培訓(xùn)Repower風(fēng)力發(fā)電機及其系統(tǒng)培訓(xùn)_第1頁
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培訓(xùn)Repower風(fēng)力發(fā)電機及其系統(tǒng)培訓(xùn)第1頁/共79頁風(fēng)力發(fā)電機組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機艙+輪轂+槳葉+變槳系統(tǒng)+偏航系統(tǒng)+齒輪箱+發(fā)電機+底座+塔筒+控制柜第2頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第3頁/共79頁定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第4頁/共79頁三相籠型異步風(fēng)力發(fā)電機第5頁/共79頁籠型異步風(fēng)力發(fā)電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)定子鐵心轉(zhuǎn)子繞組(端環(huán))機座轉(zhuǎn)子鐵心定子繞組風(fēng)扇端蓋第6頁/共79頁籠型異步風(fēng)力發(fā)電機的工作原理向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對稱三相交流電流,可以產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。如果三相繞組分布在一個圓周上,則旋轉(zhuǎn)磁場作旋轉(zhuǎn)運動。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。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:

旋轉(zhuǎn)磁場——同步轉(zhuǎn)速第7頁/共79頁籠型異步風(fēng)力發(fā)電機的工作原理Sn1Nffne,

iT

f

產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T

定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)

在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e

e在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流i

i在磁場中產(chǎn)生電磁力f

若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n>n1,向n1的方向旋轉(zhuǎn)

n是否會等于

n1?要產(chǎn)生T,必須n≠n1——異步機械能

→電能,是發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,發(fā)電!第8頁/共79頁籠型異步風(fēng)力發(fā)電機的工作原理

轉(zhuǎn)差率籠型異步發(fā)電機中轉(zhuǎn)差率S與運行狀態(tài)的關(guān)系?

把同步轉(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

異步電機的特點之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1不同。n=(1-s)n1則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可表示為:第9頁/共79頁籠型異步風(fēng)力發(fā)電機的工作原理

異步電機的運行狀態(tài)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)!n>n1>0s<00<n<n10<s<101n10ns第10頁/共79頁電機正反轉(zhuǎn)控制圖第11頁/共79頁籠型異步發(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(fù)載狀況第12頁/共79頁鐵損和銅損鐵損:電機的鐵損包括磁滯損失和渦流損失兩部分,電機空載時所消耗的功率。銅損:電機繞組上的損耗,包括原繞組的銅損和副繞組的銅損,一般電機短路情況下的損耗就是銅損。第13頁/共79頁籠型異步發(fā)電機的功率表述定子輸出功率:定、轉(zhuǎn)子銅損耗:機械輸入功率:電磁功率:鐵損耗:第14頁/共79頁籠型異步發(fā)電機的功率流程圖第15頁/共79頁籠型異步發(fā)電機的機械特性曲線電磁轉(zhuǎn)矩:電動機狀態(tài):0<n<n1,0<s<1發(fā)電機狀態(tài):0<n1<n

,s<0軟特性

vs.硬特性第16頁/共79頁籠型異步發(fā)電機的運行特點(1)發(fā)電機勵磁消耗無功功率,皆取自電網(wǎng)。應(yīng)選用較高功率因數(shù)發(fā)電機,并在機端并聯(lián)電容;(2)絕大部分時間處于輕載狀態(tài),要求在中低負(fù)載區(qū)效率較高,希望發(fā)電機的效率曲線平坦;(3)風(fēng)速不穩(wěn),易受沖擊機械應(yīng)力,希望發(fā)電機有較軟的機械特性曲線,Smax絕對值要大;(4)并網(wǎng)瞬間與電動機起動相似,存在很大的沖擊電流,應(yīng)在接近同步轉(zhuǎn)速時并網(wǎng),并加裝軟起動限流裝置;

第17頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第18頁/共79頁轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)(RotorCurrentControl,RCC)

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(fēng)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19頁/共79頁轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)(RotorCurrentControl,RCC)

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20頁/共79頁轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)(RotorCurrentControl,RCC)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21頁/共79頁RCC異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的特點優(yōu)點:(1)風(fēng)速變化引起風(fēng)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(yīng)力,平滑輸出電功率;(2)利用風(fēng)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(fēng)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22頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第23頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)主回路構(gòu)成:

