華北電力大新能源發(fā)電技術(shù)課件03風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)

第三章

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)目錄風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀風(fēng)能與風(fēng)力資源風(fēng)力機(jī)原理與特性發(fā)電機(jī)類型與模型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)風(fēng)電場(chǎng)第三章

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)起源：世界上第一臺(tái)用于發(fā)電的風(fēng)力機(jī)于1891年在丹麥建成。1986年5月，我國(guó)第一個(gè)并網(wǎng)風(fēng)場(chǎng)建于山東榮成。發(fā)展：風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過(guò)20幾年的開發(fā)日臻成熟，商業(yè)化機(jī)組的單機(jī)容量從55kW增加到6MW，風(fēng)電成本從20美分/（kW·h），持續(xù)下降到1.4美分/（kW·h），運(yùn)行可靠性和發(fā)電成本接近常規(guī)火電，迅速發(fā)展成為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。目前風(fēng)力機(jī)之最：為維斯塔斯（丹麥）和三菱重工合資企業(yè)所生產(chǎn)的的V164-8.0，單機(jī)功率為8MW，風(fēng)車直徑為177m，高131m。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)一

風(fēng)電的發(fā)展1.世界風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀2014年，全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量51477MW，同比上升44%，累計(jì)裝機(jī)容量首次超過(guò)50GW門檻。2014年中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量2335.05萬(wàn)千瓦，比2013年增長(zhǎng)45.1%，累計(jì)裝機(jī)容量1.1476339億千瓦，同比新增25.5.%，成為全球裝機(jī)規(guī)模最大的國(guó)家。風(fēng)電業(yè)界普遍認(rèn)為，風(fēng)電行業(yè)未來(lái)將進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)的新常態(tài)，今后五年，每年新增裝機(jī)容量或?qū)⒅辽龠_(dá)到2000萬(wàn)千瓦。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量（1996-2013）

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量前十（截止2013.12）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)與預(yù)測(cè)世界風(fēng)電在加速發(fā)展，年新增裝機(jī)市場(chǎng)將會(huì)以6-10%的增長(zhǎng)速度持續(xù)到2018年。累計(jì)裝機(jī)容量在五年期末將翻番，從2013年的300GW增加至2018年的600GW。預(yù)計(jì)到2018年，歐盟風(fēng)電發(fā)展有望實(shí)現(xiàn)68GW的新增裝機(jī)容量。墨西哥的能源改革對(duì)于其風(fēng)電產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，意味著到2024年前每年裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)2GW。在巴西，目前政府招標(biāo)項(xiàng)目到2018年還有約10GW的項(xiàng)目容量。未來(lái)五年內(nèi)，風(fēng)電市場(chǎng)的增長(zhǎng)將集中在亞洲，拉丁美洲和非洲。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀2.中國(guó)風(fēng)電的發(fā)展截止2014年9月底，全國(guó)累計(jì)并網(wǎng)容量8497萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)22%；全國(guó)風(fēng)電上網(wǎng)電量1060億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)7.6%；風(fēng)電棄風(fēng)電量86億千瓦時(shí)，同比下降28.3億千瓦時(shí)；平均棄風(fēng)率7.5%，同比下降3.36個(gè)百分點(diǎn)?！笆濉保?016-2020）期間，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)將達(dá)1億千瓦，年均新增規(guī)模達(dá)2000萬(wàn)千瓦。其中，“三北”大風(fēng)電基地5年內(nèi)新增裝機(jī)6000萬(wàn)千瓦，中東部中低風(fēng)速資源區(qū)新增3000萬(wàn)千瓦，海上風(fēng)電新增1000萬(wàn)千瓦。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀2001－2013我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2014年我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀二

主要的風(fēng)電設(shè)備廠商與市場(chǎng)1.國(guó)外廠商世界風(fēng)電巨頭企業(yè)主要集中在歐洲和北美：丹麥Vestas

西班牙Gamesa

美國(guó)GE德國(guó)Dewind風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀2.國(guó)內(nèi)廠商與市場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主主要來(lái)自國(guó)營(yíng)大型電力集團(tuán)，如龍?jiān)?、華能、北國(guó)電、國(guó)華、華電國(guó)際、中電投等，另外有越來(lái)越多的民營(yíng)企業(yè)參與投資風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)制造廠約29個(gè)。零部件制造廠約30個(gè)。高校和科研院所約12家。專業(yè)研發(fā)中心2個(gè)。風(fēng)資源前期咨詢單位約5家。有能力進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)及其零部件測(cè)試的機(jī)構(gòu)約14家。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

2014年中國(guó)風(fēng)電整機(jī)企業(yè)新增裝機(jī)排名（不含臺(tái)灣省）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)風(fēng)電零部件主要廠商情況風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀2013年中國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)分布示意圖風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀輝騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)圖南澳風(fēng)電場(chǎng)圖風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀三

