風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)（第二版）課件 陳繼永 項(xiàng)目二 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)內(nèi)蒙古輝騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目二風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo) ①熟練掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成。 ②掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成部件功能及選型依據(jù)。 ③初步掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目描述 設(shè)計(jì)一套1kW的獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，具體包括： ●確定風(fēng)力機(jī)裝機(jī)容量； ●風(fēng)力發(fā)電機(jī)選型； ●蓄電池容量確定； ●電力變換單元設(shè)計(jì)方案確定； ●電力變換單元主要元件選型； ●逆變器選型。相關(guān)知識(shí)一、系統(tǒng)基本組成二、風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)三、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要類(lèi)型四、風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性五、發(fā)電機(jī)六、電力變換單元七、蓄電池八、控制器一、系統(tǒng)基本組成圖2-1離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖

二、風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)一般分為水平軸和垂直軸兩種，垂直軸的風(fēng)力機(jī)主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，在遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)不易調(diào)速，在80年代后期各國(guó)己經(jīng)停止了對(duì)這種風(fēng)車(chē)的研制和開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在的風(fēng)力機(jī)主要是水平軸螺旋槳推進(jìn)器型的。水平軸風(fēng)力機(jī)主要由風(fēng)輪、回轉(zhuǎn)體、調(diào)速機(jī)構(gòu)、調(diào)向機(jī)構(gòu)、手剎車(chē)機(jī)構(gòu)、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔架等部件所組成。三、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要類(lèi)型1．定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組2．變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組3．主動(dòng)失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組4．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1．定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組定槳距是指槳葉與輪毅的連接是固定的，槳距角固定不變，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，來(lái)限制發(fā)電機(jī)的功率輸出。2．變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距是指安裝在輪毅上的葉片通過(guò)控制改變其槳距角的大小。其調(diào)節(jié)方法為：當(dāng)風(fēng)電機(jī)組達(dá)到運(yùn)行條件時(shí)，控制系統(tǒng)命令調(diào)節(jié)槳距角調(diào)到45°，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)，再調(diào)節(jié)到0°直到風(fēng)力機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)輸出功率小于額定功率時(shí)，槳距角保持為0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié);當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。3．主動(dòng)失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將定槳距失速調(diào)節(jié)型與變槳距調(diào)節(jié)型兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相結(jié)合，充分吸取了被動(dòng)失速和槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，槳葉采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)。在低風(fēng)速時(shí)，將槳葉節(jié)距調(diào)節(jié)到可獲取最大功率位置，槳距角調(diào)整優(yōu)化機(jī)組功率的輸出；當(dāng)風(fēng)力機(jī)發(fā)出的功率超過(guò)額定功率后，槳葉節(jié)距主動(dòng)向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值以下，限制機(jī)組最大功率輸出，隨著風(fēng)速的不斷變化，槳葉僅需要微調(diào)維持失速狀態(tài)。制動(dòng)剎車(chē)時(shí)，調(diào)節(jié)槳葉相當(dāng)于氣動(dòng)剎車(chē)，很大程度上減少了機(jī)械剎車(chē)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊。4．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變速恒頻是指在風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以跟蹤風(fēng)速的變化，由于轉(zhuǎn)速發(fā)生變化必然導(dǎo)致發(fā)電機(jī)頻率的變化，必須采用適當(dāng)?shù)目刂剖侄?AC-DC-AC或AC-AC變頻器)來(lái)保證與電網(wǎng)同頻率后并入電網(wǎng)。機(jī)組在葉片設(shè)計(jì)上采用了變槳距結(jié)構(gòu)。四、風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性主要包括以下4部分。1．葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)2．最大功率曲線(xiàn)3．實(shí)際輸出功率4．轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性1．葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)圖2-2典型Cp=f(λ)曲線(xiàn)2．最大功率曲線(xiàn)Pt=

圖2-3功率—轉(zhuǎn)速特性曲線(xiàn)

3．實(shí)際輸出功率圖2-4某風(fēng)力機(jī)輸出功率曲線(xiàn)4．轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性由于系統(tǒng)本身機(jī)械性能、電氣特性的限制，轉(zhuǎn)矩、功率和轉(zhuǎn)速不可能無(wú)限大，在達(dá)到極限后必須進(jìn)行運(yùn)行保護(hù)控制，使系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行。

