風力發(fā)電機及其系統(tǒng)

1、風力發(fā)電機及其系統(tǒng)第1頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四2風力發(fā)電機及其系統(tǒng) 目的 介紹現(xiàn)代風力發(fā)電機組中的發(fā)電機及其系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、運行原理和控制方法，說明發(fā)電機對風力機和電力系統(tǒng)的影響。（1）恒速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng)（2）變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng) 內(nèi)容第2頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)第3頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四4 風力機（輪轂、槳葉），傳動機構(gòu)（齒輪箱），發(fā)電機，控制器（調(diào)槳、偏航、啟停、并網(wǎng)），結(jié)構(gòu)件（機艙、塔筒、基礎）風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)第4頁，共74頁，2022年，5月20日，15點3

2、9分，星期四5雙饋異步風力發(fā)電機組第5頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)第6頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四7直驅(qū)永磁同步風力發(fā)電機組第7頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四8風力發(fā)電機組的基礎知識 槳葉的距角 槳葉圍繞翼展長度方向的軸線旋轉(zhuǎn)的角度。顯然，槳距角的變動對槳葉的升力影響很大。 槳葉的升力與阻力第8頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四9風力機風能轉(zhuǎn)換效率特性風輪的功率風能轉(zhuǎn)換率葉尖速比TSR: Tip Speed Rate第9頁，共74頁，2022年，5月20日，15點3

3、9分，星期四10定槳距槳葉槳距角固定，大風速時，翼型的尾部氣流紊亂，升力不增反降，稱為失速現(xiàn)象。變槳距槳葉槳距角可調(diào)，大風速時，增大槳距角，可保持風力機吸收功率恒定，也可完全釋放功率。變槳距有利于大風速下穩(wěn)定風力機吸收的功率。風力發(fā)電機組的功率控制第10頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四11風力發(fā)電機組的功率控制定速發(fā)電機發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速基本恒定，例如籠型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機。變速發(fā)電機 發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)變化。需要變頻器保證饋入電網(wǎng)的電能頻率恒定。變速發(fā)電機有利于小風速下風力機吸收更多的功率。第11頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四12風力機

4、的輸出功率定槳定速 vs.變槳變速風力機輸出功率的比較：第12頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四13風力發(fā)電機組兩大核心系統(tǒng)：風力機系統(tǒng) 發(fā)電機系統(tǒng)一個靈魂： 系統(tǒng)控制器風力機系統(tǒng)： 槳葉 輪轂 主軸 調(diào)槳機構(gòu)（液壓或電動伺服機構(gòu)） 偏航機構(gòu)（電動伺服機構(gòu)） 剎車、制動機構(gòu) 風速傳感器發(fā)電機系統(tǒng)： 發(fā)電機 勵磁調(diào)節(jié)器（電力電子變換器） 并網(wǎng)開關(guān) 軟并網(wǎng)裝置 無功補償器 主變壓器 轉(zhuǎn)速傳感器第13頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四14風力發(fā)電機組風電機組對發(fā)電機系統(tǒng)的基本要求：（1）將旋轉(zhuǎn)風力機的機械能高效率地轉(zhuǎn)換為電能 轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率、電壓、電

5、流、體積、重量（2）輸出的電能質(zhì)量應滿足電力系統(tǒng)的并網(wǎng)要求 頻率、有功、無功、波形畸變率、三相不平衡度、 并網(wǎng)沖擊、電壓跌落跨越（3）與風力機系統(tǒng)匹配，最大限度發(fā)揮風力機的風能轉(zhuǎn)換率 有無齒輪箱（直驅(qū)）、變速（MPPT）、變槳（恒功）（4）安全、可靠運行 過壓、過流、過速、過熱等狀態(tài)監(jiān)測與保護第14頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四15風力發(fā)電機組風電機組的分類：（1）按風輪槳葉分類 失速型：高風速時，因槳葉形狀或因葉尖處的擾流器 動作，限制風力機的輸出轉(zhuǎn)矩與功率； 變槳型：高風速時，調(diào)整槳距角，限制輸出轉(zhuǎn)矩與功率。（2）按風輪轉(zhuǎn)速分類 定速型：風輪保持一定轉(zhuǎn)速運行，風

