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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 不同类型的风机 水平轴风机 Second level Third level Fourth level Fifth level 永磁直驱型风机
垂直轴风机
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风力发电简介
• • • •
– 按风轮机类型分(风能到机械能) Second level • 水平轴、垂直轴 • 定桨距、变桨距 Third level • 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片 Fourth level • 定速型、变速型 – 按发电机类型分 (机械能到电能) Fifth level
• • • • 鼠笼式 绕线式 同步/永磁式 其他新型电机（开关磁阻电机、横向磁场电机、高压电机）
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 基于鼠笼式异步电机的风电机组 Second level Third level Fourth level Fifth level
变速箱 电网 变速箱 鼠笼式电机 鼠笼式电机 无功补 偿电容 无功补 偿电容 (a) (b) 变速箱 电网 滤波器 鼠笼式电机 无功补 偿电容 (c) 变速箱 滤波器 鼠笼式电机 (d) 电网
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 中国风电市场发展 – 电机、齿轮箱、叶片等设备已实现国产化； Second level – 电控系统国产化程度低，被国外设备占据。 Third 1997-2008 level 年中国风力发电总装机容量（除台湾省） Fourth level Fifth level
Rs Lls Rr’/s Rm Us Lm Ur’/s Llr’
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双馈电机原理
Click to edit Master text styles • 不同工况下双馈电机的能量关系 • Second level A、超同步速发电 • Third level • Fourth level • Fifth level
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• • • • •
Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level 一、风力发电简介 Fifth level
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 中国风电场分布图（截止 2007年年底） Second level Third level Fourth level Fifth level
Ps
Pm
Pr
• 静止Kramer(单向)、静止Scherbius(双向)
• 双馈电机是由绕线式电机与变流器共同组 成的一种电机运行系统。
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双馈电机原理
• • • • • Click to edit Master text styles 双馈电机系统结构 – 静止Kramer Second level结构 • 转差功率单向流动 Third level • 定子侧励磁 Fourth level • 转速范围窄 Fifth level – 静止 Scherbius结构
(a)
变速箱
电网
绕线电机
(b)
电网
变速箱 绕线电机
(c)
变速箱
电网 滤波器 绕线电机
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(d)
风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 双馈机型的优、缺点 – 优点： level Second • 气动效率高，机械应力小，功率波动小 Third level • 功率变换设备成本低 Fourth level – 缺点： Fifth level • 电机滑环、齿轮箱等设备维护量大
Ps
超同步运行
1 s Ps
电阻
a
sPs
Te
0
1 s Ps
Ps
s0
亚同步运行
D、亚同步速电动
1 s Ps
sPs
电阻
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发电机运行
1
d
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电动机运行
双馈电机原理
Click to edit Master text styles • 双馈电机工作原理 • 电机类型 Second level 同步电机 双馈电机 转子绕组交流励磁 • 励磁方式 Third level转子绕组直流励磁 气隙磁场转速 转子转速 转子转速+转子励磁电流频率 • Fourth level 功角 与转子惯性相关（机械） 由转子励磁器调节（电气） 固定（与电网频率同步） 同步速上下一定转速范围 • 转子转速 Fifth level
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 直驱型机组优、缺点 – 优点： level Second • 不需要齿轮箱，维护量小 Third level • 永磁同步机组效率高 Fourth level – 缺点： Fifth level • 技术不成熟
发电机运行
c
1
d
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电动机运行
双馈电机原理
Click to edit Master text styles • 普通异步电机运行工况 s0 • Second level • Third level A、超同步速发电 • Fourth level • Fifth level
1
1 s Ps
◎更大的机组容量 ◎变速或定速运行 ◎更先进的桨叶材料和制造工艺 ◎负载和轮毂的反馈控制 5MW ◎高效的电力电子设备 ◎低速直驱型发电机 ◎更加柔性的结构
1.8MW
40
500KW 300KW
◎变速或定速运行 ◎特殊桨叶设计—NREL ◎功率调节和桨角控制 ◎行星齿轮传动 ◎感应电机 ◎300－750KW，30－ 50M风轮直径
• • • • • Click to edit Master text styles 风力发电技术的进展 Second level m Third level 风 Fourth level 1.5MW机组的 轮 商业化运行 直 750KW Fifth径level
100 80 60
◎刚性结构 ◎三桨叶上风布局，主 动偏航，定速控制 ◎叶尖刹车或全桨距控 制 ◎玻璃钢桨叶 ◎齿轮传动，大小两台 感应电机 ◎塔架或者塔筒结构 ◎50－300KW，15－30M 风轮直径
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• • • • •
Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level 二、双馈电机原理 Fifth level
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双馈电机原理
• • • • • Click to edit Master text styles 电机的分类 – 变压器 level Second – 直流电机 Third level – 同步电机 Fourth level – 异步电机 Fifth level • 鼠笼式
• 绕线式
– ……
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双馈电机原理
• • • • • Click to edit Master text styles 异步电机运行方式 – 转差功率全部损耗 Second level • 定子调压、转子串电阻 Third level – 最优转差功率 Fourth level • 定子变频运行 Fifth level – 转差功率回馈（双馈运行模式）
电网
变速箱
电网 滤波器 无刷双 馈电机 (e)
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风力发电简介
• • • • • Click to edit Master text styles 基于绕线式电机的风电机组 Second level Third level Fourth level Fifth level
电网 变速箱 绕线电机
转子绕组 仅有一个d轴励磁绕组 等效存在两个可控励磁绕组
– 双馈电机是一种交流励磁的电机； – 同步电机是双馈电机的一种特例。
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双馈电机原理
Click to edit Master text styles • 双馈电机与普通绕线电机设计上的不同 • 电机类型 Second level 双馈风力发电机 普通绕线电机 正弦电压供电，要求低 • 转子绝缘 Third level变流器驱动，要求高 散热 要求在整个转速运行范围内， 轴带风扇转速固定，风量 • Fourth level 容易控制，散热简单。 轴带风扇风量与风机功率曲 线相匹配，设计难度大。 • Fifth level 系统参数匹配 需要考虑与双馈变流器的参 系统配合要求较低。
• • • • •
Click to edit Master text styles Second level 双馈风力发电机及控制原理 Third level Fourth level 北京清能华福风电技术有限公司 Fifth level
2009年8月
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双馈风力发电机及控制原理
• • • • • Click to edit Master text styles 主要内容 – 风力发电简介 Second level – 双馈电机原理 Third level – 双馈电机控制策略 Fourth level Fifth level