智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)換后文件

1、智能電網(wǎng)一 風力發(fā)電技術(shù)一、關(guān)于風二、風力機歷史與分類三、水平軸風機特性四、技術(shù)五、發(fā)展和趨勢 太陽的輻射造成地球表面受熱不均，引起大氣層中不均中分 布 空氣沿水平方向運動形成風，風 的形成就是空氣的結(jié)果關(guān)于風口什么是風能? 風能就是空氣的動能,是指承載的能量，風能的大小決定于 風速和空氣的密度口人類利用風能有多久了?人類利用風能的歷史可以追溯到公元前 公元前數(shù)世紀，我國就利用風力提水、灌溉、 磨面、舂米 中國的木帆船， 宋代是我國應(yīng)用風車的全盛風車，一直沿用至今兩三千年的歷史記載，當時流行的垂直 軸 公元前 2 世紀，人就利用垂直軸風車碾米 10 世紀人用風車提水 11 世紀風車在中東己獲得

2、廣泛的應(yīng)用 13 世紀風車傳至歐洲，14 世紀已成為歐洲不可缺少的原。在 荷蘭風車先用于萊茵河三角洲湖地和低濕地的汲水，其風車的功率 可達 50 馬力，以后又用于榨油和鋸木 到了十八世紀二十年代，在洲風力機被用來灌溉田地和驅(qū)動 發(fā)電機發(fā)電 從 1920 年起，人門開始研究利用風力機作大規(guī)模發(fā)電 1931 年，在的 Crimean Balaclava 建造了一座 1 0 0KW 容量的風力發(fā)電機，這是最早商業(yè)化的風力發(fā)電機一、關(guān)于風口風有什么特性？隨機性變化陡峭， 速區(qū)最大頻率出現(xiàn)在低風變化平緩，最大頻 b率在較高風速區(qū)WE(m%)一、關(guān)于風關(guān)于風風頻玫瑰圖ft 纟戈風向風頻=某風向出現(xiàn)的次數(shù)/

3、風向總觀測次數(shù)xlOO%某的關(guān)于風口風有什么特性?風速隨高度的變化而變化，V | K . . *與風速,表面粗糙程度(可能隨Wlnd SWith H0,9ht風向而變),以及Increase in Wind Power with Height3oP*P0 (H/HJ空 1 急定性(晝夜變化） 有關(guān)V2= 7.8 m/sIf 40 f 風切變指數(shù)在低風速、粗糙,表面和穩(wěn)定條件下較大 典型風切變指數(shù)值：Vj 7.0 m/s 10 _ .15: 7 傾和海灘.15 - .25: _般起伏的農(nóng)田 25- .40+1 森林和山區(qū)iv ! Wind參Shear Profile口風有什么特性?風力機輸出功率

4、P= 1/2 X 功率系數(shù) X 空氣密度 X 掃風面積 X 風速C pPAV3Bt mmr瞬時風速i 不是平均風速1.225kg/m3一、關(guān)于風關(guān)于風口風有什么特性? 地理位置 沿海地區(qū) 長斜坡的嵴部 關(guān)口 開闊地帶 導(dǎo)風山谷 季節(jié)、日夜 冬天大于夏天 白天大于夜晚關(guān)于風口我國的風力分布怎樣?百萬千瓦級風能1、吉林2、河北北部3、4、內(nèi)蒙草原5、河西走廊區(qū)6、戈壁7、黑龍江8、山東9、沿海10、浙江11、福建12、內(nèi)陸區(qū)域：三北地區(qū)離岸區(qū)域：各沿海省份潛在開發(fā)區(qū)域一、關(guān)于風二、風力機歷史與分類三、水平軸風機特性四、技術(shù)五、發(fā)展和趨勢二、風力機歷史與分類口歷史l f18871888 年冬,Bru