我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)政策《可再生能源法》

2006年頒布的《可再生能源法》允許多種投資主體進(jìn)入可再生能源領(lǐng)域，并且要求電網(wǎng)公司全額收購(gòu)新能源發(fā)電量，從法律上為以風(fēng)電為代表的新能源快速發(fā)展提供了法律和政策保障。國(guó)產(chǎn)化率指標(biāo)

國(guó)家發(fā)改委公布的《關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》強(qiáng)調(diào)風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率要達(dá)到70%以上特許權(quán)招標(biāo)制度

該方式不但規(guī)定由風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)最低的投標(biāo)商中標(biāo)，而且要求投標(biāo)商綁定設(shè)備制造商進(jìn)行投標(biāo)，為設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率提供了實(shí)施性保障風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀電價(jià)分?jǐn)?/p>

《可再生能源發(fā)電價(jià)格與費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》規(guī)定了可再生能源電價(jià)分?jǐn)偟膶?shí)行辦法5.《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快振興裝備業(yè)的若干意見(jiàn)》

提出大力發(fā)展大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)等新能源裝備，將大型清潔高效發(fā)電裝備列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的16個(gè)重大技術(shù)專項(xiàng)之一風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)：風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀一風(fēng)能基本知識(shí)1.風(fēng)的特性風(fēng)的方向不定、大小多變。風(fēng)速隨高度的增加而提高，風(fēng)速沿高度的相對(duì)提高因地而異，大致上可以用下式表示：

Vn=V1(Zn/Z1)a

式中：Vn－Zn高度處風(fēng)速（m/s）

V1－Z1高度處風(fēng)速（m/s）

a－風(fēng)切變指數(shù)：a＝ln(Vn/V1)/ln(Zn/Z1)風(fēng)除了隨高度變化而變化外，還隨季節(jié)的變化而變化、隨日夜的變化而變化、隨地形的變化而變化。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源2.風(fēng)的能量風(fēng)能：空氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能稱為“風(fēng)能”,風(fēng)能的計(jì)算公式為：

E＝1/2ρsv3

式中:E－風(fēng)能（W）

ρ－空氣密度（kg/m3）

S－氣流截面積（m2)v－風(fēng)速（m/s)風(fēng)能密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的風(fēng)能

W＝1/2ρv3

有效風(fēng)能密度：指風(fēng)機(jī)可利用的風(fēng)速范圍內(nèi)的風(fēng)能密度（對(duì)應(yīng)的風(fēng)速范圍大約是3～25m/s)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源3.風(fēng)速等級(jí)與風(fēng)速頻率

風(fēng)力等級(jí)風(fēng)速（m/s）風(fēng)力等級(jí)

風(fēng)速（m/s）00.0～0.2920.8～24.410.3～1.51024.5～28.421.6～3.31128.5～32.633.4～5.41232.7～36.945.5～7.91337.0～41.458.0～10.71441.5～46.1610.8～13.81546.2～50.9713.9～17.11651.0～56.0817.2～20.71756.1～61.2風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源

風(fēng)速頻率是指一定時(shí)間內(nèi)某風(fēng)速時(shí)數(shù)占各風(fēng)速出現(xiàn)總時(shí)數(shù)的百分比。

利用風(fēng)速頻率分布可以計(jì)算出某一地區(qū)單位面積上全年的風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源風(fēng)速頻率分布曲線4.風(fēng)向與風(fēng)向頻率通常把風(fēng)吹來(lái)的地平方向定為風(fēng)的方向，在陸地上一般用16個(gè)方位來(lái)表示不同的風(fēng)向。風(fēng)頻是指風(fēng)向的頻率，即在一定時(shí)間內(nèi)某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)的百分比。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源風(fēng)向方位圖風(fēng)頻玫瑰圖5.風(fēng)的測(cè)量

初步選定風(fēng)電場(chǎng)之后，要進(jìn)行1～2年的測(cè)風(fēng)。測(cè)風(fēng)的主要目的是正確估計(jì)該地區(qū)可利用風(fēng)能的大小,為裝備風(fēng)力機(jī)提供風(fēng)能依據(jù)。風(fēng)的測(cè)量主要包括風(fēng)向測(cè)量和風(fēng)速測(cè)量?jī)身?xiàng).

