Repower風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)培訓(xùn)PPT參考課件

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)2010年8月,大唐公司系列培訓(xùn)系列之,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部結(jié)構(gòu),機(jī)艙輪轂槳葉變槳系統(tǒng)偏航系統(tǒng) 齒輪箱發(fā)電機(jī)底座塔筒控制柜,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),三相籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī),籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),定子鐵心,轉(zhuǎn)子繞組 （端環(huán)）,機(jī)座,轉(zhuǎn)子鐵心,定子繞組,風(fēng)扇,端蓋,籠型異步風(fēng)力發(fā)電

2、機(jī)的工作原理,向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對(duì)稱三相交流電流，可以產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。 如果三相繞組分布在一個(gè)圓周上，則旋轉(zhuǎn)磁場作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)磁場在一個(gè)圓周內(nèi)，呈現(xiàn)出的磁極（N、S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2P表示。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速n1取決于電流的頻率 f 和極對(duì)數(shù) P：,旋轉(zhuǎn)磁場, 同步轉(zhuǎn)速,籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理,f 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n1 旋轉(zhuǎn),在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e,e 在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流 i,i 在磁場中產(chǎn)生電磁力f,若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速nn1, 向n1的方向旋轉(zhuǎn),n 是否會(huì)等于 n1？,要產(chǎn)生T，必須nn1, 異步,機(jī)械能

3、電能，是發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速， 發(fā)電！,籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理,轉(zhuǎn)差率,籠型異步發(fā)電機(jī) 中轉(zhuǎn)差率S 與運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系?,把同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值，稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即,異步電機(jī)的特點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1不同。,n(1s)n1,則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可表示為：,籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理,異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),發(fā)電機(jī)狀態(tài),電動(dòng)機(jī)狀態(tài),用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)!,電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制圖,籠型異步發(fā)電機(jī)的等值電路,一相等值電路 定子漏阻抗、轉(zhuǎn)子漏阻抗（折合）、勵(lì)磁阻抗 轉(zhuǎn)子可變電阻反映發(fā)電機(jī)的負(fù)載狀況,鐵損和銅損,鐵損：電機(jī)的鐵

4、損包括磁滯損失和 渦流損失兩部分，電機(jī)空載時(shí)所消耗的功率。 銅損：電機(jī)繞組上的損耗，包括原繞組的銅損和副繞組的銅損，一般電機(jī)短路情況下的損耗就是銅損。,籠型異步發(fā)電機(jī)的功率表述,定子輸出功率：,定、轉(zhuǎn)子銅損耗：,機(jī)械輸入功率：,電磁功率：,鐵損耗：,籠型異步發(fā)電機(jī)的功率流程圖,籠型異步發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性曲線,電磁轉(zhuǎn)矩：,軟特性 vs. 硬特性,籠型異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn),（1）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁消耗無功功率，皆取自電網(wǎng)。應(yīng)選用較高功率因數(shù)發(fā)電機(jī)，并在機(jī)端并聯(lián)電容； （2）絕大部分時(shí)間處于輕載狀態(tài)，要求在中低負(fù)載區(qū)效率較高，希望發(fā)電機(jī)的效率曲線平坦； （3）風(fēng)速不穩(wěn)，易受沖擊機(jī)械應(yīng)力，希望發(fā)電機(jī)有較軟的機(jī)械

5、特性曲線，max絕對(duì)值要大 ； （4）并網(wǎng)瞬間與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)相似，存在很大的沖擊電流，應(yīng)在接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)并網(wǎng)，并加裝軟起動(dòng)限流裝置；,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(Rotor Current Control， RCC),定義： 轉(zhuǎn)子電流控制技術(shù)是指通過電力電子開關(guān)和脈寬調(diào)制（PWM）來控制繞線型異步發(fā)電