5、sh 安裝了一臺被現(xiàn)代人認為是, Brush 第一臺自動運行的且用于發(fā)電的風力機。葉輪直徑 17Electric用，1892 年并入 GE。米，144 個由雪松木制成的葉片。運行了約 20 年，來給他家地窖的蓄電池充電，12 千瓦。二、風力機歷史與分類口歷史1918 年，丹麥約有 120 個地方公用事業(yè)擁有風 力發(fā)電機，通常的單機容量是 2035kW , 總裝 機約 3MW ,占丹麥電力消耗量的 3%。丹麥對 風力發(fā)電的在隨后的若干年逐漸減退,直 到二次期間出現(xiàn)供電危機為止。 F.LSmidth 風機;二次大戰(zhàn)期間 f 丹麥工程公 司 F.LSmidth (現(xiàn)在是水泥機械制造商)安裝 了一批兩

6、葉片和三葉片的風機。丹麥概念:三葉片、失速調(diào)節(jié)的葉片和恒 速運行的感應(yīng)發(fā)電機。之前的風機發(fā)的都是直流電。1942 年安裝在 Bobo 島，是風-中的一部 分，給小島供電。1951 年，這些直流發(fā)電機被 35kW 的交流異步 發(fā)電機取代。二、風力機歷史與分類口分類現(xiàn)代風力機由功率公，風速一定情況下，出小由掃風面 積的大小決定，直接導(dǎo)致風力機設(shè)計較大。Udi現(xiàn)代的風力機全部都采用風力機葉片的升力帶動葉輪轉(zhuǎn) 動雪為了降低齒輪箱齒輪變比，要求葉輪具有較高的轉(zhuǎn) 速,這將需要較低=葉片面的葉片（fH/葉輪掃 風面積）。低葉輪充當有效能量集中器的作用，使 其在一個比較好的_,能量的回收期能降低至不到1 年,

7、 即用于生產(chǎn)和安裝風力機的能量在其運行的第一年內(nèi)即 可追回。NEG Micon 1.5MW 葉輪直徑 6064m 1995 年Vestas 1.5MW 葉輪直徑 6368m 1996 年 Bonus 2MW 葉輪直徑72m 1998 年 NEG Micon 2MW 葉輪直徑 72m 1999 年 8 月 GE3.6MW Vestas4.5MW 葉輪直徑 120mRepower 5MW 葉輪直徑 126m二、風力機歷史與分類口歷史按照槳葉受力方式分類按照風機旋轉(zhuǎn)主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類升軸風機（升力型)阻力氣流方向垂直軸風機水平軸風機口分類垂直軸風機（多為阻力型)二、風力機歷史與分

8、類二、風力機歷史與分類口分類單葉片風機雙葉片風機三葉片風機多葉片風機口分類按照風機接收風的方向分類下風向風機上風向風機上風向風力機必須有某種調(diào)向裝置來保持風輪迎風。而下風向風力機 則能夠自動對準風向，從而免除了調(diào)向裝置。但對于下風向風力機，由分空氣通過塔架后再吹向風輪，這樣，塔架就干擾了流過葉片的 氣流而形成所謂塔影效應(yīng)，使性能有所降低。二、風力機歷史與分類按照功率傳遞的機械發(fā)電機鈐子直驅(qū)型風機有齒輪箱型風機口連二、風力機歷史與分類二、風力機歷史與分類口分類 按照槳葉接收風能的功率方式可分為： 定槳 S 巨（失速型)風機一槳葉與輪轂的連接是固定的 * 變槳距風機一葉片可以繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn) 按照

9、葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定可分為:恒速風力發(fā)電機組一設(shè)計簡單可靠，造價低,維護量少，直接并網(wǎng) 變速風力發(fā)電機組一氣動效率高，機械應(yīng)力小，功率波動小，成本效 率高，支撐結(jié)構(gòu)輕 根據(jù)風力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類: 異步發(fā)電機型(籠式異步發(fā)電機、繞線式雙饋異步發(fā)電機) 同步食電 111 型(電九)齒同步發(fā)由機、永磁同步食 根據(jù)風力發(fā)電機組的輸出端電壓高低劃分： 高壓風力發(fā)電機組一風力發(fā)電機輸出端電壓為 1020kV ,甚至40kV 低壓風力發(fā)電機組一輸出端電壓為 lkV 以下，主流機型 根據(jù)風機的額定功率劃分： 微型、小型、中型、大型口常見機型Solutions with gear box技術(shù)特點：1、槳距角