測(cè)風(fēng)高度一般為10m、30m、50m、70m。從測(cè)量數(shù)據(jù)中整理出每分鐘（或每小時(shí)）的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向，并選取日最大風(fēng)速（10min平均）和極大風(fēng)速（瞬時(shí)）以及對(duì)應(yīng)的風(fēng)向和出現(xiàn)的時(shí)間。對(duì)影響風(fēng)機(jī)出力和安全其它氣象數(shù)據(jù)（如氣溫、空氣密度、濕度、太陽(yáng)輻射、雨、冰雹、冰雪）以及特殊氣象情況（如臺(tái)風(fēng)、雷電、沙暴、鹽霧、冰凍期等）有測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源6.風(fēng)的利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源風(fēng)能的轉(zhuǎn)換和利用途徑華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院劉其輝二風(fēng)力資源

太陽(yáng)輻射到地球的熱能中有約2％被轉(zhuǎn)變成風(fēng)能，全球大氣中總的風(fēng)能量約為1014MW。其中可被開發(fā)利用的風(fēng)能理論值約有3.5×109MW，比世界上可利用的水能大10倍，相當(dāng)于1000－10000座100萬(wàn)瓦量級(jí)的原子能發(fā)電站。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源·

陸上約有2.53億千瓦

(年電量5000億千瓦時(shí))·

海上約有7.5億千瓦

據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)院預(yù)測(cè)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)可開發(fā)風(fēng)能資源合計(jì)約10億千瓦：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源

我國(guó)風(fēng)能資源可分為四大區(qū)域：東部沿海及島嶼地區(qū)、三北（東北、華北、西北）地區(qū)、內(nèi)陸局部地區(qū)和海上風(fēng)能區(qū)。省區(qū)風(fēng)能儲(chǔ)量省區(qū)風(fēng)能儲(chǔ)量省區(qū)風(fēng)能儲(chǔ)量?jī)?nèi)蒙6,177.5山東393.6湖北192.7西藏3,993.0山西387.1廣西168.1新疆3,433.0河南367.5浙江163.5青海2,421.4云南366.6寧夏148.4黑龍江1,722.8江西292.9福建137.2甘肅1,143.0安徽250.5貴州100.6吉林637.5湖南246.5臺(tái)灣104.8河北611.9江蘇237.6海南64.0遼寧605.8陜西234.2四川435.8廣東195.0全國(guó)合計(jì)25,300.0風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)：風(fēng)能與風(fēng)力資源一風(fēng)力機(jī)的類型1.分類方法

?按風(fēng)輪軸線的方向可分為水平軸式和垂直軸式

?按風(fēng)輪的位置可分為上風(fēng)式和下風(fēng)式

?按風(fēng)能轉(zhuǎn)換的原理可分為升力型和阻力型

?按葉片與輪轂的連接分為定槳型和變槳型

?按塔架類型分桁架式、椎管式

?按葉片數(shù)目分為單片式、雙片式、三片式、四片式和多片式

?按葉片的型式分為螺旋槳型、H型和S型等風(fēng)電中的風(fēng)力機(jī)，升力型、三葉片、水平軸式的占絕大多數(shù)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)的原理與特性風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)的原理與特性2008.6.202.水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性3.垂直軸風(fēng)力機(jī)

風(fēng)輪軸垂直的風(fēng)力機(jī)稱為垂直軸風(fēng)機(jī)。這類風(fēng)力透平的形式也很多，如S型、H型、Ф型等。雖然目前還沒(méi)有大量商品化，但它有許多特點(diǎn)，如不需要塔架、發(fā)電機(jī)可安裝在地面上、維修方便及葉片制造方便等。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性

二風(fēng)力機(jī)的基本原理

自然界中的風(fēng)能不便于利用。為了把風(fēng)能轉(zhuǎn)變成所需要的機(jī)械能、電能、熱能等其他形式的能量，人們發(fā)明了多種形式的風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置，這就是風(fēng)力機(jī)。風(fēng)速v風(fēng)速vIIIFxFyFF’xF’yF’α風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性

如果將一塊薄板放在氣流中，則在沿氣流方向?qū)a(chǎn)生一正面阻力FD和一垂直于氣流方向的升力FL，其值分別由下式確定：

FD=1/2CdρSV2FL=1/2ClρSV2

式中：CD－阻力系數(shù)

CL－升力系數(shù)

S－薄板的面積

ρ－空氣的密度

V

－氣流速度由作用于葉片上的阻力FD而使其轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)輪，稱為阻力型風(fēng)輪；而由升力FL而使其轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)輪，稱為升力型風(fēng)輪。

現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)多采用升力型風(fēng)輪。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性風(fēng)力機(jī)的葉片與受力風(fēng)速vαβFFyFx風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面vωrVrvdα

β傾斜角Φ=α+β<90°FFxFyFy1Fx1風(fēng)輪靜止時(shí)受力風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)受力α——風(fēng)輪葉片的攻角β——槳距角風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性風(fēng)力機(jī)輸入風(fēng)能，輸出機(jī)械能。其輸出功率為：其中Cp為風(fēng)能轉(zhuǎn)換系數(shù)，與葉尖速比λ、漿葉節(jié)距角β有關(guān)。λ＝ωwRw/v。三風(fēng)力機(jī)的輸出特性βωwvv∞CPToλλ風(fēng)力機(jī)的輸入輸出數(shù)學(xué)關(guān)系模型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性Cp=f(β,λ)特性CP幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性Cmax：最大風(fēng)能利用系數(shù)λopt：最佳葉尖速比:

λopt＝ωoptRw/vCP幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式式中式中：L/D——風(fēng)力機(jī)提拉比(LifttoDragratio)；N——風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性風(fēng)力機(jī)最佳功率為：風(fēng)力機(jī)自然功率曲線及最佳功率曲線風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性風(fēng)力機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩為：四主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)風(fēng)輪直徑，通常風(fēng)力機(jī)的功率越大，直徑越大；葉片數(shù)目，高速發(fā)電用風(fēng)力機(jī)為2—4片，低速風(fēng)力機(jī)大干4片；葉片材料，現(xiàn)代常采用高強(qiáng)度低密度的復(fù)合材料；風(fēng)能利用系數(shù)Cp

，一般為0.15—0.5之間；啟動(dòng)風(fēng)速，一般為3—5m/s;額定風(fēng)速，一般為8—20m/s。停機(jī)風(fēng)速，通常為15—35m/s;輸出功率，現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)一般為幾百干瓦—幾兆瓦；另外還有塔架高度等等。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)：風(fēng)力機(jī)原理與特性1.獨(dú)立運(yùn)行發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)永磁式直流發(fā)電機(jī)(微、小型風(fēng)機(jī))，電磁式直流發(fā)電機(jī)(大、中型風(fēng)機(jī))永磁式交流同步發(fā)電機(jī)(微、小型風(fēng)機(jī))

轉(zhuǎn)子采用永磁材料(鐵氧體，汝鐵硼等):凸極式，爪極式硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)蓄電池，整流器電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)需有剩磁或具有蓄電池，足夠的電容一

風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型2.并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型普通異步發(fā)電機(jī)籠型、繞線型，定子并聯(lián)電容提供勵(lì)磁功率轉(zhuǎn)差率S大于0:電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)差率S小于0:發(fā)電狀態(tài)

4極或6極，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于1500r/min或1500r/min才能運(yùn)行與發(fā)電狀態(tài),S=－2％－－5％并網(wǎng)方式：直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)、晶閘管軟并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型

異步發(fā)電機(jī)0ω1ωg轉(zhuǎn)矩Tem發(fā)電機(jī)運(yùn)行區(qū)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)Tem.maxTem.min不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)線性近似普通感應(yīng)電機(jī)的“轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩”特性曲線風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)

評(píng)價(jià)：當(dāng)今風(fēng)電應(yīng)用最廣的一種發(fā)電機(jī)，構(gòu)成雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。DFIG變速恒頻實(shí)現(xiàn)原理

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型DFIG的優(yōu)勢(shì)

轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流幅值、相位、頻率均可調(diào)有功功率、無(wú)功功率均可調(diào)可實(shí)現(xiàn)變速恒頻運(yùn)行，適用于風(fēng)力、潮汐等綠色發(fā)電領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的柔性并網(wǎng)，并網(wǎng)特性優(yōu)良風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型DFIG的3種運(yùn)行狀態(tài)亞同步同步速超同步

亞同步運(yùn)行功率潮流超同步運(yùn)行功率潮流風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)取消電刷和集電環(huán)，可靠性好體積較大，效率比較低分為級(jí)聯(lián)式和磁場(chǎng)調(diào)制型兩種

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型同步發(fā)電機(jī)普通（電磁）同步發(fā)電機(jī)凸極式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低速發(fā)電隱極式機(jī)械強(qiáng)度高，高速發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型新型同步發(fā)電機(jī)

多極永磁低速同步發(fā)電機(jī)

免除齒輪箱，構(gòu)成直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)永磁高壓同步發(fā)電機(jī)

定子：高壓圓形電纜，高壓至10－20KV，甚至40KV。轉(zhuǎn)子：多極永磁，免除齒輪箱

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型同步發(fā)電機(jī)變速恒頻實(shí)現(xiàn)原理風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)(SRG)又稱雙凸極式發(fā)電機(jī),定子轉(zhuǎn)子雙凸極定子極數(shù)比轉(zhuǎn)子多轉(zhuǎn)子無(wú)繞組

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型二發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型1.坐標(biāo)變換Clark變換風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型Park變換風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型2.異步發(fā)電機(jī)dq坐標(biāo)系模型（發(fā)電機(jī)慣例）

電壓方程

磁鏈方程

轉(zhuǎn)矩方程

運(yùn)動(dòng)方程

功率方程華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院劉其輝風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié)：發(fā)電機(jī)類型與模型3.同步發(fā)電機(jī)dq坐標(biāo)系模型（發(fā)電機(jī)慣例）