6、機(jī)轉(zhuǎn)子電流的一項(xiàng)技術(shù)。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征： （1）采用變槳風(fēng)力機(jī)； （2）采用繞線型異步發(fā)電機(jī)，但沒有滑環(huán)； （3）采用旋轉(zhuǎn)開關(guān)器件斬波控制轉(zhuǎn)子電流，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性。,轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(Rotor Current Control， RCC),繞線型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)子采用類似于定子的三相交流繞組，一般接成Y接； 轉(zhuǎn)子三相繞組可在轉(zhuǎn)子內(nèi)部聯(lián)接，也可經(jīng)滑環(huán)電刷裝置將轉(zhuǎn)子三相繞組端接線引出； 轉(zhuǎn)子三相繞組的端接線在轉(zhuǎn)子內(nèi)部短接時(shí)，發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性類似于籠型異步發(fā)電機(jī)；外接附加電阻時(shí)，機(jī)械特性變軟。,轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(Rotor Current Control，

7、 RCC),轉(zhuǎn)子電流斬波控制電路：,原理： 控制附加電阻的接入時(shí)間，從而控制轉(zhuǎn)子電流,RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： （1）風(fēng)速變化引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的低頻分量由變槳調(diào)速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，其高頻分量由RCC調(diào)節(jié)，可明顯減輕槳葉應(yīng)力，平滑輸出電功率; （2）利用風(fēng)輪作為慣性儲(chǔ)能元件，吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化形成的動(dòng)能，提高風(fēng)能利用率； （3）電力電子主回路結(jié)構(gòu)簡單，不需要大功率電源。 缺點(diǎn)： 旋轉(zhuǎn)電力電子開關(guān)電路檢修、更換困難。,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電

8、勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)主回路構(gòu)成： 雙饋異步發(fā)電機(jī) 交直交雙向功率變換器,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)冷）,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部位：滑環(huán)（電刷）系統(tǒng),雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),什么是雙饋電機(jī)？ 所謂雙饋電機(jī),就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,一般將定子繞組接入電網(wǎng),而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 雙饋電機(jī)的特點(diǎn)： （1）和異步電機(jī)區(qū)別：異步電機(jī)是通過定子從電網(wǎng)吸收勵(lì)磁電流,

9、本身無勵(lì)磁繞組,而雙饋與同步機(jī)一樣有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組;異步電機(jī)無法改變功率因數(shù);異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化 。 （2）和同步機(jī)區(qū)別 ：同步機(jī)勵(lì)磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值,因此只能對(duì)無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié),而雙饋電機(jī)可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位:改變勵(lì)磁頻率,可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速;改變勵(lì)磁電流相位,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電勢(shì)和電網(wǎng)電壓向量的相對(duì)位置,改變了電機(jī)功率角,可以調(diào)節(jié)有功和無功.,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),雙饋異步發(fā)電機(jī) 繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機(jī)的一種； 定子繞組直接接入交流電網(wǎng)； 轉(zhuǎn)子繞組端接線由三只滑環(huán)引出，接至一臺(tái)雙向功率變換器（變頻器）； 轉(zhuǎn)子繞組通入變頻交流勵(lì)磁； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)也可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)

10、； 定子繞組端口并網(wǎng)后始終發(fā)出電功率；但轉(zhuǎn)子繞組端口電功率的流向取決于轉(zhuǎn)差率；,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),控制原理簡圖,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),雙饋系統(tǒng)（變換器系統(tǒng)）: (1)交交變頻器(雙饋中有一定應(yīng)用) 優(yōu)點(diǎn):自然換流,四象限可靠運(yùn)行;無直流濾波,變頻效率高 。 缺點(diǎn):變壓器始終吸收無功、功率因數(shù)低;諧波大,輸出頻率低,需要隔離變壓器 (2)交直交變頻器(大量應(yīng)用) 優(yōu)點(diǎn):雙PWM實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞;結(jié)構(gòu)簡單、電流諧波含量小、輸入功率因數(shù)可控 缺點(diǎn):直流環(huán)節(jié)的濾波電容體積較大,壽命較短,且雙側(cè)采用PWM控制,開關(guān)損耗較大. (3)矩陣變換器(研發(fā)階段) 優(yōu)點(diǎn):四象限運(yùn)行;可輸出幅值、頻率、相