6、能轉(zhuǎn)換率較低； 變速型： 雙速：可在兩個設定轉(zhuǎn)速下運行，改善風能轉(zhuǎn)換率； 連續(xù)變速：連續(xù)可調(diào)，可捕捉最大風能功率。第15頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四16風力發(fā)電機組風電機組的分類：（3）按傳動機構(gòu)分類 升速型：用齒輪箱連接低速風力機和高速發(fā)電機。 直驅(qū)型：將低速風力機和低速發(fā)電機直接連接。（4）按發(fā)電機分類 異步型：籠型單速異步發(fā)電機、籠型雙速變極異步 發(fā)電機；繞線式異步發(fā)電機。 同步型：電勵磁同步發(fā)電機；永磁同步發(fā)電機。（5）按并網(wǎng)方式分類 并網(wǎng)型：直接或間接并入電網(wǎng)，可省卻儲能環(huán)節(jié)。 離網(wǎng)型：需配儲能環(huán)節(jié)，也可與柴發(fā)、光伏并聯(lián)運行。 第16頁，共74頁，202

7、2年，5月20日，15點39分，星期四17風力發(fā)電機系統(tǒng)風力發(fā)電機系統(tǒng)的分類：恒速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng) （1）同步發(fā)電機系統(tǒng) （2）籠型異步發(fā)電機系統(tǒng) （3）繞線轉(zhuǎn)子RCC異步發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng) （1）變速恒頻鼠籠異步發(fā)電機系統(tǒng)（高速） （2）變速恒頻雙饋異步發(fā)電機系統(tǒng)（高速） （3）變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速） （4）變速恒頻永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速） （5）變速恒頻橫向磁通發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速） 第17頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四18風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)三要素：（1）同步發(fā)電機（2）調(diào)速器（3）勵磁調(diào)節(jié)器第18頁

8、，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四19恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子磁極第19頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四20恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的基本工作原理 產(chǎn)生感應電動勢（1）風力機拖著發(fā)電機的轉(zhuǎn)子以恒定 轉(zhuǎn)速n1沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)（2）定子鐵心槽內(nèi)的導體與轉(zhuǎn)子上的 主磁極之間發(fā)生相對運動 （3）導體切割磁力線感應出電動勢導體感應電動勢的方向可用右手定則判斷！交變頻率：p：磁極的極對數(shù)第20頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四21恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機

9、的基本工作原理 產(chǎn)生電磁制動力（1）載流導體在磁場中受到電磁力（2）繞組電流受力形成電磁轉(zhuǎn)矩 （3）電磁轉(zhuǎn)矩阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，是一種 制動轉(zhuǎn)矩，與風力機的拖動轉(zhuǎn)矩 相平衡。電磁制動力的方向可用左手定則判斷！第21頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四22恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的電動勢方程式相量圖（忽略R）式中， Xd XsXad XqXsXaqXad 、Xaq 每相電樞繞組的直軸 和交軸電樞反應電抗。Xs 每相電樞繞組的漏電抗。Xd 、Xq 每相電樞繞組的直軸 和交軸同步電抗。第22頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四23空載特性 E0f

10、 ( if )恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的空載電壓特性 E0:定子一相感應電動勢的有效值if:轉(zhuǎn)子勵磁電流 空載特性反映了轉(zhuǎn)子勵磁磁動勢產(chǎn)生磁場、并在定子繞組中感應電動勢的能力。額定點第23頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四24恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的外特性 外特性 Uf ( I )外特性反映負載性質(zhì)不同時，端電壓隨負載大小變化而變化的情況。 外特性：同步發(fā)電機在nnN ，ifconst，cosconst的條件下，端電壓U和負載電流I 的關(guān)系曲線。 負載的 cos不同，U 隨I 變化 的趨勢有所不同。第24頁，共74頁，2022年，5月2

11、0日，15點39分，星期四25恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的電壓調(diào)整率保持發(fā)電機額定運行時（UN、IN、cosN）的額定勵磁電流ifN和轉(zhuǎn)速不變，去掉全部負載后，空載電動勢為E0 ，則電壓調(diào)整率為式中E0和UN同為相值或線值。第25頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四26恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的功角特性勵磁電磁功率磁阻電磁功率 隱極同步發(fā)電機，最大電磁功率出現(xiàn)在 功角 90處。 凸極同步發(fā)電機，最大電磁功率出現(xiàn)在 功角 90處。第26頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四27恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機的并網(wǎng)條