電壓方程

磁鏈方程

轉(zhuǎn)矩方程

運(yùn)動(dòng)方程

功率方程一風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（機(jī)組）是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)械、電氣及共控制設(shè)備的組合。典型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常主要由葉輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器)、發(fā)電機(jī)、調(diào)向機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)和儲(chǔ)能裝置等幾大部分組成。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩大核心：風(fēng)力機(jī)（機(jī)械）系統(tǒng)＋發(fā)電機(jī)（電氣）系統(tǒng)一個(gè)靈魂：控制系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)：

槳葉輪轂主軸調(diào)槳機(jī)構(gòu)（液壓或電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)）偏航機(jī)構(gòu)（電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)）剎車、制動(dòng)機(jī)構(gòu)風(fēng)速傳感器發(fā)電機(jī)系統(tǒng)：

發(fā)電機(jī)電力電子變換器并網(wǎng)裝置無(wú)功補(bǔ)償器主變壓器發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器

配電、計(jì)量裝置風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輪轂齒輪箱油冷卻器發(fā)電機(jī)變槳驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)罩機(jī)艙低速軸熱交換器控制箱旋轉(zhuǎn)接頭支撐軸承偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)艙座通風(fēng)隔離減震大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.調(diào)向機(jī)構(gòu)作用：用來(lái)調(diào)整風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平而與空氣流動(dòng)方向相對(duì)位置的機(jī)構(gòu)。因?yàn)楫?dāng)風(fēng)輪葉片旋轉(zhuǎn)平面與氣流方向垂直時(shí)，也即是迎著風(fēng)向時(shí)，風(fēng)力機(jī)從流動(dòng)的空氣中獲取的能量最大，因而風(fēng)力機(jī)的輸出功率最大，所以調(diào)向機(jī)構(gòu)又稱為迎風(fēng)機(jī)構(gòu)(國(guó)外通稱偏航系統(tǒng))。類型：小型水平軸風(fēng)力機(jī)常用的調(diào)向機(jī)構(gòu)有尾舵和尾車；風(fēng)電場(chǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行的中大型風(fēng)力機(jī)則采用由伺服電動(dòng)機(jī)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)2.發(fā)電機(jī)微型及容量在10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用永磁式或自勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)，經(jīng)整流后向負(fù)載供電及向蓄電池充電；容量在l00kW以上的并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，則應(yīng)用同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)。3.齒輪箱

作用：是將風(fēng)力機(jī)軸上的低速旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)輸出，以便與發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)速相匹配。類型：1級(jí)行星齒輪和兩級(jí)斜齒輪，1級(jí)行星齒輪和兩級(jí)直齒輪風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3.塔架水平抽風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要通過(guò)塔架將其置于空中，以捕捉更多的風(fēng)能。類型：即由鋼板制成的錐形筒狀塔架和由角鋼制成的桁架式塔架。4.控制系統(tǒng)組成：100kW以上的中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及1MW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組皆配有由微機(jī)、可編程控制器(PLC)、ARM以及DSP等處理器組成的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制、自檢和顯示功能。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要功能①按預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速值(一般為3—4m／s)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。②借助各種傳感器自動(dòng)檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫升、發(fā)電機(jī)輸出功率、功率因數(shù)、電壓、電流等以從齒輪箱軸承的油溫、液壓系統(tǒng)的油壓等。③各運(yùn)行工況內(nèi)的自動(dòng)發(fā)電控制④當(dāng)風(fēng)速大干最大運(yùn)行速度(一般設(shè)定為25m／s)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種情況下的機(jī)械或電氣故障保護(hù)。⑤與風(fēng)電場(chǎng)主控中心通信：如通過(guò)調(diào)制解調(diào)器與電話線連接。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)5.電力變換器電壓源型變換器不控整流+直流斬波+PWM逆變型雙PWM變流型二極管鉗位三電平雙PWM變流型矩陣型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)用于多相永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的多重化變流器（不控整流+直流斬波+PWM逆變型）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電流源型變換器不控整流+PWM變流型雙PWM變流型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)其他類型變換電路電流+電壓主輔變流器并聯(lián)型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制（RCC）電路DFIG轉(zhuǎn)子電流混合控制電路風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在不同的坐標(biāo)系下PWM變換器有不同形式的數(shù)學(xué)模型。無(wú)論何種形式的數(shù)學(xué)模型，其本質(zhì)是一樣的，只不過(guò)是對(duì)同一物理對(duì)象和過(guò)程的不同表現(xiàn)形式。三相靜止abc坐標(biāo)系兩相靜止αβ坐標(biāo)系兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系abc坐標(biāo)系下PWM變換器數(shù)學(xué)模型（Sa、Sb、Sc分別表示三相橋臂的開關(guān)函數(shù)）第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)兩電平電壓源型PWM變換器數(shù)學(xué)模型d軸q軸α軸β軸ωt