11、位和相序均可控的電壓,諧波含量較小. 缺點(diǎn):換流過程不允許兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)比較困難,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)簡圖,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),基于IGBT（絕緣柵雙極晶閘管）技術(shù)的雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)交直交雙向功率變換器,大的機(jī)側(cè)小的網(wǎng)側(cè),雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),IGBT原理圖,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),交直交雙向功率變換器 兩套PWM控制型三相開關(guān)橋“背靠背”，中間存在電容支撐的直流母線； 在任一時(shí)刻，一套三相橋處于脈沖整流狀態(tài)；而另一套處于逆變狀態(tài)； 發(fā)電機(jī)側(cè)三相開關(guān)橋采用定子磁場定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法； 電網(wǎng)側(cè)三相開關(guān)橋采

12、用電網(wǎng)電壓定向矢量控制和空間電壓矢量PWM控制方法； 可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出的有功和無功功率解耦控制。,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理,引入轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁變流器，控制轉(zhuǎn)子電流； 轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)速變化； 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位，控制轉(zhuǎn)子磁場領(lǐng)先于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場，從而在轉(zhuǎn)速高于和低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)都能保持發(fā)電狀態(tài)； 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值，可控制發(fā)電機(jī)定子輸出的無功功率； 轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無功功率變換，為轉(zhuǎn)差功率，容量與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等值電路,S0 時(shí),S0 時(shí)，右邊的轉(zhuǎn)子支路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電流源。,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),亞同步發(fā)電運(yùn)行 nr n1時(shí) ，（即 0S

13、1） f2取正號(hào)，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為： P電磁=P機(jī)械+P轉(zhuǎn)差 P上網(wǎng)=P電磁 （定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵(lì)磁） b.超同步發(fā)電運(yùn)行 nr n1時(shí)，（即 S1） f2取負(fù)號(hào)，如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量 關(guān)系為： P機(jī)械=P轉(zhuǎn)差+P電磁 P上網(wǎng)=P轉(zhuǎn)差+P電磁（定子饋電+轉(zhuǎn)子饋電）,將定轉(zhuǎn)子電壓、電流和磁鏈各量投影到由定子磁場確定的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的方法。,定子磁場定向矢量控制,雙饋發(fā)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)速關(guān)系,此圖參考1.5MW風(fēng)機(jī),雙饋發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流關(guān)系,雙饋發(fā)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)子電壓關(guān)系,雙饋發(fā)電機(jī)的效率曲線,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),（1）連續(xù)變速運(yùn)行，

14、風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高； （2）部分功率變換，變流器成本相對(duì)較低； （3）電能質(zhì)量好（輸出功率平滑，功率因數(shù)高）； （4）并網(wǎng)簡單，無沖擊電流； （5）降低槳距控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求； （6）改善作用于風(fēng)輪槳葉上機(jī)械應(yīng)力 狀況 ； （7）雙向變流器結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜； （8）電刷與滑環(huán)間存在機(jī)械磨損。,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),轉(zhuǎn)子電流混合控制的

15、異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),混合控制 雙饋斬波,轉(zhuǎn)子電流混合控制的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： （1）簡化了主回路結(jié)構(gòu)和控制策略，成本低； （2）兼具雙饋控制和RCC控制的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)： （1）轉(zhuǎn)速范圍縮??； （2）超同步速運(yùn)行時(shí)，無功功率不可調(diào)，功率因數(shù)略低。,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)特點(diǎn)

16、籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)； 運(yùn)行于小轉(zhuǎn)差率范圍，發(fā)電機(jī)機(jī)械特性硬，運(yùn)行效率高； 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓可調(diào)，輕載運(yùn)行效率高； 發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)被可控的變流器隔離，系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好； 變流器與發(fā)電機(jī)功率容量相等，系統(tǒng)成本高。,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),發(fā)展同步發(fā)電機(jī)的必要性： 同步發(fā)電機(jī)用作