10、固定;2、轉(zhuǎn)速基本恒定,采用失速技術(shù)（包括主動失速技術(shù)）；-3、大、小電機切換（部分)；4、采用可控硅并網(wǎng);定槳距恒速風力機+感應(yīng)發(fā)電機優(yōu)占1 T2im,人成不仳，缺點并網(wǎng)沖擊電流大；2.動態(tài)無功補償問題；3、風能利用率低；4、風速快速變化時的機械傳動鏈應(yīng)化；，不容易實現(xiàn)風機的大型二、風力機歷史與分類二、風力機歷史與分類口常見機型技術(shù)特點:1、槳距角固定;2、采用全功率變流器實現(xiàn) 感應(yīng)發(fā)電機和并網(wǎng)；優(yōu)點：1、解決了并網(wǎng)沖擊和無功補2、風機的工作轉(zhuǎn)速范圍寬;償問題；能力不強;定槳距芟速感應(yīng)發(fā)電機丄、轉(zhuǎn)速和功率2、成本較高；3、不容易實現(xiàn)風機的大型化；口常見機型技術(shù)特點:變速運行,風能利用率高;發(fā)

11、電機為雙饋式，變流器的功率僅為發(fā)電機功率的1/4 到 1/3 ;功率因數(shù)可以調(diào)節(jié);與變槳系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)風機 的功率和轉(zhuǎn)速;優(yōu)點：變流器容量小,發(fā)電機技術(shù) 成熟；缺點：依然存在齒輪箱；變槳+雙饋式風力發(fā)電技術(shù)二、風力機歷史與分類二、風力機歷史與分類口常見機型技術(shù)特點:采用永磁同步發(fā)電機 (多磁極）;變流器的功率與發(fā)電機相當；優(yōu)點：取消了增速齒輪箱;降伯了風機的故障率和維護成本；缺點:成本較高,變槳+直驅(qū)式風力發(fā)電技術(shù)一、關(guān)于風二、風力機歷史與分類三、水平軸風機特性四、技術(shù)五、發(fā)展和趨勢口致動盤概念Streani-tube沿流管方向的質(zhì)量流量處處相等PAOOU = pAdUd = pA,vUw致動盤

12、導(dǎo)致速度發(fā)生變化，在氣 流方向的分量為_alJCOa 為軸流誘導(dǎo)因數(shù)（入流因數(shù)） 在圓盤上，氣流方向的凈速度為Ud =Uco (l- a) 由動量定理，又得圓盤上游剖面管的橫截面積比圓盤面積小， 而 下游的則比圓盤面積大。流管膨脹是因為要保 證每處的質(zhì)量流量相等。時間內(nèi)通過特定截面的 空氣質(zhì)量是 PAUUw = ( l - 2 a) U 00三、水平軸風機特性三、水平軸風機特性極限口“理想”風輪得出風輪所能產(chǎn)生的最大功率：8 3 Pmax= P AV3式中：Pmax 風輪所能產(chǎn)生的最大功率；P氣密度，kg/m 3 ;A 一風力發(fā)電機葉輪旋轉(zhuǎn)一周所掃過的面積，m2V 風速，m/s0 假定：風速與

