新能源技術(shù)-風(fēng)力發(fā)電3 樊

1、第第3章章風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容3.1 3.1 風(fēng)的特性及風(fēng)能利用風(fēng)的特性及風(fēng)能利用3.2 3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工作原理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工作原理3.3 3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略3.4 3.4 中國風(fēng)電和世界風(fēng)電中國風(fēng)電和世界風(fēng)電3.3 3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略 1. 1. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的恒速恒頻控制策略風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的恒速恒頻控制策略 在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，要求在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致，即保持頻率恒定。恒風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致，即保持頻率恒定

2、。恒速恒頻即在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速速恒頻即在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速( (也即發(fā)電機(jī)也即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速) )不變，從而得到恒頻的電能。不變，從而得到恒頻的電能。 目前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用的異步發(fā)電機(jī)多屬于恒目前，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中采用的異步發(fā)電機(jī)多屬于恒速恒頻發(fā)電機(jī)組。為了適應(yīng)大小風(fēng)速的要求，一般采用兩速恒頻發(fā)電機(jī)組。為了適應(yīng)大小風(fēng)速的要求，一般采用兩臺(tái)不同容量、不同極數(shù)的異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)速低時(shí)用小容量臺(tái)不同容量、不同極數(shù)的異步發(fā)電機(jī)，風(fēng)速低時(shí)用小容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)速高時(shí)則用大容量發(fā)電機(jī)發(fā)電。但這也只發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)速高時(shí)則用大容量發(fā)電機(jī)發(fā)電。但這也只能使異步發(fā)電機(jī)在兩個(gè)風(fēng)速下

3、具有較佳的輸出系數(shù)，無法能使異步發(fā)電機(jī)在兩個(gè)風(fēng)速下具有較佳的輸出系數(shù)，無法有效地利用不同風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能。有效地利用不同風(fēng)速時(shí)的風(fēng)能。 2. 2. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻控制策略風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變速恒頻控制策略 在風(fēng)力發(fā)電過程中讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化，而通在風(fēng)力發(fā)電過程中讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化，而通過其它控制方式來得到恒頻電能的方法稱為變速恒頻。變過其它控制方式來得到恒頻電能的方法稱為變速恒頻。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本控制策略一般確定為：速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本控制策略一般確定為： 低于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最大風(fēng)能利用系數(shù)，以獲得低于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最大風(fēng)能利用系數(shù)，以獲得最大能量；最大能量； 高

4、于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最大功率，并保持輸出功率高于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最大功率，并保持輸出功率穩(wěn)定。穩(wěn)定。 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)控制過程：變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)控制過程： （1 1）起動(dòng)時(shí)通過調(diào)節(jié)槳距角控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)）起動(dòng)時(shí)通過調(diào)節(jié)槳距角控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳時(shí)機(jī)并網(wǎng)；電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳時(shí)機(jī)并網(wǎng)； （2 2）并網(wǎng)后，在額定風(fēng)速以下，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電）并網(wǎng)后，在額定風(fēng)速以下，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速的變化，保持最佳磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速的變化，保持最佳葉尖速比，確保風(fēng)能的最大捕獲，表現(xiàn)為跟蹤控制

5、問題；葉尖速比，確保風(fēng)能的最大捕獲，表現(xiàn)為跟蹤控制問題； （3 3）在額定風(fēng)速以上，采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變速和槳葉節(jié)）在額定風(fēng)速以上，采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變速和槳葉節(jié)距雙重調(diào)節(jié)，利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，存貯或釋放部分能量，距雙重調(diào)節(jié)，利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，存貯或釋放部分能量，限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持在額定值下發(fā)電，保證發(fā)電機(jī)輸出功率的更加平穩(wěn)。保持在額定值下發(fā)電，保證發(fā)電機(jī)輸出功率的更加平穩(wěn)。 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和主要類型：變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和主要類型： （1 1）同步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)）同步發(fā)電機(jī)變

