1、风力发电技术风力发电机系统两大核心系统：风力机系统两大核心系统：风力机系统 发电机系统发电机系统一个灵魂：一个灵魂： 系统控制器系统控制器风力机系统：桨叶轮毂主轴调桨机构（液压或电动伺服 机构）偏航机构（电动伺服机构）刹车、制动机构风速传感器发电机系统：发电机励磁调节器（电力电子变换器）并网开关软并网装置无功补偿器主变压器转速传感器风力发电机系统5.1 风力发电机组分类 （ 1）按风轮桨叶分类）按风轮桨叶分类失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限 制风力机的输出转矩与功率；制风力机的输出转矩与功率；变桨型：高风速时，调整桨距
2、角，限制输出转矩与功率。变桨型：高风速时，调整桨距角，限制输出转矩与功率。（ 2）按风轮转速分类）按风轮转速分类定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低；定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低；变速型：包括以下两种方式变速型：包括以下两种方式双速：可在两个设定转速下运行，改善风能转换率；双速：可在两个设定转速下运行，改善风能转换率；连续变速：连续可调，可捕捉最大风能功率。连续变速：连续可调，可捕捉最大风能功率。（ 3）按传动机构分类）按传动机构分类升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。直驱型：将低速风力机和低速发电机直接连接。直驱型：
3、将低速风力机和低速发电机直接连接。直驱风力机（ 4）按发电机分类）按发电机分类异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步发电机；绕线式异步发电机。发电机；绕线式异步发电机。同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。（ 5）按并网方式分类）按并网方式分类并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。按功率调节方式分按功率调节方式分 ：定桨距（失速型：定桨距（失速型 )、变桨
4、距、变桨距按叶轮转速是否恒定分按叶轮转速是否恒定分 ： 恒速发电机、变速发电机恒速发电机、变速发电机 其它机型其它机型 ：主动失速型、无齿轮箱型：主动失速型、无齿轮箱型5.1 风力发电机组分类 5.2 风力机基本型式水平轴式风力机水平轴式风力机5.2 风力机基本型式5.2 风力机基本型式风轮旋转平面与风向垂直风轮旋转平面与风向垂直叶片径向安装，与风轮旋转平面成叶片径向安装，与风轮旋转平面成一角度一角度大型风力机叶片数少，转速高，用大型风力机叶片数少，转速高，用于发电于发电小型风力机叶片数多，转速低，用小型风力机叶片数多，转速低，用于提水于提水萨瓦里欧斯式风力机萨瓦里欧斯式风力机5.2 风力机基
5、本型式垂直轴式风力机垂直轴式风力机 利用空气动力的阻力利用空气动力的阻力做功做功启动转矩较大启动转矩较大风轮产生不对称气风轮产生不对称气流，受侧向推力流，受侧向推力风能利用系数低，提风能利用系数低，提供的功率较低，不宜供的功率较低，不宜用作发电用作发电5.2 风力机基本型式达里厄式风力机达里厄式风力机利用翼型的升力做功利用翼型的升力做功型风轮弯叶片只承受张力，型风轮弯叶片只承受张力， 不承受离心力载荷不承受离心力载荷型叶片重量轻，转速高型叶片重量轻，转速高不便采用变桨矩方法实现自启不便采用变桨矩方法实现自启动和控制转速动和控制转速扫掠面积小扫掠面积小5.2 风力机基本型式风力发电机系统的分类：
6、风力发电机系统的分类：恒速恒频风力发电机系统恒速恒频风力发电机系统 :（ 1）同步发电机系统（ 2）笼型异步发电机系统（ 3）绕线转子 RCC异步发电机系统变速恒频风力发电机系统变速恒频风力发电机系统 :（ 1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速）（ 2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速）（ 3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速）（ 4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速）（ 5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）5.3 风力发电机三要素：（ 1）同步发电机（ 2）调速器（ 3）励磁调节器恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机的定、转子结构恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机的
7、并网条件同步风力发电机的并网条件 :发电机输出的三相交流电压与电网电压应满足四同条件，即：“ 同相序、同幅值、同频率、同相位 ”同相序：由正确的旋转方向保证同幅值：由励磁调节器自动保证同频率：由调速器保证，桨距调节可用作并网调速器同相位：由调速器微调实现恒速恒频同步风力发电机系统同步风力发电机系统的主要问题同步风力发电机系统的主要问题 :（ 1）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的风力发电机。（ 2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的风能转换率偏低。（