12、件 發(fā)電機輸出的三相交流電壓與電網(wǎng)電壓應滿足四同條件，即： “同相序、同幅值、同頻率、同相位”同相序：由正確的旋轉(zhuǎn)方向保證同幅值：由勵磁調(diào)節(jié)器自動保證同頻率：由調(diào)速器保證，槳距調(diào)節(jié)可用作并網(wǎng)調(diào)速器同相位：由調(diào)速器微調(diào)實現(xiàn)第27頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四28恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)的主要問題 （1）并網(wǎng)問題：并網(wǎng)控制復雜，對調(diào)速器要求過高，并網(wǎng)過程長，成功率較低，沖擊電流不易控制，不適合于頻繁脫、并網(wǎng)的風力發(fā)電機。（2）運行問題：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受電網(wǎng)頻率的鉗制，發(fā)電機呈現(xiàn)剛性機械特性。轉(zhuǎn)子受到的沖擊應力大，電磁功率波動快，風力機的風能轉(zhuǎn)換率偏低。（3

13、）過載問題：高風速時，對變槳調(diào)節(jié)的動態(tài)響應要求高，無法利用轉(zhuǎn)子慣量緩沖。留給過速保護的響應時間太短。恒速恒頻同步風力發(fā)電機系統(tǒng)極少被采用！第28頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四29風力發(fā)電機系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)三要素：（1）異步發(fā)電機（2）調(diào)速器（3）無功補償器第29頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四30恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)第30頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四31恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的工作原理 旋轉(zhuǎn)磁場(1) 向?qū)ΨQ三相繞組中通入對稱

14、三相交流電流，可形成行波磁場；(2) 如果繞組分布在圓周上，則行波磁場為旋轉(zhuǎn)磁場；(3) 旋轉(zhuǎn)磁場在一個圓周內(nèi)，呈現(xiàn)出的磁極（N、S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2p表示。(4) 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速n1取決于電流的頻率 f 和極對數(shù)p： 同步轉(zhuǎn)速第31頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四32恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的工作原理 電磁感應（1）定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n1 旋轉(zhuǎn)（2）旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子導條中產(chǎn)生感應電動勢 e和電流i（3）i 在磁場中受力f，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T （4）若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速nn1, 向n1的方向旋轉(zhuǎn)， T為制動轉(zhuǎn)矩

15、轉(zhuǎn)差率: 同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值， 稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即:n(1s)n1或：第32頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四33恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)電機狀態(tài)電動機狀態(tài)用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機的運行狀態(tài)!nn10s00nn10s101n10ns籠型異步風力發(fā)電機的運行狀態(tài)第33頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四34恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的等值電路一相等值電路定子漏阻抗、轉(zhuǎn)子漏阻抗（折合）、勵磁阻抗轉(zhuǎn)子可變電阻反映發(fā)電機的負載狀況第34頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星

16、期四35恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的電磁功率表述定子輸出功率：定、轉(zhuǎn)子銅損耗：電磁功率：鐵損耗：第35頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四36恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的等值電路一相等值電路定子漏阻抗、轉(zhuǎn)子漏阻抗（折合）、勵磁阻抗轉(zhuǎn)子可變電阻反映發(fā)電機的負載狀況第36頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四37恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機的功率流程圖第37頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四38恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)矩：電動機狀態(tài)： 0nn1 ，0s1發(fā)電

17、機狀態(tài)： 0n1n ，s0軟特性 vs. 硬特性籠型異步風力發(fā)電機的機械特性曲線第38頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四39恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點 （1）無功補償：發(fā)電機勵磁消耗無功功率，皆取自電網(wǎng)。應選用較高功率因數(shù)發(fā)電機，并在機端并聯(lián)電容； （由于負荷經(jīng)常變動，固定電容難以做到完全補償?？赡艹霈F(xiàn)過補或欠補現(xiàn)象，造成電網(wǎng)電壓浮動?？煽紤]在變電站加裝可控無功補償裝置SVC）（2）軟并網(wǎng)： 并網(wǎng)瞬間與異步電動機起動相似，存在很大的沖擊電流，應在接近同步轉(zhuǎn)速時并網(wǎng)，并加裝可控硅軟起動限流裝置；第39頁，共74頁，2022年，5月20日，1

