?yōu)橹绷麟?，經過BoostBoost電路升電路升壓后，壓后，再經過三相逆變器變換為三相恒幅交流電連接到電網再經過三相逆變器變換為三相恒幅交流電連接到電網。 實現最大功率跟蹤、最大效率利用風能實現最大功率跟蹤、最大效率利用風能 在小功率和兆瓦級直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)中均有應用在小功率和兆瓦級直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)中均有應用 典型的變流技術典型的變流技術雙雙PWMPWM背靠背方案背靠背方案 風力機與永磁同步發(fā)電

39、機直接連接，風力機與永磁同步發(fā)電機直接連接，發(fā)電機定子通過發(fā)電機定子通過背靠背變流器和電網連接。背靠背變流器和電網連接。 實現對發(fā)電機調速和輸送到電網電能的優(yōu)良控制實現對發(fā)電機調速和輸送到電網電能的優(yōu)良控制 九洲電氣股份有限公司九洲電氣股份有限公司 典型的變流技術典型的變流技術不控整流不控整流+BOOST+IGBT+BOOST+IGBT逆變全功率變流器逆變全功率變流器 變流器采用變流器采用“二級管不控整流二級管不控整流+升壓斬波升壓斬波+PWM逆變逆變”的結的結構構 實現將變壓變頻的交流電轉化實現將變壓變頻的交流電轉化為符合并網要求的交流電，完成風為符合并網要求的交流電，完成風力發(fā)電機組的并網

40、力發(fā)電機組的并網 1.5MW全功率風電變流器控制箱全功率風電變流器控制箱 安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護控制系統(tǒng)保護微機控制器抗干擾保護微機控制器抗干擾保護抗抗干干擾擾系系統(tǒng)統(tǒng)鐵皮屏蔽罩傳感器輸入信號輸出執(zhí)行控制光電隔離、信號線屏蔽機艙微機控制器抗干擾電路及工藝設計光纖通信輸入輸出信號線屏蔽、光電隔離電量等各種輸入信號控制輸出信號隔離電源塔筒微機控制器抗干擾電路及工藝設計隔離電源微機控制器微機控制器 注意總線的驅動能力；注意總線的驅動能力；總線的終端負載；防止總線的終端負載；防止總線競爭。總線競爭。在有干擾時在有干擾時，采取措施，保證微機，采取措施，保證微機正常工作正常工作 原則原則安全

41、保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng)控制系統(tǒng)保護控制系統(tǒng)保護微機控制器抗干擾保護微機控制器抗干擾保護抗抗干干擾擾系系統(tǒng)統(tǒng)鐵皮屏蔽罩傳感器輸入信號輸出執(zhí)行控制光電隔離、信號線屏蔽機艙微機控制器抗干擾電路及工藝設計光纖通信輸入輸出信號線屏蔽、光電隔離電量等各種輸入信號控制輸出信號隔離電源塔筒微機控制器抗干擾電路及工藝設計隔離電源微機控制器微機控制器 原則原則信號傳輸信號傳輸 信號傳輸線路使用信號傳輸線路使用屏蔽電纜；屏蔽電纜；注意傳注意傳輸線最大長度的限輸線最大長度的限制。制。電源電路電源電路 減少電源變壓器的減少電源變壓器的泄漏磁通；泄漏磁通；采用性采用性能好的穩(wěn)壓電源。能好的穩(wěn)壓電源。安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng)

42、控制系統(tǒng)保護控制系統(tǒng)保護緊急停機安全鏈保護緊急停機安全鏈保護 微機控制器抗干擾保護微機控制器抗干擾保護 系統(tǒng)的系統(tǒng)的緊急緊急安全鏈是獨立于計算機系統(tǒng)的硬件保護措施，安全鏈是獨立于計算機系統(tǒng)的硬件保護措施，也也是計算機系統(tǒng)的是計算機系統(tǒng)的最后一級最后一級保護措施，保護措施，即使控制系統(tǒng)發(fā)生異即使控制系統(tǒng)發(fā)生異常，也不會影響安全鏈的正常動作。常，也不會影響安全鏈的正常動作。 分為分為交變脈沖干擾交變脈沖干擾和和單脈沖干擾單脈沖干擾兩種，以電或磁的形式干兩種，以電或磁的形式干擾控制系統(tǒng)。擾控制系統(tǒng)。 掉電往往出現在天氣惡劣、風力較強時，緊急停機將會對風掉電往往出現在天氣惡劣、風力較強時，緊急停機將會對風力發(fā)電