Clark變換

Park變換dq坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型αβ坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的突出優(yōu)勢(shì)：交流量→直流量；取消了三相變量之間的耦合；風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)二風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類型1.獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，又稱離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應(yīng)用戶使用，如需要交流電，則要加逆變器。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有：蓄電池儲(chǔ)能、抽水蓄能。正在研究試驗(yàn)的有壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電解水制氫儲(chǔ)能等。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行方式風(fēng)力——柴油發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行風(fēng)力——大陽(yáng)能發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有負(fù)荷調(diào)節(jié)的獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有負(fù)荷調(diào)節(jié)和儲(chǔ)能的風(fēng)-柴聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院劉其輝2.并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述作用：采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能的方式，是克服風(fēng)的隨機(jī)性而帶來(lái)的蓄能問(wèn)題的最穩(wěn)妥易行的運(yùn)行方式，同時(shí)可達(dá)到節(jié)約礦物燃料的目的。應(yīng)用：10kW以上直至MW級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組皆可采用這種方式。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院劉其輝風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類方法及相應(yīng)類型并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類方法及相應(yīng)類型按風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)方式定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片槳角固定的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組稱為定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容量從數(shù)十千瓦到兆瓦級(jí)、性能可靠,但效率較低。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片槳角在一定范圍（一般0o～90o)內(nèi)變化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組稱為變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。效率較高。兆瓦級(jí)及以上機(jī)組多采用此類機(jī)組。定槳距變槳距葉片和輪轂之間采用回轉(zhuǎn)支撐連接，可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)葉片相對(duì)輪轂固定風(fēng)力機(jī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按發(fā)電機(jī)齒輪箱結(jié)構(gòu)形式高速雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)高速鼠籠異步發(fā)電機(jī)高速電磁同步發(fā)電機(jī)高速永磁同步發(fā)電機(jī)中速雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)中速電磁同步發(fā)電機(jī)中速永磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)電磁同步發(fā)電機(jī)直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按驅(qū)動(dòng)鏈形式齒輪箱傳動(dòng)方式（一般有多級(jí)齒輪箱)

需要高速電機(jī)，如IG,DFIG，SG半直驅(qū)方式（一般有一級(jí)齒輪箱)

需要中速發(fā)電機(jī)直驅(qū)方式（無(wú)齒輪箱)

需要低速發(fā)電機(jī)，如多極PMSG風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按發(fā)電機(jī)類型同步發(fā)電機(jī)包括普通同步發(fā)電機(jī)（SG）與PMSG，采用同步發(fā)電機(jī)一般均在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間配置全功率變換器。異步發(fā)電機(jī)包括籠型感應(yīng)發(fā)電機(jī)（IG）與DFIG，IG應(yīng)用于沒(méi)有功率變換器的恒速風(fēng)電機(jī)組或者采用全功率變換器的變速風(fēng)電機(jī)組，DFIG用于部分功率變換的變速風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按電力變換器處理功率大小全功率變換型發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間配置全功率變換器，發(fā)電機(jī)類型可采用IG、SG、PMSG。部分功率變換型發(fā)電機(jī)采用DFIG，DFIG定子與電網(wǎng)直接相連，而轉(zhuǎn)子通過(guò)變換器與電網(wǎng)相連。變換器只處理發(fā)電機(jī)20%-30%額定容量的功率。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)方式定槳距機(jī)組

偏航控制失速控制葉尖干擾器控制

變槳距機(jī)組

變槳控制：低于額定風(fēng)速時(shí)通過(guò)變槳提高效率，高于額定風(fēng)速時(shí)通過(guò)變槳限制功率。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變槳調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，可通過(guò)變槳改變?nèi)~片槳角提高風(fēng)機(jī)效率。風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，可通過(guò)變槳限制風(fēng)機(jī)功率，使其在額定功率下運(yùn)行。停機(jī)時(shí)使葉片處于順槳狀態(tài)，以保護(hù)葉片和機(jī)器的安全?？墒癸L(fēng)機(jī)年平均發(fā)電量增加10％以上。