6、速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) PWPa同步發(fā)電機(jī)風(fēng)輪If電網(wǎng)交-直-交變頻器 特點(diǎn)：特點(diǎn)：變頻器容量較大，但其控制較簡單，可通過轉(zhuǎn)子變頻器容量較大，但其控制較簡單，可通過轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的控制來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、有功功率和無功功率的控制。勵(lì)磁電流的控制來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、有功功率和無功功率的控制。 （2 2）雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)）雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：大大降低大大降低了變頻器的成本和控了變頻器的成本和控制難度；定子直接上制難度；定子直接上網(wǎng)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的網(wǎng)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性；抗干擾性和穩(wěn)定性；通過改變轉(zhuǎn)子電流的通過改變轉(zhuǎn)子電流的相位和幅值來調(diào)節(jié)有相位和幅值來調(diào)節(jié)有功功

7、率和無功功率。功功率和無功功率。缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)仍有電缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)仍有電刷和集電環(huán)，工作可刷和集電環(huán)，工作可靠性受影響?？啃允苡绊?。 雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 3. 3. 風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制 主要功能：一是使風(fēng)輪跟蹤方向的變化，利于最大風(fēng)能捕獲；主要功能：一是使風(fēng)輪跟蹤方向的變化，利于最大風(fēng)能捕獲； 二是當(dāng)機(jī)艙的電纜發(fā)生纏繞時(shí)自動(dòng)解纜。二是當(dāng)機(jī)艙的電纜發(fā)生纏繞時(shí)自動(dòng)解纜。 一般在風(fēng)輪的前部或者機(jī)艙一側(cè)，裝有風(fēng)向儀，當(dāng)風(fēng)輪一般在風(fēng)輪的前部或者機(jī)艙一側(cè)，裝有風(fēng)向儀，當(dāng)風(fēng)輪的主軸與風(fēng)向儀指向偏離時(shí)，控制器開始計(jì)時(shí)，這種方向偏的

8、主軸與風(fēng)向儀指向偏離時(shí)，控制器開始計(jì)時(shí)，這種方向偏差達(dá)到一定時(shí)間后，控制器控制偏航電機(jī)或者偏航液壓馬達(dá)差達(dá)到一定時(shí)間后，控制器控制偏航電機(jī)或者偏航液壓馬達(dá)將風(fēng)輪調(diào)整到與風(fēng)向一致的方向。偏航角度大小的檢測(cè)通過將風(fēng)輪調(diào)整到與風(fēng)向一致的方向。偏航角度大小的檢測(cè)通過安裝在機(jī)艙內(nèi)的角度編碼器實(shí)現(xiàn)。安裝在機(jī)艙內(nèi)的角度編碼器實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)緊急停車時(shí)，需要通過偏航調(diào)節(jié)使機(jī)艙經(jīng)過最短的路當(dāng)緊急停車時(shí)，需要通過偏航調(diào)節(jié)使機(jī)艙經(jīng)過最短的路徑與風(fēng)向成徑與風(fēng)向成9090度夾角。度夾角。4. 4. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù) 由于風(fēng)能是一個(gè)不穩(wěn)定的能源，風(fēng)力發(fā)電本身難以提由于風(fēng)能是一個(gè)不穩(wěn)定的能源，風(fēng)力發(fā)電

9、本身難以提供穩(wěn)定的電能輸出，因此風(fēng)力發(fā)電必須采用儲(chǔ)能裝置或與供穩(wěn)定的電能輸出，因此風(fēng)力發(fā)電必須采用儲(chǔ)能裝置或與其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行。其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行。 10kW10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配 合蓄電池儲(chǔ)能裝置獨(dú)立運(yùn)行。合蓄電池儲(chǔ)能裝置獨(dú)立運(yùn)行。 為解決風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定供電的問題，目前一般采用的方法是：為解決風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定供電的問題，目前一般采用的方法是： 1000kW1000kW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行；以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行； 幾十幾十kWkW幾百幾百kWkW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以并網(wǎng)運(yùn)行，或者與的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以

10、并網(wǎng)運(yùn)行，或者與 其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行（如風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)力柴油發(fā)電其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行（如風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)力柴油發(fā)電 聯(lián)合運(yùn)行）；聯(lián)合運(yùn)行）； 大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是并網(wǎng)運(yùn)行，由于發(fā)電機(jī)并大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是并網(wǎng)運(yùn)行，由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過程是一個(gè)瞬變過程，它受制于并網(wǎng)前的發(fā)電狀況，影網(wǎng)過程是一個(gè)瞬變過程，它受制于并網(wǎng)前的發(fā)電狀況，影響并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和電網(wǎng)電能質(zhì)量，在并網(wǎng)運(yùn)行方式響并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和電網(wǎng)電能質(zhì)量，在并網(wǎng)運(yùn)行方式中主要解決的問題是并網(wǎng)控制和功率調(diào)節(jié)問題。對(duì)并網(wǎng)運(yùn)中主要解決的問題是并網(wǎng)控制和功率調(diào)節(jié)問題。對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組其控制方法和控制重點(diǎn)不同。行的不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組其控

