2023风力发电机组及其控制系统培训课件.pptx

风力发电机组及其控制系统 培训;内容提要;风力发电基本原理培训;风的特性 风的产生 风的特性 风的表示法： 风向、风速、风级 风的特性： 风的随机性 风随高度变化而变化 风能：风能密度、风能;风机的分类 以风轮轴安装形式分 水平轴风机：风轮的旋转轴与风向平行 - 升力型风机：旋转速度较快 - 阻力型风机：旋转速度较慢 - 上风向：风轮在塔架前面 - 下风向：风轮在塔架后面 垂直轴风机：风轮的旋转轴与地面或气流方向垂直;风机的分类 按运行方式分 独立运行风力发电机组 并网运行风力发电机组 按功率分：微型（50～1000W） 小型（1～10KW） 中型（10～100KW) 大型（100KW);风力发电机的结构;风力发电机的结构;风力发电机组的工作原理 在并网运行风力发电机组中，当风以一定的速度吹向风力 机时，在风轮的叶片上产生的力驱动风轮叶片低速转动， 将风能转换成机械能，通过传动系统由增速箱增速，将动 力传递给发电机，发电机将机械能转变为电能。 由于风向经常变化，为了有效的利用风能，在风机上装有 迎风装置。 迎风装置根据风向传感器测得的风向信号， 由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮相啮合的小 齿轮转动，使机舱始终对准风向方向。;风力机的气动原理;风力机的气动原理;风力机的气动原理 风机损失的能量：;风力机的气动原理（叶素理论） 叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些 微段为叶素，如图所述，多个圆环，半径，径向宽。在每个叶素上 作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和 阻力二维模型，作用在每个叶素单元的合力流速与叶片平面的夹角 为攻角。翼型特征系数和随攻角的改变而改变。;风力机的气动原理（叶素理论）;风力机的气动原理（叶素理论）;发电系统基础理论;独立运行风力发电机组中的发电机 直流发电机 永磁式直流发电机： 定子采用永磁体 电磁式直流发电机： 定子采用励磁绕组，通以直流电 永磁式交流同步发电机：转子采用永磁体，有凸极式和爪极式两种， 定子与普通交流电机相同 硅整流自励式交流同步发电机：??子由铁心和三相定子绕组组成，定 子绕组为星型联接，转子由转子铁心、转子绕组、集电环和转子轴组 成，励磁绕组通过集电环和电刷与整流器的直流输出端相连，以后的 直流电流励磁 电容自励式异步发电机： 在异步发电机定子绕组输出端接电容，以产 生超前于电压的容性电流产生磁场，从而建立电压;并网运行风力发电机组中的发电机 异步发电机 结构：定子为三相绕组，采用星形或角形链接，转子为笼型或绕线形， 定子绕组并连电容器来提供无功电流建立磁场，一般为4极或6极。 原理：;并网运行风力发电机组中的发电机 异步发电机;并网运行风力发电机组中的发电机 同步发电机 结构：定子由定子铁心和三相定子绕组组成，转子由转子铁心、转子 绕组、集电环和转子轴组成，转子上的励磁绕组经集电环、电刷与直 流电源相连，通以直流励磁电流来建立磁场，转子分凸极式和隐极式 原理：同步发电机在风力机的拖动下，转子以转速 n 旋转，旋转的转 子磁场切割定子上的三相对称绕组，在定子绕组中产生频率为 f1 的三 相对称的感应电动势和电流输出。;并网运行风力发电机组中的发电机;并网运行风力发电机组中的发电机;并网运行风力发电机组中的发电机;发电机 双馈异步发电机;风力发电机组的控制策略 控制目标： 保证系统的可靠运行 能量利用率最大 电能质量高 机组寿命长 常规控制功能： 在运行的风速范围内，确保系统的稳定运行 低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大能量 高风速时，限制风能的捕获，保持风力发电机组输出的功率为额定值 减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械应力和输出的功率波 动，避免共振 减小功率传动链的暂态响应 控制器简单，控制代价小 调节机组功率，确保机组输出成电压和频率稳定;风力机的功率调节 风力机的调节是气动功率调节技术，其方式有定桨失速调节、变桨调 节、主动失速调节。 定桨距失速风力发电机组的调节与控制 定桨距失速调节 结构：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨距角固定不变，当风速变化时 ，桨叶的迎风角度不能随之变化。在风速超过额定风速后利用桨叶翼 型本身的失速特性，维持发电机的输出功率在额定值附件。为了提高 风电机组在低风速时的效率，通常采用双速发电机（即大/小发电机） 。在低风速段运行的，采用小电机使桨叶具有较高的气动效率，提高 一些发电机的运行效率。 优点：失速调节简单可靠，没有变距机构。 缺点：叶片形成工艺复杂，机组整体效率低。;并网型风力发电机组功率调节控制;并网型风力发电机组功率调节控制 变桨距风力发电机组的调节与控制 通过变桨距机构改变叶片桨距角的大小，改善气动性能和功率特性。 变桨距调节的3个过程：启动时的转速控制、额定转速以下的控制、 额