五、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)承擔(dān)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換任務(wù)。它不僅直接影響這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的性能、效率和供電質(zhì)量，而且也影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、效率和裝置結(jié)構(gòu)。因此，選用可靠性高、效率高、控制及供電性能良好的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電工作的一個(gè)重要任務(wù)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)所與一般發(fā)電機(jī)不同，其技術(shù)要求有其特殊性，在性能上又必須與風(fēng)力機(jī)有良好的匹配，獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)的型式一般為三相交流同步發(fā)電機(jī)五、發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)應(yīng)該符合以下主要的技術(shù)要求：●發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，其輸出交流電壓的頻率不小于20Hz；●發(fā)電機(jī)應(yīng)能承受短路機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)而不發(fā)生損壞及有害變形，試驗(yàn)應(yīng)在當(dāng)發(fā)電機(jī)空載轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行，在交流側(cè)三相短路，歷時(shí)3s；●發(fā)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍1kW及以下(含1kW)為65%~150%額定轉(zhuǎn)速，2kW及以上(含2kW)為65%~125%額定轉(zhuǎn)速；●在65%額定轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機(jī)的空載電壓應(yīng)不低于額定電壓；●當(dāng)發(fā)電機(jī)在額定電壓下并輸出額定功率時(shí)，其轉(zhuǎn)速應(yīng)不大于105%額定轉(zhuǎn)速；●在最大工作轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機(jī)應(yīng)能承受輸出功率增大至1.5倍額定值的過(guò)載運(yùn)行，歷時(shí)5min；●直流輸出端輸出額定功率時(shí)，其效率的保證值應(yīng)符合表2-2的規(guī)定；●發(fā)電機(jī)在空載情況下，應(yīng)能承受2倍的額定轉(zhuǎn)速，歷時(shí)2min，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不發(fā)生損壞及有害變形；●發(fā)電機(jī)定子繞組應(yīng)能承受歷時(shí)1min的耐電壓試驗(yàn)而不發(fā)生擊穿。

六、電力變換單元由于風(fēng)能的隨機(jī)性，發(fā)電機(jī)所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的，以及蓄電池只能存儲(chǔ)直流電能，無(wú)法為交流負(fù)載直接供電。因此，為了給負(fù)載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿(mǎn)足交流負(fù)載用電，需要在發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間加入電力變換裝置，由整流器、DC/DC變換器和逆變器組成。1．整流器圖2-6可控整流橋圖2-7不可控整流橋2．DC/DC變換器圖2-8Buck變換器3．逆變器逆變器的功能是將蓄電池所存儲(chǔ)和整流橋輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需要的交流電能。逆變器按輸出功率分為:100W、200W、5OOW、1000W、2000W、5000W等。逆變器按輸人方式分為兩種：（1）直流輸入型:逆變器輸入端直接與電瓶連接的產(chǎn)品；（2）交流輸入型:逆變器輸入端與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)交流輸出端連接的產(chǎn)品，即控制、逆變一體化的產(chǎn)品。七、蓄電池圖2-9鉛酸蓄電池充放電時(shí)端電壓的變化曲線(xiàn)七、蓄電池常用的充電方法（1）恒流充電（2）恒壓充電（3）兩階段、三階段充電（4）智能充電（5）均衡充電七、蓄電池放電控制技術(shù)（1）放電電壓控制法是在蓄電池組進(jìn)行放電時(shí)，系統(tǒng)控制是維持直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定，這樣能保證供給負(fù)載變化情況下，及時(shí)提供足夠的能量。當(dāng)蓄電池組的電壓接近蓄電池組過(guò)放電壓時(shí)，給出報(bào)警;低于下限時(shí)，本組蓄電池就停止放電。（2）放電電流的控制法是在當(dāng)一個(gè)蓄電池組的放電電流小于等于其額定放電電流時(shí)，不進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。當(dāng)有大于其額定放電電流的組時(shí)，對(duì)蓄電池實(shí)行限流控制。即只有蓄電池的放電電流大于設(shè)定的放電電流時(shí)，其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)才會(huì)起作用;否則，這個(gè)電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)不起作用。（3）放電深度控制法是當(dāng)蓄電池組的放電深度大于其設(shè)定的放電深度時(shí)，蓄電池將停止向負(fù)載放電。這主要是為延長(zhǎng)蓄電池的使