11、制方法和控制重點(diǎn)不同。（1 1） 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù) 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率之間有著嚴(yán)格不變的固同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率之間有著嚴(yán)格不變的固定關(guān)系，同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，可通過勵(lì)磁電流定關(guān)系，同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，可通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償，其輸出電能頻率穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償，其輸出電能頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量高，因此在發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)也是，電能質(zhì)量高，因此在發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)也是應(yīng)用最普遍的。應(yīng)用最普遍的。 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的電路如圖所示，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的電路如圖所示，圖中同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過斷

12、路器與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子勵(lì)圖中同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過斷路器與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制。磁繞組由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制。增速器同步發(fā)電機(jī)電網(wǎng)斷路器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器并網(wǎng)條件并網(wǎng)條件 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的電路同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的電路 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并聯(lián)到電網(wǎng)時(shí)，為防止過大的電流沖同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并聯(lián)到電網(wǎng)時(shí)，為防止過大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的各相端電壓的瞬時(shí)值要與擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的各相端電壓的瞬時(shí)值要與電網(wǎng)端對(duì)應(yīng)相電壓的瞬時(shí)值完全一致。電網(wǎng)端對(duì)應(yīng)相電壓的瞬時(shí)值完全一致。五個(gè)條件：五個(gè)條件：波形相同；波形相同；幅值相同；幅值相同；頻率相同；頻率相同；相序相同相序相同； 在

13、并網(wǎng)時(shí)，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，只要使發(fā)電機(jī)的在并網(wǎng)時(shí)，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，只要使發(fā)電機(jī)的各相繞組輸出端與電網(wǎng)各相互相對(duì)應(yīng)，條件各相繞組輸出端與電網(wǎng)各相互相對(duì)應(yīng)，條件就可以滿足；而就可以滿足；而條件條件可由發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造和安裝保證；因此并網(wǎng)時(shí)，主要可由發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造和安裝保證；因此并網(wǎng)時(shí)，主要是其他三條的檢測(cè)和控制，這其中第是其他三條的檢測(cè)和控制，這其中第條頻率相同是必須滿足條頻率相同是必須滿足的條件。的條件。 相位相同。相位相同。 并網(wǎng)方法并網(wǎng)方法滿足上述理想并聯(lián)條件的并網(wǎng)方式稱為準(zhǔn)同步并網(wǎng)方滿足上述理想并聯(lián)條件的并網(wǎng)方式稱為準(zhǔn)同步并網(wǎng)方式。在這種并網(wǎng)方式下，并網(wǎng)瞬間不會(huì)產(chǎn)生沖擊

14、電流，電式。在這種并網(wǎng)方式下，并網(wǎng)瞬間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，電網(wǎng)電壓不會(huì)下降，也不會(huì)對(duì)定子繞組和其他機(jī)械部件造成網(wǎng)電壓不會(huì)下降，也不會(huì)對(duì)定子繞組和其他機(jī)械部件造成沖擊。沖擊。 1 1）自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)）自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)與并網(wǎng)過程如下：同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)與并網(wǎng)過程如下：偏航系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)量的風(fēng)向信號(hào)驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)偏航系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)量的風(fēng)向信號(hào)驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳距控制器調(diào)節(jié)葉當(dāng)風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳距控制器調(diào)節(jié)葉片槳距角使風(fēng)力機(jī)起動(dòng)。片槳距角使風(fēng)力機(jī)起動(dòng)。 當(dāng)發(fā)電機(jī)在風(fēng)力機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)當(dāng)發(fā)電機(jī)在風(fēng)