雙饋異步發(fā)電機+交直交雙向功率變換器第24頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(風(fēng)冷)第25頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機的關(guān)鍵部位:滑環(huán)(電刷)系統(tǒng)第26頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)什么是雙饋電機?所謂雙饋電機,就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,一般將定子繞組接入電網(wǎng),而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進行調(diào)節(jié)。雙饋電機的特點:(1)和異步電機區(qū)別:異步電機是通過定子從電網(wǎng)吸收勵磁電流,本身無勵磁繞組,而雙饋與同步機一樣有獨立的勵磁繞組;異步電機無法改變功率因數(shù);異步電機的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化。(2)和同步機區(qū)別:同步機勵磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值,因此只能對無功功率進行調(diào)節(jié),而雙饋電機可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位:改變勵磁頻率,可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速;改變勵磁電流相位,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機電勢和電網(wǎng)電壓向量的相對位置,改變了電機功率角,可以調(diào)節(jié)有功和無功.第27頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機的一種;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(變頻器);轉(zhuǎn)子繞組通入變頻交流勵磁;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);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28頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)控制原理簡圖第29頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋系統(tǒng)(變換器系統(tǒng)):(1)交交變頻器(雙饋中有一定應(yīng)用)優(yōu)點:自然換流,四象限可靠運行;無直流濾波,變頻效率高。缺點:變壓器始終吸收無功、功率因數(shù)低;諧波大,輸出頻率低,需要隔離變壓器(2)交直交變頻器(大量應(yīng)用)優(yōu)點:雙PWM實現(xiàn)能量的雙向傳遞;結(jié)構(gòu)簡單、電流諧波含量小、輸入功率因數(shù)可控缺點:直流環(huán)節(jié)的濾波電容體積較大,壽命較短,且雙側(cè)采用PWM控制,開關(guān)損耗較大.(3)矩陣變換器(研發(fā)階段)優(yōu)點:四象限運行;可輸出幅值、頻率、相位和相序均可控的電壓,諧波含量較小.缺點:換流過程不允許兩個開關(guān)同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷,實現(xiàn)比較困難第30頁/共79頁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡圖第31頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)基于IGBT(絕緣柵雙極晶閘管)技術(shù)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)交直交雙向功率變換器大的機側(cè)小的網(wǎng)側(cè)第32頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)IGBT原理圖第33頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第34頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第35頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)交直交雙向功率變換器兩套PWM控制型三相開關(guān)橋“背靠背”,中間存在電容支撐的直流母線;在任一時刻,一套三相橋處于脈沖整流狀態(tài);而另一套處于逆變狀態(tài);發(fā)電機側(cè)三相開關(guān)橋采用定子磁場定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法;電網(wǎng)側(cè)三相開關(guān)橋采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法;可實現(xiàn)發(fā)電機輸出的有功和無功功率解耦控制。第36頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機的運行原理引入轉(zhuǎn)子交流勵磁變流器,控制轉(zhuǎn)子電流;轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率,跟隨轉(zhuǎn)速變化;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);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;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)。第37頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機的等值電路S≠0

時S=0

時,右邊的轉(zhuǎn)子支路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電流源。第38頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)亞同步發(fā)電運行

nr

<n1時,(即0<S<1)

f2取正號,如果忽略各種損耗,則發(fā)電機的能量關(guān)系為:P電磁=P機械+P轉(zhuǎn)差

P上網(wǎng)=P電磁(定子饋電,轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵磁)b.超同步發(fā)電運行

nr

>n1時,(即S>1)

f2取負(fù)號,如果忽略各種損耗,則發(fā)電機的能量關(guān)系為:P機械=P轉(zhuǎn)差+P電磁

P上網(wǎng)=P轉(zhuǎn)差+P電磁(定子饋電+轉(zhuǎn)子饋電)第39頁/共79頁將定轉(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(biāo)系中,進行調(diào)節(jié)控制的方法。第40頁/共79頁定子磁場定向矢量控制第41頁/共79頁雙饋發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)速關(guān)系此圖參考1.5MW風(fēng)機第42頁/共79頁雙饋發(fā)電機的負(fù)載電流關(guān)系第43頁/共79頁雙饋發(fā)電機的負(fù)載轉(zhuǎn)子電壓關(guān)系第44頁/共79頁雙饋發(fā)電機的效率曲線第45頁/共79頁雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的特點(1)連續(xù)變速運行,風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高;(2)部分功率變換,變流器成本相對較低;(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(yīng)要求;(6)改善作用于風(fēng)輪槳葉上機械應(yīng)力狀況;(7)雙向變流器結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜;(8)電刷與滑環(huán)間存在機械磨損。第46頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第47頁/共79頁轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)

