风力发电机组结构组成应用
1
提纲
一． 国内外风力发电的发展概述 二． 风力发电的基本原理 三． 风力发电系统的分类 四． 笼型异步风力发电机组 五． 双馈型异步风力发电机组 六． 直驱型同步风力发电机组 七． 风电功率预测 八． 风电场的并网技术 九． 风电场的低电压穿越能力LVRT 一○．储能装置的应用
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
6
有力的政策支持 2006年1月：《可再生能源法》 2007年9月：《可再生能源中长期发展规划》 2009年： 《新能源产业振兴规划》
7
《新能源产业振兴规划》
到2011年： 风电装机3500万千瓦 其中陆地3000万千瓦，海上500万千瓦 新能源在能源结构中比例达2%（含水电10%） 新能源发电占总装机比例5%（含水电25%） 新能源产业增加直接投资9700亿 带动社会间接投资2万亿
10
风力发电的基本原理
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
我上到风机上了
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
到2020年： 风电装机1.5亿千瓦 其中陆地1.2亿千瓦，海上3000万千瓦 建设六个陆上千万千瓦级风电基地及其外送联网工程 新能源在能源结构中比例达9%（含水电20%） 新能源发电装机占总装机比例达15%（含水电35%） 新能源产业增加直接投资45000亿 带动社会间接投资9万亿
8
我国风电发展特点
104
105
106
107
108
109
风力发电系统的分类
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，限制风力机的输出转矩与功率； • 变桨型：
高风速时通过调整桨距角，限制输出转 矩与功率。
110
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，与 恒速发电机对应；
0
0＜s＜1
1
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
s
121
笼型异步风力发电机的特点
（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应 选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容； （2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负 载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦； （3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机 有较软的机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大 ； （4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲 击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动 限流装置；
➢风电总装机容量快速增长，风电比重不断加大； ➢单个风电场装机容量不断增加，已有多个10万千瓦 级风电场投运，正建千万千瓦级大型风电基地； ➢风电场接入系统的电压等级由低到高(110kV)； ➢风电机组的种类不断增多，从早期的定速风电机组 （1MW以下），到双馈感应风力发电和直驱同步风力 发电（1MW以上）
2
国内外风力发电的发展概述
3
我国风能资源分布
中国陆地上10m高度层上可开发的风能储量为2.52亿千瓦
近海可开发风能资源是陆地的3倍多
4
5
风电的快速发展
➢从1996年到2009年，世界累计风电装机容量的增 长率超过20%，平均28%； ➢2007年，世界累计风电装机容量94112MW，增长 26.8%； ➢2007年，世界新增风电装机容量20073MW，增长 32.1%； ➢到2007年，我国风电装机容量6050MW，超过丹麦， 成为世界第5； ➢到2008年，我国风电装机12170MW，居世界第4；
9
世界风电技术发展趋势
➢风电单机容量稳步上升：以德国为例，03年平均单 机容量超过1.5MW，叶片直径大于64m的风机占77%； ➢变浆调节方式迅速取代失速调节方式：德国03年装 机的风电机组，超过91%采用了变浆调节方式； ➢变速恒频方式迅速取代恒速恒频方式：通过控制发 电机转速，是风机叶尖速比接近最佳，提高风机运 行效率。德国03年装机的风电机组，超过90%的风机 采用了变速恒频方式； ➢无齿轮箱的直驱同步发电机组的市场份额迅速扩大
116
笼型异步风力发电机组
定速笼型异步风力发电机组 变速笼型异步风力发电机组
117
定速笼型异步风力发电机组
118
三相笼型异步风力发电机
119
笼型异步风力发电机的内部结构
120
笼型异步风力发电机的工作状态
发电机状态
电动机状态
S n1
nT
S n1
nT
N
N
n n＞n1＞0
n1
0＜n＜n1
0
s＜0
122
变速笼型异步风力发电机组
123
变速笼型异步风力发电机组的特点
（1）笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态； （2）运行于小转差率范围，发电机机械特性硬，运行
• 变速型：
（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能 转换率，与双速发电机对应； （2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调， 可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。
111
按传动机构分类： • 齿轮箱升速型：
用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机； （减小发电机体积重量，降低电气系统成本）
• 直驱型：
直接连接低速风力机和低速发电机。 （避免齿轮箱故障）
112
按发电机分类： • 异步型：
（1）笼型单速异步发电机； （2）笼型双速变极异步发电机； （3）绕线式双馈异步发电机；
• 同步型：
（1）电励磁同步发电机；
（2）永磁同步发电机。
113Biblioteka 按并网方式分类： • 并网型：
并入电网，可省却储能环节。
• 离网型：
一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直 流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运行。
114
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV
3C p
• 风能转换率
Cp f (TSR, )
• 叶尖速比
TSR mR V
TSR:叶尖速比Tip Speed Rate
:桨距角
115
风力发电机组输出功率(定速vs变速)