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按機(jī)組運(yùn)行方式恒速桓頻方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速的波動(dòng)而變化，始終維持恒轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而輸出恒定額定頻率的交流電。這種方式具有簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)風(fēng)能的利用不充分。該方式是老舊技術(shù)。變速恒頻方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的波動(dòng)作變速運(yùn)行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風(fēng)能的利用率，但將導(dǎo)致必須增加實(shí)現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備。該方式是目前的主流技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變極雙速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案大、小電機(jī)方案三恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.方案類型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)三要素：（1）同步發(fā)電機(jī)、（2）調(diào)速器、（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器三要素：（1）異步發(fā)電機(jī)、（2）調(diào)速器、（3）無(wú)功補(bǔ)償器典型的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)2.常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)配置雙速定速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單速定速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)籠型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)＋全功率變換器電磁同步發(fā)電機(jī)＋全功率變換器繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)+外接可變轉(zhuǎn)子電阻雙饋式：雙饋異步發(fā)電機(jī)＋部分功率變換器無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)＋部分功率變換器直驅(qū)式：永磁同步發(fā)電機(jī)＋全功率變換器其他類型，如開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、磁場(chǎng)調(diào)制型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)四變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.方案類型高速型：部分功率、全功率（發(fā)電機(jī)體積最?。。┑退傩停喝β剩òl(fā)電機(jī)體積最大?。┲兴傩停喝β剩òl(fā)電機(jī)與齒輪箱集成,發(fā)電機(jī)體積中等?。┑湫偷淖兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)2.變速恒頻發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.系統(tǒng)效率高變轉(zhuǎn)速運(yùn)行可以最佳葉尖速比運(yùn)行,提高了風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率,與變槳恒速運(yùn)行機(jī)組相比,年發(fā)電量可提高10%以上。2.能提高供電品質(zhì)陣風(fēng)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增加，把風(fēng)能余量存儲(chǔ)在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中,風(fēng)速下降時(shí),再將風(fēng)輪動(dòng)能緩慢釋放出來(lái)變?yōu)殡娔芩徒o電網(wǎng)?？蓽p少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。3.使槳角調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單化。低于額定風(fēng)速時(shí),槳角固定；高風(fēng)速時(shí),調(diào)節(jié)槳角限制輸出功率。4.環(huán)保效果好低風(fēng)速時(shí),風(fēng)輪處于低轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài),使噪聲降低。也不易引起視覺(jué)疲勞。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3.變速恒頻的實(shí)現(xiàn)原理風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全功率變換的實(shí)現(xiàn)原理部分功率變換的實(shí)現(xiàn)原理基于異步發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置可變轉(zhuǎn)子電阻的繞線異步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)4.常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)配置采用兩電平電壓源變換器的籠型異步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用并聯(lián)變換器結(jié)構(gòu)的籠型異步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用二極管嵌位三電平電壓源變換器的中壓籠型異步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用電流源變換器的中壓籠型異步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基于同步發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置采用背靠背電壓源型變換器的同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用背靠背電流源型變換器的同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用并聯(lián)背靠背電壓源型變換器的多相同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用“不控整流器+升壓變換器+電壓源逆變器”的同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用“不控整流器+降壓變換器+電流源逆變器”的同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用并聯(lián)型“不控整流器+電壓源逆變器”的多同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：發(fā)電機(jī)、齒輪箱等大部件易拆卸，可維護(hù)較好；并且技術(shù)成熟、設(shè)計(jì)、制造難度低；供應(yīng)鏈成熟，部件通用性較好。

缺點(diǎn)：齒輪箱增速比高，可靠性較低，負(fù)荷重，存在軸承與齒輪磨損、潤(rùn)滑油更換頻繁、機(jī)械噪聲、高速振動(dòng)等；維護(hù)保養(yǎng)工作量大，有電刷和滑環(huán)，增加維護(hù)工作量；能量利用率較低，軸向尺寸較大。

此技術(shù)路線為技術(shù)最成熟、市場(chǎng)占有率最高的技術(shù)路線。5.變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)路線的對(duì)比分析風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)高速雙饋機(jī)型優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)能利用率較高，電能質(zhì)量較好，發(fā)電機(jī)、齒輪箱等大部件易拆卸，可維護(hù)較好；相同功率下發(fā)電機(jī)體積較小，不存在碳刷和滑環(huán)的維護(hù)。

缺點(diǎn)：同樣存在齒輪箱增速比高，可靠性低等問(wèn)題；永磁材料在震動(dòng)、沖擊、高溫情況下容易發(fā)生失磁的現(xiàn)象；技術(shù)不成熟，需要全功率變流器。此技術(shù)路線是一種經(jīng)高速雙饋?zhàn)冃投鴣?lái)的技術(shù)路線。高速永磁同步機(jī)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：齒輪箱增速比小，齒輪抗疲勞特性增強(qiáng)，壽命提高；其所采用的軸承和齒輪等數(shù)量較少，系統(tǒng)可靠性較高；齒輪箱、發(fā)電機(jī)等大部件易拆卸，可維護(hù)性好，更適合海上機(jī)型；齒輪箱簡(jiǎn)單、體積小、制造難度小，對(duì)加工設(shè)備要求低，制造成本較低。缺點(diǎn)：機(jī)艙比同規(guī)格高速雙饋較重；有電刷和滑環(huán)，增加維護(hù)工作量。

此技術(shù)路線為高速與直驅(qū)的折中型技術(shù)路線。中速雙饋機(jī)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：齒輪箱增速比較低，壽命增加，可靠性提高；風(fēng)能利用率較高，電能質(zhì)量較好；相同功率下發(fā)電機(jī)體積較小，不存在碳刷和滑環(huán)的維護(hù)工作。