15、力機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給發(fā)電機(jī)輸入勵(lì)磁電流，通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)輸器給發(fā)電機(jī)輸入勵(lì)磁電流，通過勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)輸出的端電壓與電網(wǎng)電壓相近。出的端電壓與電網(wǎng)電壓相近。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)的端電壓與在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)電壓的幅值大致相同和斷路器兩端的電位差為零或很小電網(wǎng)電壓的幅值大致相同和斷路器兩端的電位差為零或很小時(shí)，控制斷路器合閘并網(wǎng)。時(shí)，控制斷路器合閘并網(wǎng)。風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后通過自整步作用牽入同步，使發(fā)電機(jī)風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后通過自整步作用牽入同步，使發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)一致。電壓頻率與電網(wǎng)一致。以上

16、的檢測(cè)與控制過程一般通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)。以上的檢測(cè)與控制過程一般通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)。2 2）自同步并網(wǎng)）自同步并網(wǎng) 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組先通過限流電阻短接，電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組先通過限流電阻短接，電機(jī)中無勵(lì)磁磁場(chǎng)。中無勵(lì)磁磁場(chǎng)。用原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步轉(zhuǎn)速附近（差值小于用原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步轉(zhuǎn)速附近（差值小于5%5%）時(shí)，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，再立刻給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，在定、時(shí)，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，再立刻給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，在定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力作用下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)牽入同步。轉(zhuǎn)子之間的電磁力作用下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)牽入同步。由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中無勵(lì)磁電流，因而發(fā)電由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中無勵(lì)磁電流

17、，因而發(fā)電機(jī)定子繞組中沒有感應(yīng)電勢(shì)，不需要對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓和機(jī)定子繞組中沒有感應(yīng)電勢(shì)，不需要對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓和相角進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，控制簡單，并且從根本上排除不相角進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，控制簡單，并且從根本上排除不同步合閘的可能性。同步合閘的可能性。這種并網(wǎng)方法的缺點(diǎn)是合閘后有電流沖擊和電網(wǎng)電壓的這種并網(wǎng)方法的缺點(diǎn)是合閘后有電流沖擊和電網(wǎng)電壓的短時(shí)下降現(xiàn)象。短時(shí)下降現(xiàn)象。同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)與補(bǔ)償同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)與補(bǔ)償1 1）有功功率的調(diào)節(jié)）有功功率的調(diào)節(jié) 風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)中，風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械能首先克服機(jī)械風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)中，風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械能首先克服機(jī)械阻力，通過電機(jī)內(nèi)部的電磁作用轉(zhuǎn)化為電磁

18、功率，電磁功率阻力，通過電機(jī)內(nèi)部的電磁作用轉(zhuǎn)化為電磁功率，電磁功率扣除電機(jī)繞組的銅損耗和鐵損耗后即為輸出的電功率，若不扣除電機(jī)繞組的銅損耗和鐵損耗后即為輸出的電功率，若不計(jì)銅損耗和鐵損耗，可認(rèn)為輸出功率近似等于電磁功率。計(jì)銅損耗和鐵損耗，可認(rèn)為輸出功率近似等于電磁功率。功率角功率角： 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線與定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)軸線之轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線與定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)軸線之間的夾角；間的夾角；功角特性：功角特性：電磁功率電磁功率P Pemem與功率角與功率角之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁作用可以看成是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)和同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁作用可以看成是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)和定子電流產(chǎn)生的同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

19、之間的相互作用。定子電流產(chǎn)生的同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相互作用。同步發(fā)電機(jī)的功角特性同步發(fā)電機(jī)的功角特性a a） 凸極機(jī)凸極機(jī) b b）隱極機(jī)）隱極機(jī)180090Pem180900b)a)PemPem 這時(shí)可以增大勵(lì)磁電流，以增大功率極限，提高靜態(tài)這時(shí)可以增大勵(lì)磁電流，以增大功率極限，提高靜態(tài)穩(wěn)定度，這就是有功功率的調(diào)節(jié)穩(wěn)定度，這就是有功功率的調(diào)節(jié)。失步功率（極限功率）：失步功率（極限功率）：對(duì)于隱極機(jī)而言，功率角為對(duì)于隱極機(jī)而言，功率角為9090（凸極機(jī)功率角小于（凸極機(jī)功率角小于9090）時(shí)，輸出功率的最大功率。）時(shí)，輸出功率的最大功率。風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械功率風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械功率 P Pemem勵(lì)