混合控制雙饋+斬波第48頁/共79頁轉(zhuǎn)子電流混合控制的特點優(yōu)點:(1)簡化了主回路結(jié)構(gòu)和控制策略,成本低;(2)兼具雙饋控制和RCC控制的優(yōu)點。缺點:(1)轉(zhuǎn)速范圍縮?。唬?)超同步速運行時,無功功率不可調(diào),功率因數(shù)略低。第49頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第50頁/共79頁變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)gearboxbrakepitchdriveinverterrectifierlinecouplingtransformergridsidebreakerYawdrivegeneratorsidebreakerConverter(fullrating)windturbinecontrollerconvertercontrollerCageInductiongenerator第51頁/共79頁變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點籠型異步風(fēng)力發(fā)電機運行于變速變頻發(fā)電狀態(tài);運行于小轉(zhuǎn)差率范圍,發(fā)電機機械特性硬,運行效率高;發(fā)電機機端電壓可調(diào),輕載運行效率高;發(fā)電機與電網(wǎng)被可控的變流器隔離,系統(tǒng)對電網(wǎng)波動的適應(yīng)性好;變流器與發(fā)電機功率容量相等,系統(tǒng)成本高。第52頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第53頁/共79頁電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)展同步發(fā)電機的必要性:同步發(fā)電機用作風(fēng)力發(fā)電機時,即可直接向交流負(fù)載供電,也可經(jīng)整流器變換為直流電,向直流負(fù)載供電。因此,同步風(fēng)力發(fā)電機已成為中小容量風(fēng)力發(fā)電機組的首選機型。近年來,在大容量風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)品中,同步風(fēng)力發(fā)電機也已暫露頭角,有望成為未來的主力機型。第54頁/共79頁直接驅(qū)動同步風(fēng)力發(fā)電機去除齒輪箱,直接驅(qū)動的理由:由齒輪箱引起的風(fēng)電機組故障率高;齒輪箱的運行維護工作量大,易漏油污染;系統(tǒng)的噪聲大,效率低,壽命短。直驅(qū)帶來的問題:發(fā)電機轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大,體積重量明顯增大;全功率整流逆變,變流器成本高。第55頁/共79頁直接驅(qū)動同步風(fēng)力發(fā)電機第56頁/共79頁同步風(fēng)力發(fā)電機的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定子鐵心定子繞組發(fā)電機轉(zhuǎn)子第57頁/共79頁同步風(fēng)力發(fā)電機的基本工作原理同步發(fā)電機原理:產(chǎn)生感應(yīng)電動勢風(fēng)力機拖著發(fā)電機的轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速n1相對于定子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn);安放于定子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)體與轉(zhuǎn)子上的主磁極之間發(fā)生相對運動;根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知,相對于磁極運動(即切割磁力線)的導(dǎo)體中將感應(yīng)出電動勢:導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則判斷。第58頁/共79頁同步風(fēng)力發(fā)電機的基本工作原理如果發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為n1,單位為r/min,即發(fā)電機轉(zhuǎn)子每秒轉(zhuǎn)了n1/60圈,則定子導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的頻率為:當(dāng)發(fā)電機的極對數(shù)p與轉(zhuǎn)速n1一定時,發(fā)電機內(nèi)感應(yīng)電動勢的頻率f就是固定的數(shù)值。

第59頁/共79頁同步風(fēng)力發(fā)電機的基本工作原理同步發(fā)電機原理:

—產(chǎn)生電磁力

如果在同步發(fā)電機定子導(dǎo)體A中有電流流過,那么根據(jù)電磁作用力定律,導(dǎo)體A在主磁極的磁場作用下,將受到一個電磁力:電磁力的方向可用左手定則判斷。第60頁/共79頁同步風(fēng)力發(fā)電機的電動勢方程式電動勢方程式:式中,Xd=Xs+Xad

Xq=Xs+XaqXad、Xaq—每相電樞繞組的直軸、交軸電樞反應(yīng)電抗。Xd、Xq—每相電樞繞組的直軸、交軸同步電抗。相量圖(忽略R)第61頁/共79頁同步發(fā)電機的空載特性

E0:定子一相感應(yīng)電動勢的有效值空載特性E0=f(if

)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(yīng)電動勢的能力。第62頁/共79頁同步發(fā)電機的外特性

外特性反映負(fù)載性質(zhì)不同時,端電壓隨負(fù)載大小變化而變化的情況。外特性:同步發(fā)電機在n=nN,if=const,cos=const的條件下,端電壓U和負(fù)載電流I的關(guān)系曲線。

負(fù)載的cos不同,U

隨I

變化的趨勢有所不同。第63頁/共79頁同步發(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(fù)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64頁/共79頁同步發(fā)電機的功角特性

電磁功率可用電樞感應(yīng)電動勢、電樞電流及它們之間的夾角表示。對隱極同步發(fā)電機(不計飽和):電磁功率的表達式

第65頁/共79頁同步發(fā)電機的功角特性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=90處。

凸極同步發(fā)電機,最大電磁功率出現(xiàn)在<90處。第66頁/共79頁gearboxbrakepitchdrivemaininverter(fullrating)windturbinecontrolrectifierlinecouplingtransformergridsidebreakerYawdrivegeneratorsidebreakerconverterconvertercontrollerSGAVRexciter電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第67頁/共79頁電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點: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;定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化;可采用不控整流和PWM逆變,成本較低;轉(zhuǎn)子可采用無刷旋轉(zhuǎn)勵磁;轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,勵磁消耗電功率;體積大、重量重,效率稍低。第68頁/共79頁典型風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)第69頁/共79頁永磁直接驅(qū)動同步風(fēng)力發(fā)電機永磁同步發(fā)電機的功率變換電路第70頁/共79頁永磁直接驅(qū)動同步發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點:永磁發(fā)電機具有最高的運行效率;永磁發(fā)電機的勵磁不可調(diào),導(dǎo)致其感應(yīng)電動勢隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化。采用可控PWM整流或不控整流

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