13、風輪軸方向一致并在整個風輪掃掠面上是均勻的。上式除以掃掠面 A 內(nèi)的風動能，可得風力機的理論最大效率口理論hV假定作用于上的力可以通過圓截 面上入射合速度測定的攻角的二維翼 型特性計算得出，忽略順翼展方向的速度分量,忽略三維效應(yīng)。圓環(huán)形Cbi!單元.TTTL 丨 a)UJ Vchvi?ics(bj l ortcs作用在流速上的氣流三、水平軸風機特性葉尖圓周速度A 二 -來流風速2RnV0.50.40.3020.10三、水平軸風機特性口葉尖速度比 三、水平軸風機特性口風能利用系數(shù)-葉尖速度比特性曲線最大風能利用系數(shù)發(fā)生在軸向誘導(dǎo)因數(shù)a (它隨極限值的 1/3 處。半徑 的變化而變化）最接近葉尖速

14、比較 低時，軸流誘導(dǎo)因數(shù)比 1/3 小的多，翼型攻角將大到導(dǎo)致 失速狀態(tài)的發(fā)生。對于大多數(shù)風力機來說，失速更有可 能發(fā)生在其葉根處，由于實際條件的約束，葉片的安裝 槳距角在該區(qū)域不夠大。當葉尖速比較低時，葉片失速是導(dǎo)致功率大量損耗的原因。 葉尖速比較高時，攻角很大，阻力開始占主導(dǎo)地位。葉尖速比在 較高或較低時，阻力都很大，并且 a 也不是最適宜的，所以風能 利用系數(shù)很低。很明顯，如果風力機能在所有風速范圍內(nèi)獲得最 大風能利用系數(shù)的最佳葉尖速比來運行最好。一、關(guān)于風二、風力機三、水平軸風機特性技術(shù) u四、五、發(fā)展和趨勢四、技術(shù)變槳調(diào)節(jié)口過程風速測量PitchWind載荷Geartrain Gen

15、eratn力矩轉(zhuǎn)速測量風電機組主控系偏航統(tǒng) 丨力矩變槳電網(wǎng)接入系統(tǒng)1系統(tǒng)系統(tǒng)電網(wǎng)接四、技術(shù)口功率主動變槳距可以在大于額定風速時限制功率,這種的實現(xiàn)是通過將每個葉片的部分或全部相對于葉片軸方向進行旋轉(zhuǎn)以減小攻角，同時也減小了升力系數(shù)。變槳距系統(tǒng)的動作必須快速,例如槳距角的變化率為5/s 或更快，以便將作用于風輪上的瞬間過大的能量限制到一個可接受的范圍?？诠β?技術(shù)2S30152GWind speed nvs|七、技術(shù)四、技術(shù)口功率所需的葉片槳距角的范圍典型地是從 0開功率,始 ,這時葉尖弦線在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)或很接近旋轉(zhuǎn)平面，到大約 35。但是為了有效地氣動剎車，葉片必須變槳距角到90或完全順槳，這時

16、葉尖弦線平行于風輪旋轉(zhuǎn)軸向使邊緣指向風速的方向?？谧兯亠L力機葉片在特定的葉尖速比下能提供峰值功率。通七、技術(shù)過改變轉(zhuǎn)速使之隨著風速的變化可以獲得最佳葉尖速比，能量的獲取就會明顯增加。通過在發(fā)電機和電網(wǎng)之間加入變流器,發(fā)電機轉(zhuǎn)速就可以于電網(wǎng)頻率解耦，并發(fā)電機氣隙轉(zhuǎn)矩。風輪速度有變化，也能四、技術(shù)口變速窄帶變速：發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子都連接到電網(wǎng)， 定子直接與電網(wǎng)相連，$專子則通過滑環(huán)和變流器連接到電網(wǎng)。窄帶變速使用價格相對便宜的變流器，因為只有 很少一部分的電能通過它，但是速度也只能是在很小的范 圍內(nèi)變化，一般兩邊都是同步速度的30%50。實際 上，這已經(jīng)足夠?qū)崿F(xiàn)變速運行的所有優(yōu)點，也得到了普遍 的