20、磁不作調(diào)節(jié)，勵(lì)磁不作調(diào)節(jié)，達(dá)到最大功率后，如果風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械功率繼續(xù)達(dá)到最大功率后，如果風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械功率繼續(xù) 9090，P Pemem轉(zhuǎn)速持續(xù)上升而失去同步。轉(zhuǎn)速持續(xù)上升而失去同步。 2 2）無功功率的補(bǔ)償）無功功率的補(bǔ)償 同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時(shí)，由于定子電流建立的磁同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時(shí)，由于定子電流建立的磁 場(chǎng)對(duì)電機(jī)中的勵(lì)磁磁場(chǎng)有去磁作用，發(fā)電機(jī)的輸出場(chǎng)對(duì)電機(jī)中的勵(lì)磁磁場(chǎng)有去磁作用，發(fā)電機(jī)的輸出 電壓也下降。電壓也下降。 為了維持發(fā)電機(jī)的端電壓穩(wěn)定和補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功為了維持發(fā)電機(jī)的端電壓穩(wěn)定和補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，需增大同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。率，需增大同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。發(fā)電

21、機(jī)的輸出電壓下降的原因：發(fā)電機(jī)的輸出電壓下降的原因： 電網(wǎng)所帶的負(fù)載大部分為感性的異步電動(dòng)機(jī)和變壓電網(wǎng)所帶的負(fù)載大部分為感性的異步電動(dòng)機(jī)和變壓 器，這些負(fù)載需要從電網(wǎng)吸收有功功率和無功功器，這些負(fù)載需要從電網(wǎng)吸收有功功率和無功功 率，整個(gè)電網(wǎng)要是提供的無功功率不夠，電網(wǎng)的電率，整個(gè)電網(wǎng)要是提供的無功功率不夠，電網(wǎng)的電 壓會(huì)下降。壓會(huì)下降。帶變頻器的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)帶變頻器的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng) 恒速恒頻的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間為恒速恒頻的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間為“剛性連接剛性連接”，發(fā)電機(jī)輸出頻率完全取決于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)輸出頻率完全取決于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，

22、并網(wǎng)之前發(fā)電機(jī)必須經(jīng)過嚴(yán)格的整步和（準(zhǔn)）同步，并，并網(wǎng)之前發(fā)電機(jī)必須經(jīng)過嚴(yán)格的整步和（準(zhǔn)）同步，并網(wǎng)后也必須保持轉(zhuǎn)速恒定，因此對(duì)控制器的要求高，控制網(wǎng)后也必須保持轉(zhuǎn)速恒定，因此對(duì)控制器的要求高，控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過變頻器與電網(wǎng)相連接。過變頻器與電網(wǎng)相連接。變速運(yùn)行風(fēng)力機(jī)增速器交流發(fā)電機(jī)變頻交流恒頻交流交-直-交變頻器電網(wǎng)當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，為實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，為實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，發(fā)電機(jī)發(fā)出的為變頻交流電，通過變頻器轉(zhuǎn)速隨之變化，發(fā)電機(jī)

23、發(fā)出的為變頻交流電，通過變頻器轉(zhuǎn)化后獲得恒頻交流電輸出，再與電網(wǎng)并聯(lián)。轉(zhuǎn)化后獲得恒頻交流電輸出，再與電網(wǎng)并聯(lián)。由于同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過變頻器相連接，發(fā)電機(jī)的由于同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過變頻器相連接，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)的頻率彼此獨(dú)立，并網(wǎng)時(shí)一般不會(huì)發(fā)生因頻率頻率和電網(wǎng)的頻率彼此獨(dú)立，并網(wǎng)時(shí)一般不會(huì)發(fā)生因頻率差而產(chǎn)生的較大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，并網(wǎng)過程比較平差而產(chǎn)生的較大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，并網(wǎng)過程比較平穩(wěn)。穩(wěn)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是電力電子裝置價(jià)格較高、控制較復(fù)雜，同時(shí)非正弦是電力電子裝置價(jià)格較高、控制較復(fù)雜，同時(shí)非正弦逆變器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波電流流入電網(wǎng)，將影響電逆變器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波電流

