第5章风力发电技术报告.ppt

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第5章 风力发电技术 5.4 发电系统 * 5.4 发电系统 风力发电系统中的辅助控制系统 桨叶倾角控制系统 偏航控制系统 使风轮跟踪变化稳定风向 自动解除缠绕 风力机制动系统 正常停机、安全停机、紧急停机 其他安全保护系统 超速保护、电网失电保护、电气保护等 * * 5.4.1 恒频恒速发电系统 概念 在风力发电过程中保持发电机的转速不变,从而得到和电网频率一直的恒频电能 调节类型 定桨距失速型:利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能 变桨距失速型:通过叶轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率 * * 5.4.1 恒频恒速发电系统 定桨距失速控制 特点 当风速变化时,桨叶的迎风角度固定不变。利用桨叶翼型本身的固有失速特征,在高于额定风速下,气流的攻角增大到失速条件时,桨叶表面产生紊流,效率降低,达到限制功率的目的。 * * 5.4.1 恒频恒速发电系统 定桨距失速控制 风轮结构 自动地将功率限制在额定值附近 玻璃钢复合材料 突然失去电网(突甩负载)的情况下,桨叶自身具备制动能力 叶尖扰流器 * * 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 第 * 页 5.2.2 定桨距风电机组的控制 发电机转子电流控制技术 采用转子电流控制器的功率调整(了解) 为什么要在短暂风速下使用转子电流控制技术 反映速度快,可以对发电功率瞬时调节 降低变桨距动作频率,延长变桨距机构的使用寿命。 * * 第5章 风力发电技术 5.2.2 定桨距风电机组的控制 * * * * * * * * * 第5章 风力发电技术 变桨距控制是为了尽可能地提高风力机风能转化效率和保持风力机输出功率平稳,风力机可进行桨距调整 变桨距型风力机在各种工况可按最佳参数运行,使输出功率曲线得到优化,可使桨叶和整机的受力状况大为改善,还可以使发动机在额定风速以下的工作区段有较高的发电量,而在额定风速以上的高风速区段不超载,不需要过载能力大的发电机 * * 第5章 风力发电技术 变桨控制系统实际上是一个随动系统,变桨距控制器是一个非线性比例控制器,它可以补偿比例阀的死带和极限 图5.1 * * 5.1 功率调节 在超过额定风速后(一般为12~16m/s)以后,由于部件机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制,必须降低风轮的能量捕获,使功率输出保持在额定值附近,减少叶片承受负荷和整个风力机受到的冲击,保证风力机不受损害 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 定桨距失速调节 控制最简单,利用高风速时升力系数降低和阻力系数增加,限制功率在高风速时保持恒定 变桨距调节 转动桨距叶片安装角以减小攻角,高风速时减小升力系数,以限制功率 主动失速调节 利用桨距调节,在中低风速区可优化功率输出 * * 5.1 功率调节 风力发电技术的发展 在功率调节方式 变速恒频技术和变桨调节技术 发电机类型 无刷双馈型感应发电机和永磁式发电机 在控制技术 计算机分布式控制技术和新的控制理论 驱动方式 免齿轮箱的直接驱动技术 * * 5.1 功率调节 风力发电技术的发展 世界风力发电机组的统一形式 水平轴 三叶片 上风向 管式塔 * * 5.1 功率调节 风力发电技术的发展 发展趋势 单机容量不断增大 变桨距功率调节方式代替定桨距功率调节方式 变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统 免齿轮箱系统的直取方式发电系统 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 3种功率调节方式 图5.2 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 定桨距失速控制 图5.3 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 优点:控制简单 缺点: 功率曲线由叶片的失速特性决定,功率输出不确定 阻尼较低,振动幅度较大,叶片易疲劳损坏 高风速时气动载荷较大,叶片及塔架等受载荷较大 低风速段风轮转速较低时的功率输出较高 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 变桨距调节 优点:获取更多的风能,提供气动刹车,减少作用在机组上额极限载荷 变桨速率约为5°/s,紧急变桨速率为10 °/s 图5.5 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 主动失速调节 特点: 可以补偿空气密度、叶片粗糙度、翼型变化对功率输出的影响,优化中低风速的出力 额定点之后可维持额定功率输出 叶片可顺桨,制动平稳,冲击小,极限载荷小 图5.6 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 恒速与变速运行 定桨距机组,在低风速运行时效率较低,若设计低风速时效率过高,叶片会过早失速。 * * 5.1 功率调节 功率调节方式 双速运行 将发电机分别设计成4极和6极 在低风速段可改变风轮转速,保持最佳叶尖速比,效率高 降低叶片噪声 叶轮气动

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