风力发电机及其系统幻灯片.ppt

同步风力发电机的电动势方程式 电动势方程式: 式中， Xd＝ Xs＋Xad Xq＝Xs＋Xaq Xad 、Xaq — 每相电枢绕组的直 轴、交轴电枢反应电抗。 Xd 、Xq —每相电枢绕组的直轴、 交轴同步电抗。 相量图（忽略R） 同步发电机的空载特性 E0:定子一相感应电动势的有效值 空载特性 E0＝f ( if ) if:转子励磁电流 空载特性反映了转子励磁磁动势产生磁场、并在定子绕组中感应电动势的能力。 同步发电机的外特性 外特性反映负载性质不同时，端电压随负载大小变化而变化的情况。 外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝const，cos?＝const的条件下，端电压U和负载电流I 的关系曲线。 负载的 cos?不同，U 随I 变化的趋势有所不同。 同步发电机的电压调整率 保持发电机额定运行时（UN、IN、cos?N）的额定励磁电流ifN和转速不变，去掉全部负载后，空载电动势为E0 ，则电压调整率为 式中E0和UN同为相值或线值。 同步发电机的功角特性 电磁功率可用电枢感应电动势、电枢电流及它们之间的夹角表示。对隐极同步发电机（不计饱和）: 电磁功率的表达式 同步发电机的功角特性 功角特性 励磁电磁功率 磁阻电磁功率 隐极同步发电机，最大电磁功率 出现在? ＝90?处。 凸极同步发电机，最大电磁功率 出现在? ＜90?处。 gearbox brake pitch drive main inverter (full rating) wind turbine control rectifier line coupling transformer grid side breaker Yaw drive generator side breaker converter converter controller SG AVR exciter 电励磁直驱同步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 系统特点： 通过调节转子励磁电流，可保持发电机的端电压恒定； 定子绕组输出电压的频率随转速变化； 可采用不控整流和PWM逆变，成本较低； 转子可采用无刷旋转励磁； 转子结构复杂，励磁消耗电功率； 体积大、重量重，效率稍低。 典型风力发电机系统 定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统 永磁直接驱动同步风力发电机 永磁同步发电机的功率变换电路 永磁直接驱动同步发电机系统 系统特点： 永磁发电机具有最高的运行效率； 永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转矩以调节风轮转速； 在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电，对电网波动的适应性好； 永磁发电机和全容量全控变流器成本高； 永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难。 典型风力发电机系统 定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 系统特点： 利用转子的凸极磁阻效应，增强永磁发电机的调磁能力； 采用部分功率容量的SVG逆变器向发电机机端注入无功电流，以调节发电机的端电压； 无需全功率容量的脉冲整流或DC-DC变换器，可明显节省变流器的容量； SVG逆变器可兼有有源滤波的功能，能够改善发电机中的电流波形，降低发电机的谐波损耗和温升。 典型风力发电机系统 定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统 新结构发电机与电力电子变流器的结合，有望大幅度减小大功率低速直驱发电机的空间尺寸和重量！ 小结 （1）笼型异步发电机成本低、可靠性高，在定速和变速全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色； （2）双馈异步发电机