24、流入電網(wǎng)，將影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。網(wǎng)的電能質(zhì)量。（2 2）異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)）異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù) 異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、可靠性高、并異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、可靠性高、并網(wǎng)容易、無失步現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛網(wǎng)容易、無失步現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。但其主要缺點(diǎn)是需吸收。但其主要缺點(diǎn)是需吸收20%20%30%30%額定功率的無功電流以額定功率的無功電流以建立磁場(chǎng)，為提高功率因數(shù)必須另加功率補(bǔ)償裝置。建立磁場(chǎng)，為提高功率因數(shù)必須另加功率補(bǔ)償裝置。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng) 風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的直接并網(wǎng)的條件有兩條：一是發(fā)風(fēng)力

25、異步發(fā)電機(jī)組的直接并網(wǎng)的條件有兩條：一是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致，即發(fā)電機(jī)的相序電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致，即發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同；二是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速盡可能接近于同步與電網(wǎng)的相序相同；二是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速盡可能接近于同步轉(zhuǎn)速。并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的誤差越小，轉(zhuǎn)速。并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的誤差越小，并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流越小，衰減的時(shí)間越短。并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流越小，衰減的時(shí)間越短。 風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有三種：直接并網(wǎng)、風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有三種：直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)和通過晶閘管軟并網(wǎng)。降壓并網(wǎng)和通過晶閘管軟并網(wǎng)。 直接并網(wǎng)直接并網(wǎng)

26、當(dāng)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下起動(dòng)后，通過增速齒輪將異步當(dāng)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下起動(dòng)后，通過增速齒輪將異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速附近（一般為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速附近（一般為98%98%100%100%）時(shí)，）時(shí)，測(cè)速裝置給出自動(dòng)并網(wǎng)信號(hào)，通過自動(dòng)空氣開關(guān)完成合閘測(cè)速裝置給出自動(dòng)并網(wǎng)信號(hào)，通過自動(dòng)空氣開關(guān)完成合閘并網(wǎng)過程。并網(wǎng)過程。 并網(wǎng)簡單，但并網(wǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，引起電網(wǎng)并網(wǎng)簡單，但并網(wǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，引起電網(wǎng)電壓下降。因此，電壓下降。因此，只適用于異步發(fā)電機(jī)容量在百只適用于異步發(fā)電機(jī)容量在百kWkW級(jí)以下級(jí)以下且電網(wǎng)容量較大的場(chǎng)合。且電網(wǎng)容量較大的場(chǎng)合。增速器電網(wǎng)風(fēng)力機(jī)異步發(fā)電機(jī)空氣開關(guān)

27、風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的直接并聯(lián)風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的直接并聯(lián) 降壓并網(wǎng)降壓并網(wǎng) 降壓并網(wǎng)是在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者降壓并網(wǎng)是在發(fā)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，以降低并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流和電網(wǎng)電壓下降接入自耦變壓器，以降低并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流和電網(wǎng)電壓下降的幅度，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將接入的電阻等元件迅速從線的幅度，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將接入的電阻等元件迅速從線路中切除，以免消耗功率。這種并網(wǎng)方式的經(jīng)濟(jì)性較差，路中切除，以免消耗功率。這種并網(wǎng)方式的經(jīng)濟(jì)性較差，適適用于百用于百KWKW級(jí)以上，容量較大的機(jī)組。級(jí)以上，容量較大的機(jī)組。 晶閘管軟并網(wǎng)晶閘管軟并網(wǎng) 晶閘管軟并網(wǎng)是在

28、異步發(fā)電機(jī)的定子和電網(wǎng)之間通過每晶閘管軟并網(wǎng)是在異步發(fā)電機(jī)的定子和電網(wǎng)之間通過每相串入一只雙向晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制并相串入一只雙向晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程。網(wǎng)時(shí)的沖擊電流，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程。風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)經(jīng)晶閘管軟并網(wǎng)風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)經(jīng)晶閘管軟并網(wǎng)其并網(wǎng)過程如下：其并網(wǎng)過程如下：當(dāng)風(fēng)力機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速附近時(shí)，在檢查發(fā)電機(jī)的當(dāng)風(fēng)力機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速附近時(shí)，在檢查發(fā)電機(jī)的相序和電網(wǎng)的相序相同后，發(fā)電機(jī)輸出端的斷路器閉合，相序和電網(wǎng)的相序相同后，發(fā)電機(jī)輸出端的斷路器閉合，發(fā)電機(jī)經(jīng)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)相連