18、5點39分，星期四40恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點（3）過載能力：發(fā)電機的機械特性曲線較硬，允許轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變動范圍小，導致風力機的風能轉(zhuǎn)換率偏低 。風速不穩(wěn)時，風電機組容易受到?jīng)_擊機械應力 ； （軟特性發(fā)電機的轉(zhuǎn)子損耗較大，發(fā)熱嚴重）（4）高效輕載：絕大部分時間處于輕載狀態(tài)，要求發(fā)電機的效率曲線平坦，在中低負載區(qū)效率較高?？煽紤]在輕載區(qū)，將定子繞組由角接改為星接，降低鐵耗。第40頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四41恒速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型雙速異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點（1）變極雙速籠型異步風力發(fā)電機方案 在同一臺發(fā)電機的定子鐵心中，

19、埋設兩套不同極對數(shù)的電樞繞組（通常為4/6極）。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換，以獲得合適的運行轉(zhuǎn)速。高速繞組角接，低速繞組星接，以降低輕載運行時的鐵心磁密和損耗。（2）大、小電機方案： 采用兩臺不同容量、不同極對數(shù)的單速籠型異步發(fā)電機同軸串聯(lián)。高速發(fā)電機角接，低速發(fā)電機繞組星接。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換。與變極雙速方案相比，小電機的負荷率較高，發(fā)電效率更高、第41頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四42恒速恒頻RCC異步風力發(fā)電機系統(tǒng)RCC ：Rotor Current Control，轉(zhuǎn)子電流控制 定義： 轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)是指通過電力電子開關(guān)和脈寬調(diào)制（PWM）來控制繞

20、線型異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的一項技術(shù)。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征：（1）采用變槳風力機；（2）采用繞線型異步發(fā)電機，但沒有滑環(huán)；（3）采用旋轉(zhuǎn)開關(guān)器件斬波控制轉(zhuǎn)子電流，動態(tài)調(diào)整 發(fā)電機的機械特性。第42頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四43恒速恒頻RCC異步風力發(fā)電機系統(tǒng)繞線型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子采用類似于定子的三相交流繞組，一般接成Y接；轉(zhuǎn)子三相繞組可在轉(zhuǎn)子內(nèi)部聯(lián)接，也可經(jīng)滑環(huán)電刷裝置將轉(zhuǎn)子三相繞組端接線引出；轉(zhuǎn)子三相繞組的端接線在轉(zhuǎn)子內(nèi)部短接時，發(fā)電機的機械特性類似于籠型異步發(fā)電機；外接附加電阻時，機械特性變軟。第43頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四44恒

21、速恒頻RCC異步風力發(fā)電機系統(tǒng)Rs增大轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻時的人為機械特性 三相繞線型異步電機的參數(shù)和U1、f1一定，轉(zhuǎn)子每相中串入附加電阻Rs 。 Rs時： Tm不變， |smax| ， Tf (s)更傾斜。第44頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四45恒速恒頻RCC異步風力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流斬波控制電路：原理： 控制附加電阻的接入時間，從而控制轉(zhuǎn)子電流.第45頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四46恒速恒頻RCC異步風力發(fā)電機系統(tǒng)優(yōu)點：（1）風速變化引起風輪轉(zhuǎn)矩脈動的低頻分量由變槳調(diào)速機構(gòu)調(diào)節(jié)，其高頻分量由RCC調(diào)節(jié)，可明顯減輕槳葉應力，平滑

22、輸出電功率;（2）利用風輪作為慣性儲能元件，吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化形成的動能，提高風能利用率；（3）電力電子主回路結(jié)構(gòu)簡單，不需要大功率電源。缺點：旋轉(zhuǎn)電力電子開關(guān)電路檢修、更換困難。第46頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四47風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)第47頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四48變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)四象限背靠背變頻器（全功率容量）第48頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四49變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點：（1）交直交變頻器使發(fā)電機轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率間的關(guān)聯(lián)解耦；籠型異步風力發(fā)

23、電機運行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；可利用發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩控制風力機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，跟蹤其最大功率點。發(fā)電機的運行轉(zhuǎn)差率小，發(fā)電機機械特性硬，運行效率高；（2）發(fā)電機側(cè)變頻器運行于升壓整流狀態(tài)，機端電壓可調(diào)，輕載 運行時發(fā)電機的鐵耗小、效率高；第49頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四50變速恒頻籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點：（3）電網(wǎng)側(cè)變頻器運行于逆變狀態(tài)，將發(fā)電機發(fā)出的有功傳送至電網(wǎng)，并可作為無功發(fā)生器參與調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功；對電網(wǎng)波動的適應性好，可以將電網(wǎng)的波動屏蔽于發(fā)電機之外； （4）變頻器與發(fā)電機功率容量相等，系統(tǒng)成本高。第50頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分