8、3）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。恒速恒频同步风力发电机系统极少被采用！恒速恒频同步风力发电机系统极少被采用！恒速恒频同步风力发电机系统三要素：（ 1）异步发电机（ 2）调速器（ 3）无功补偿器恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机的工作原理 旋转磁场(1) 向对称三相绕组中通入对称三相交流电流，可形成行波磁 场；(2) 如果绕组分布在圆周上，则行波磁场为旋转磁场；(3) 旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（ N、 S极）数目 称为极数，用 2p表示。(4) 旋转磁场的转向取决于三相电流
9、的相序，转速 n1取决于电流的频率 f 和极对数 p：恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机的工作原理 电磁感应（ 1）定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速 n1 旋转（ 2）旋转磁场在转子导条中产生感应电动势 e 和电流 i （ 3） i 在磁场中受力 f，产生电磁转矩 T（ 4）若转子以转速 nn1, 向 n1的方向旋转， T 为制动转矩转差率 : 同步转速 n1与转子转速 n 的差与同步转速 n1的比值， 称为转差率，用 s表示，即 :恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型异步风力发电机系统的特点 :（ 1）无功补偿：发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网
10、。应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（由于负荷经常变动，固定电容难以做到完全补偿。可能出现过补或欠补现象，造成电网电压浮动。可考虑在变电站加装可控无功补偿装置 SVC）（ 2）软并网： 并网瞬间与异步电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装可控硅软起动限流装置；恒速恒频笼型异步风力发电机系统（ 3）过载能力：发电机的机械特性曲线较硬，允许转子转 速变动范围小，导致风力机的风能转换率偏低。风速不稳时，风电机组容易受到冲击机械应力；（软特性发电机的转子损耗较大，发热严重）（ 4）高效轻载：绝大部分时间处于轻载状态，要求发电机 的效率曲线平坦，在中低负载区效率较高
11、。可考虑在轻载区，将定子绕组由角接改为星接，降低铁耗。恒速恒频笼型异步风力发电机系统笼型双速异步风力发电机系统的特点（ 1）变极双速笼型异步风力发电机方案在同一台发电机的定子铁心中，埋设两套不同极对数的电枢绕组（通常为 4/6极）。根据需要，可在两套绕组切换，以获得合适的运行转速。高速绕组角接，低速绕组星接，以降低轻载运行时的铁心磁密和损耗。（ 2）大、小电机方案：采用两台不同容量、不同极对数的单速笼型异步发电机同轴串联。高速发电机角接，低速发电机绕组星接。根据需要，可在两套绕组切换。与变极双速方案相比，小电机的负荷率较高，发电效率更高。恒速恒频笼型异步风力发电机系统恒速恒频 RCC异步风力发
12、电机系统RCC： Rotor Current Control，转子电流控制定义：转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制（ PWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。系统的结构特征：（ 1）采用变桨风力机；（ 2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；（ 3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。恒速恒频笼型异步风力发电机系统优优 点：点：（ 1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节，其高频分量由 RCC调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率 ;（ 2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利用率；（ 3）电力电子主
13、回路结构简单，不需要大功率电源。缺缺 点：点：旋转电力电子开关电路检修、更换困难。恒速恒频笼型异步风力发电机系统变速恒频笼型异步风力发电机系统系统特点：（ 1）交直交变频器使发电机转速与电网频率间的关联解耦；笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态；可利用发电机的电磁转矩控制风力机转子的转速，跟踪其最大功率点。发电机的运行转差率小，发电机机械特性硬，运行效率高；（ 2）发电机侧变频器运行于升压整流状态，机端电压可调，轻载运行时发电机的铁耗小、效率高；（ 3）电网侧变频器运行于逆变状态，将发电机发出的有功传送至电网，并可作为无功发生器参与调节电网无功；对电网波动的适应性好，可以将电网的波动屏蔽于发电机之外；（ 4）变频器与发电机功率容量相等，系统成本高。变速恒频笼型异步风力发电机系统