29、，在微機(jī)的控制下，發(fā)電機(jī)經(jīng)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)相連，在微機(jī)的控制下，雙向晶閘管的觸發(fā)角由雙向晶閘管的觸發(fā)角由180180到到0 0逐漸打開，逐漸打開，雙向晶閘管的雙向晶閘管的導(dǎo)通角則由導(dǎo)通角則由0 0到到180180逐漸增大逐漸增大，通過，通過電流反饋電流反饋對(duì)雙向晶閘對(duì)雙向晶閘管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，將并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流限制在允管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，將并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流限制在允許的范圍內(nèi)，從而異步發(fā)電機(jī)通過晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)。許的范圍內(nèi)，從而異步發(fā)電機(jī)通過晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)。并網(wǎng)的瞬態(tài)過程結(jié)束后，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同并網(wǎng)的瞬態(tài)過程結(jié)束后，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同時(shí)，控制器發(fā)出信

30、號(hào)，利用時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，利用一組自動(dòng)開關(guān)將雙向晶閘管短一組自動(dòng)開關(guān)將雙向晶閘管短接接，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不經(jīng)過雙向晶閘管，而是通，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不經(jīng)過雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動(dòng)開關(guān)流入電網(wǎng)。過已閉合的自動(dòng)開關(guān)流入電網(wǎng)。在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，應(yīng)在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機(jī)端并入功率因數(shù)補(bǔ)立即在發(fā)電機(jī)端并入功率因數(shù)補(bǔ)償裝置償裝置，將發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)提高到，將發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)提高到0.950.95以上。以上。要求器件本身的特性要一致、穩(wěn)定；要求器件本身的特性要一致、穩(wěn)定；觸發(fā)電路工作可靠，控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流一致；觸發(fā)電路工作可靠，控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流一致；開通后晶

31、閘管壓降相同。開通后晶閘管壓降相同。晶閘管軟并網(wǎng)對(duì)晶閘管器件和相應(yīng)的觸發(fā)電路的要求：晶閘管軟并網(wǎng)對(duì)晶閘管器件和相應(yīng)的觸發(fā)電路的要求： 只有這樣才能保證每相晶閘管按控制要求逐漸開通，發(fā)只有這樣才能保證每相晶閘管按控制要求逐漸開通，發(fā)電機(jī)的三相電流才能保證平衡。電機(jī)的三相電流才能保證平衡。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出及無功功率的補(bǔ)償并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出及無功功率的補(bǔ)償 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Te轉(zhuǎn)速n/n1100%120%140%160%A2A1異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域區(qū)域n TeA1A2繼繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行續(xù)穩(wěn)定

32、運(yùn)行失速區(qū)n Te當(dāng)風(fēng)力機(jī)傳給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率和機(jī)械轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，發(fā)電當(dāng)風(fēng)力機(jī)傳給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率和機(jī)械轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率及轉(zhuǎn)矩也隨之增大。但當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率超機(jī)的輸出功率及轉(zhuǎn)矩也隨之增大。但當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率超過其最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的功率時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升而出現(xiàn)過其最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的功率時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升而出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，十分危險(xiǎn)。飛車現(xiàn)象，十分危險(xiǎn)。必須配備可靠的失速槳葉或限速保護(hù)裝置。必須配備可靠的失速槳葉或限速保護(hù)裝置。并網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)及注意事項(xiàng)并網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)及注意事項(xiàng) 風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)必須從電網(wǎng)中吸收滯后的無功功率來進(jìn)立風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)必須從電網(wǎng)中吸收滯后的無功功率來進(jìn)立磁場(chǎng)和滿足漏磁的需要。因一般大中型異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流磁場(chǎng)和滿足漏磁的需要。因一般大中型異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流約為其額定電流的約為其額定電流的20%20%30%30%，如此大的無功電流的吸收，將加，如此大的無功電流的吸收，將加重電網(wǎng)無功功率的負(fù)擔(dān)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)下降，同時(shí)引起電重電網(wǎng)無功功率的負(fù)擔(dān)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)下降，同時(shí)引起電網(wǎng)電壓下降和線路損耗增大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。網(wǎng)電壓下降和線路損耗增大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無功功率的補(bǔ)償并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無功功