24、，星期四51風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng) 雙饋異步風力發(fā)電機 交直交雙向功率變換器第51頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四52變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)國產(chǎn)MW雙饋異步風力發(fā)電機第52頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四53變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)國產(chǎn)1.5MW雙饋異步風力發(fā)電機交流勵磁變頻器第53頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四54變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機的結(jié)構(gòu)第54頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四55變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng) 繞線型

25、繞組的聯(lián)結(jié)方式繞線型轉(zhuǎn)子繞組通常采用Y聯(lián)結(jié)第55頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四56變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機：（1）繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機的一種；（2）定子繞組直接接入交流電網(wǎng)；轉(zhuǎn)子繞組端接線由三只滑環(huán)引出，接至一臺雙向功率變換器；（3）轉(zhuǎn)子繞組通入受控的變頻交流勵磁電流；（4）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時也可運行于發(fā)電狀態(tài)；（5）定子繞組端口并網(wǎng)后始終發(fā)出電功率；但轉(zhuǎn)子繞組端口電功率的流向取決于轉(zhuǎn)差率；第56頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四57變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機的運行原理 轉(zhuǎn)子交流勵磁（1）轉(zhuǎn)子電流

26、的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化；（2）通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位，控制轉(zhuǎn)子磁場領(lǐng)先于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場，從而在轉(zhuǎn)速高于和低于同步轉(zhuǎn)速時都能保持發(fā)電狀態(tài)； （3）通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值，可控制發(fā)電機定子輸出的無功功率；（4）轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無功功率變換，為轉(zhuǎn)差功率，容量與轉(zhuǎn)差率有關(guān)（約為全功率的0.3倍，|s|0.3）第57頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四58變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機的等值電路S0 時，右邊的轉(zhuǎn)子支路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電流源。S0 時變頻器第58頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四59變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系

27、統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)中的變頻器 拓撲結(jié)構(gòu)：交直交電壓型變頻器。由兩個共用直流環(huán)節(jié)的背靠背三相整流/逆變器組成?？蓪崿F(xiàn)變頻、變壓和功率雙向流動； 控制方式：發(fā)電機側(cè)變頻器采用定子磁場定向矢量控制；電網(wǎng)側(cè)變頻器采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制。通過二者之間的協(xié)調(diào)控制，保持直流母線電壓恒定?？蓪崿F(xiàn)發(fā)電機的有功功率和無功功率之間的解耦控制； 電壓調(diào)制：空間電壓矢量正弦型脈寬調(diào)制。第59頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四60定子磁場定向矢量控制：將定、轉(zhuǎn)子電壓、電流和磁鏈各量投影到由定子磁場確定的同步旋轉(zhuǎn)坐標系中，進行調(diào)節(jié)控制的方法。變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)第60頁，共74頁，

28、2022年，5月20日，15點39分，星期四61變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)速關(guān)系第61頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四62變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機的功率電流關(guān)系第62頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四63變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)子電壓關(guān)系第63頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四64變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風力發(fā)電機的功率效率曲線第64頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四65變速恒頻雙饋異步風力發(fā)電機系

29、統(tǒng)系統(tǒng)特點：（1）連續(xù)變速運行，風能轉(zhuǎn)換率高；（2）部分功率變換，變頻器成本相對較低；（3）電能質(zhì)量好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）；（4）并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；（5）降低槳距控制的動態(tài)響應要求；（6）改善作用于風輪槳葉上機械應力狀況 ；（7）雙向變頻器結(jié)構(gòu)和控制較復雜；（8）電刷與滑環(huán)間存在機械磨損。第65頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四66風力發(fā)電機系統(tǒng)變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機系統(tǒng)（中、低速）半直驅(qū)或直驅(qū)第66頁，共74頁，2022年，5月20日，15點39分，星期四67變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點：（1）連續(xù)變速運行，風能轉(zhuǎn)換率高；（2）通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，可保持發(fā)電機的端電壓恒定； （3）可采用不控整流和PWM逆變，成本低于全功率變換 ；（4）電能質(zhì)量好，并網(wǎng)簡單，無沖擊電流；（5）降低槳距控制的動態(tài)響應要求，改善槳葉上機械應力狀況