17、風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，即可直接向交流負(fù)載供電，也可經(jīng)整流器變換為直流電，向直流負(fù)載供電。因此，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為中小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的首選機(jī)型。 近年來，在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品中，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已暫露頭角，有望成為未來的主力機(jī)型。,直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī),去除齒輪箱，直接驅(qū)動(dòng)的理由： 由齒輪箱引起的風(fēng)電機(jī)組故障率高； 齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)工作量大，易漏油污染； 系統(tǒng)的噪聲大，效率低，壽命 短。 直驅(qū)帶來的問題： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大； 全功率整流逆變，變流器成本高。,直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī),同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),定子鐵心 定子繞組 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理,

18、同步發(fā)電機(jī)原理：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 風(fēng)力機(jī)拖著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn) 速n1相對(duì)于定子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)； 安放于定子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)體與轉(zhuǎn)子 上的主磁極之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) ； 根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，相對(duì)于磁 極運(yùn)動(dòng)（即切割磁力線）的導(dǎo)體中 將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)： 導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則判斷 。,同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理,如果發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1，單位為r/min，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每秒轉(zhuǎn)了n1/60圈，則定子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率為： 當(dāng)發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)p與轉(zhuǎn)速n1一定時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f就是固定的數(shù)值。,同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理,同步發(fā)電機(jī)原理： 產(chǎn)生電磁力 如果在同步發(fā)電機(jī)定子導(dǎo)體A中有電

19、流流過，那么根據(jù)電磁作用力定律，導(dǎo)體A在主磁極的磁場作用下，將受到一個(gè)電磁力 ： 電磁力的方向可用左手定則判斷 。,同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程式,電動(dòng)勢(shì)方程式:,式中， Xd XsXad XqXsXaq,Xad 、Xaq 每相電樞繞組的直 軸、交軸電樞反應(yīng)電抗。,Xd 、Xq 每相電樞繞組的直軸、 交軸同步電抗。,相量圖（忽略R）,同步發(fā)電機(jī)的空載特性,E0:定子一相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值,空載特性 E0f ( if ),if:轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流,空載特性反映了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生磁場、并在定子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的能力。,同步發(fā)電機(jī)的外特性,外特性反映負(fù)載性質(zhì)不同時(shí)，端電壓隨負(fù)載大小變化而變化的情況。,外特

20、性：同步發(fā)電機(jī)在nnN ，ifconst，cosconst的條件下，端電壓U和負(fù)載電流I 的關(guān)系曲線。,負(fù)載的 cos不同，U 隨I 變化的趨勢(shì)有所不同。,同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率,保持發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)（UN、IN、cosN）的額定勵(lì)磁電流ifN和轉(zhuǎn)速不變，去掉全部負(fù)載后，空載電動(dòng)勢(shì)為E0 ，則電壓調(diào)整率為,式中E0和UN同為相值或線值。,同步發(fā)電機(jī)的功角特性,電磁功率可用電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電樞電流及它們之間的夾角表示。對(duì)隱極同步發(fā)電機(jī)（不計(jì)飽和）:,電磁功率的表達(dá)式,同步發(fā)電機(jī)的功角特性,功角特性,勵(lì)磁電磁功率,磁阻電磁功率,隱極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率 出現(xiàn)在 90處。,凸極同步發(fā)電機(jī)，最大電

21、磁功率 出現(xiàn)在 90處。,電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)特點(diǎn)： 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，可保持發(fā)電機(jī)的端電壓恒定； 定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化； 可采用不控整流和PWM逆變，成本較低； 轉(zhuǎn)子可采用無刷旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁； 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勵(lì)磁消耗電功率； 體積大、重量重，效率稍低。,典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 混合勵(lì)磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),永磁直接驅(qū)動(dòng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī),永磁同步發(fā)電機(jī)的功率變換電路,永磁直接驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)特點(diǎn)： 永磁發(fā)電機(jī)具有最高的運(yùn)行效率； 永磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁不可調(diào)，導(dǎo)致其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC變換，可維持直流母線電壓基本恒定，同時(shí)可控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速； 在電網(wǎng)側(cè)采用PWM逆變器輸出恒定頻率和電壓的三相交流電，對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性好； 永磁發(fā)電機(jī)和全容量全控變流器成本高； 永磁