第一章风力发电机1分析.ppt

②同步发电系统并网示意图 特点： ①系统中无电力电子变流器，仅靠风力机的调速系统来保证发电机恒速。 ②该种机组对调速和并网的同步要求较高，所以在实际并网运行发电机系统中很少采用。 图1-10　带有调速机构的同步风力发电系统的原理框图 图1-9　定桨距恒速恒频运行的并网同步风力发电机系统结构示意图 2）笼型异步交流发电机 ①异步发电机转子的转速与电网频率不同，用转差率s描述： 说明：当s0时，电机作电动机运行，当s0时，电机作发电机运行。 发电功率随转差率绝对值增大而增加，并网运行的笼型异步交流发电机其转速n处于n1n1.05n1。（图中AB区） 图1-11　异步发电机的转矩-转速(转差率)特性曲线 ②异步交流发电机并网示意图 特点：转子无需励磁电流，定子与电网连接吸收无功来励磁，输出无变流器，靠风力机来保持恒定转速，因此只能捕获某一风速下的最大风能，其他风速效率不高。 ③为了提高低风速下机组运行的效率，采用双速电机，低风速小电机运行，高风速大电机运行。运行时需要考虑大容量机组和小容量机组之间的切换问题。 例如：600kw定桨距风力发电机组可以设计成6极150kw、同步转速为1000r/min，和4极600kw、同步转速1500r/min。 图1-12　定桨距恒速恒频运行的并网异步风力发电机系统结构示意图 二、变速/恒频系统发电机 （1）变速恒频：发电机组变速运行，但输出电能频率恒定。该种运行模式是目前并网运行的主要模式。 （2)发电机类型：双馈异步交流发电机、永磁低速交流发电机。 （3）几种发电机工作原理： 1)双馈异步发电机 ①结构及特点：与 绕线式异步电机结构一样， 具有定子、转子两套绕组， 定子结构与异步电机定子 结构相同，转子带有集电 环和电刷。转子绕组通入 交流电流。 图1-13 双馈异步发电机的剖视图 ②双馈：定子与电网直接连接，转子通过集电环与变频器连接，进而与电网连接，在一定条件，定子与转子同时向电网供电。 ③工作原理: 图1-14　双馈异步发电机构成的变速恒频风力发电系统结构示意图 1°转子变流器：给转子提供励磁电流和将转子侧输出的功率送入电网两个功能。有AC-AC、AC-DC-AC种类。 2°变速恒频运行原理： 设转子三相绕组中通入的交流电的频率为f2，相对应的旋转磁场的转速为n2，转子的机械旋转速度为n，电网频率f1=50Hz相对应的同步转速为n1,定子绕组中感应的电动势的频率即为电网频率f1,定子同步旋转速度为n1。 只有满足n+n2=n1，才能满足电网频率。 通过换算可得 结论：发电机转子变速运行时，控制转子电流的频率，就能保持频率输出恒定。 进一步换算，将下式代入 可得， 发电机转子与旋转磁场变化视频 下一页 交-直-交变流器（AC-DC-AC）是一种变频器设备，采用两个PWM逆变电路背靠背组成，称为双向PWM逆变电路或双向变换器，接向电机集电环端的逆变电路称为机侧变换器，接向电网方的逆变电路称为网侧变换器。在双向变换器一侧输入交流电在另一侧可转换出不同频率、不同电压、不同相位的交流电；反方向也是一样。 大功率交-直-交变流器的价格非常昂贵，在双馈风力发电机组中的交-直-交变流器仅向转子绕组提供励磁电源，功率为发电机的25%已够用，相对全功率变流器价格便宜多了，这也是双馈风力发电机组的主要优点之一。 3°双馈异步发电机的三种运行状态： 亚同步状态：当nn1，转子中电流产生的旋转磁场转速n2与转子方向相同，即此时励磁变流器向转子提供励磁，发电机由定子发出电能给电网。 超同步状态：当nn1，转子中电流产生的旋转磁场转速n2与转子方向相反，此时励磁变流器的能量流向逆向，发电机同时由定子和转子发出电能给电网。 同步运行状态：当n=n1，处于同步状态，此时f2=0，说明励磁变换器向转子提供直流励磁，与同步发电机一样，由定子发出电能给电网。 观看双馈风电机组运行视频 2）直驱型发电机 ①直驱：取消齿轮箱，转速低，磁极对数多。 ②结构：采用低速多级永磁式发电机，定子通过全功率变流器与电网连接。 直驱电机运转视频 ③原理： 直驱发电机转子采用永久磁铁，为同步发电机，当发电机由风力机拖动作变速运行时，为保证定子绕组输出与电网一致的频率，定子绕组需经全功率变流器并入电网，实现变速恒频控制。 图1-15　多级永磁直驱式速恒频风力发电机组的结构示意图 本章结束 磁轭，是磁极磁力线的通路。磁极与磁轭都是用导磁良好的钢铁制成。 当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。 真正发电机的转子是电磁铁，转子上绕有励磁线圈，通过滑环向励磁线圈供电来产生磁场。把定子与线