缺點(diǎn)：同樣存在永磁材料在震動(dòng)、沖擊、高溫情況下容易發(fā)生失磁的問(wèn)題；技術(shù)尚未成熟，需全功率變流器。此技術(shù)路線是在提高可靠性的同時(shí)又能保證電能質(zhì)量的一種技術(shù)路線。中速永磁同步機(jī)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)鏈無(wú)齒輪箱，減少了傳動(dòng)鏈能量損失，可靠性高；無(wú)碳刷和滑環(huán)，維護(hù)工作量小，系統(tǒng)噪音低；能量利用率高，發(fā)電質(zhì)量好

。

缺點(diǎn)：電機(jī)體積與重量均較大，既影響機(jī)艙空氣動(dòng)力特性，又增加制造難度與成本，定、轉(zhuǎn)子加工需要大型設(shè)備；同樣存在永磁材料的失磁問(wèn)題，永磁材料存在永久的強(qiáng)磁性，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)條件下檢修，所以一旦出現(xiàn)問(wèn)題只有返回廠家才能維修，現(xiàn)場(chǎng)不具有可維護(hù)性。此技術(shù)路線是直驅(qū)機(jī)組中相對(duì)較優(yōu)的一種技術(shù)路線。直驅(qū)永磁同步機(jī)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)鏈無(wú)齒輪箱，減少了傳動(dòng)鏈能量損失，機(jī)械系統(tǒng)可靠性高；能量利用率高，發(fā)電質(zhì)量好

。

缺點(diǎn)：電機(jī)體積與重量更大大，不但影響機(jī)艙空氣動(dòng)力特性，同時(shí)增加制造難度與成本，而且發(fā)電機(jī)的陸上運(yùn)輸比較困難；存在電刷和滑環(huán)，既增加機(jī)械摩擦，也增加電損耗，降低電機(jī)效率；需要全功率變流器，成本高，損耗大。此技術(shù)路線是整機(jī)體積最大、重量最重的一種技術(shù)路線。直驅(qū)電磁同步機(jī)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第五節(jié)：風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一運(yùn)行區(qū)域按照風(fēng)速和機(jī)組運(yùn)行特性（轉(zhuǎn)速、功率）分為五大運(yùn)行區(qū)域：并網(wǎng)區(qū)MPPT區(qū)轉(zhuǎn)速限制區(qū)功率限制區(qū)切出停機(jī)區(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)并網(wǎng)控制區(qū)域轉(zhuǎn)速限制區(qū)域最大風(fēng)能追蹤區(qū)域功率限制區(qū)域不同運(yùn)行區(qū)域的功率特性第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)并網(wǎng)區(qū)：無(wú)功率輸出。MPPT區(qū)：恒Cp區(qū)，轉(zhuǎn)速變化保持最佳葉尖速比，小于額定轉(zhuǎn)速，功率小于額定功率。轉(zhuǎn)速限制區(qū)：轉(zhuǎn)速保持為最大（額定）轉(zhuǎn)速，功率小于等于額定功率。功率限制區(qū)：轉(zhuǎn)速為最大（額定）轉(zhuǎn)速，功率小于等于額定功率。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的整體控制結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)雙饋風(fēng)電機(jī)組的整體控制結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)二.槳距角控制（變槳控制）策略典型線型槳距角控制器控制框圖轉(zhuǎn)速限制區(qū)和功率限制區(qū)適用于風(fēng)速較大的場(chǎng)合，可以通過(guò)改變風(fēng)力機(jī)槳距角減少輸入的風(fēng)能，控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速或功率。槳距角控制方式有兩種：線型槳距角控制策略和非線性槳距角控制策略。用于限制轉(zhuǎn)速的典型線性槳距角控制策略：轉(zhuǎn)速閉環(huán)PID調(diào)節(jié)后輸出槳距角的增量，與線性點(diǎn)處的槳距角參考值相加，經(jīng)限幅后輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)三.最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）技術(shù)風(fēng)力機(jī)最佳功率為：風(fēng)力機(jī)最佳轉(zhuǎn)矩為：1.風(fēng)力機(jī)的輸出特性和最佳功率曲線風(fēng)力機(jī)輸出功率為：風(fēng)力機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為：Cmax：最大風(fēng)能利用系數(shù)λopt：最佳葉尖速比

λopt＝ωoptRw/v結(jié)論：（1）對(duì)于一臺(tái)風(fēng)力機(jī)，其Cmax、λopt、kw是不變的。（2）MPPT的實(shí)質(zhì)是，隨著風(fēng)速v的變化，實(shí)時(shí)改變轉(zhuǎn)速使其等于ωopt，

保持葉尖速比為λopt，從而保持風(fēng)能利用系數(shù)為Cmax。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)第六節(jié)：風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)2.風(fēng)力機(jī)的MPPT實(shí)