17、應(yīng)用。四、技術(shù)NES5411 雙饋變流器LCL 變速 網(wǎng)側(cè)_DC濾波器變流器電網(wǎng) 輪_發(fā)電機：5=TC轉(zhuǎn)軸開關(guān)CT、變壓器四、技術(shù)口變速寬帶調(diào)速：發(fā)電機的定子通過變流器連接到電網(wǎng) o寬帶調(diào)速帶載從零變到額定速度,但是所有功率輸 出必須通過變流器。四、技術(shù)口變速NES5412 直驅(qū)變流器n 制動器 風輪：|=|=轉(zhuǎn)軸四、技術(shù)口變速變槳距變速變槳距風電機組根據(jù)風況的不同將運行分為三個階段:第一階段是起動階段，發(fā)電機轉(zhuǎn)速從靜止上升到切入速度; 第二階段是發(fā)電機并入電網(wǎng)運行后，運行在額定風速以下區(qū)域 ,風力發(fā)電機組開始獲取風能并轉(zhuǎn)化成電能,第三階段是在 更高的風速下，風力發(fā)電機組的機械和電氣限制要求轉(zhuǎn)

18、子速度 和功率輸出在限定值以下;策略：低于額定風速時，S 艮蹤 Cpmax 曲線，以基本獲得 最大能量；高于額定風速時， S 艮蹤 Pmax 曲線， 并保持輸出穩(wěn)定四、技術(shù)口變速變槳距18 m/s |Increasing pitch|16 m/s14 m/s7s0 JDOptimum Cp (fine pitch)Generator speed紅色實線最優(yōu)化功率系數(shù)運行曲線 黃色虛線轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速斜線際運行曲線黃色實線 實QnbJO JOJeJauao四、技術(shù)載荷風電機組載荷特點輪轂和低速軸載荷機艙載荷 齒輪箱載荷 塔架載荷風 空氣動力學(xué) 葉片動力學(xué) 傳動系統(tǒng)動力學(xué) 電力系統(tǒng) 塔架動力學(xué) 基礎(chǔ) 葉

19、片載荷四、技術(shù)載荷與風力發(fā)電機組在大風時功率調(diào)節(jié)和低風速時最優(yōu)控制一樣,很顯然系統(tǒng)的動作會對機組載荷產(chǎn)生主要的影響。設(shè)計因器時應(yīng)該考慮到對載荷的影響,至少要保 證器的動作而導(dǎo)致過載。在額定風速以上時調(diào)整空氣動力轉(zhuǎn)矩 減小齒輪箱轉(zhuǎn)矩的尖峰避免過量的變槳距動作通過風力發(fā)電機組塔架的振動盡量減少塔架的基本載荷避免加劇輪轂和葉片載荷四、技術(shù)載荷載荷nodding signal proc. 一 一 nodnIhisloiy window四、技術(shù)并網(wǎng)對風電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行，其難點在于如何減少并網(wǎng)沖擊，以及如何與最大風能捕獲和電能質(zhì)量相結(jié)合。變速恒頻風電機組可以實現(xiàn)對風速變化的快速響應(yīng)，實現(xiàn)無沖擊的并網(wǎng)，輸出

20、電能可實現(xiàn)有功無功的解耦調(diào)節(jié) ,機電系統(tǒng)之間的剛性連接變?yōu)槿嵝赃B接。雙饋型風力發(fā)電機的并網(wǎng)電機至接近同步轉(zhuǎn)速時，由變流器:風力機起動后帶動發(fā)進行電壓匹配、同步和相位，以便迅速地并入電網(wǎng),并網(wǎng)時基本上無電 流四、技術(shù)沖擊。隨著風速變化，進行最大 Cpmax 追蹤調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率、幅值、相位，保證變速運行 時仍發(fā)出恒定頻率的電力，實現(xiàn)有功和無功功率的輸出調(diào)永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)中,通過變流器實現(xiàn)全功率軟并網(wǎng)，并網(wǎng)過程平穩(wěn)。但由于變頻器容量大，產(chǎn)生的諧波 也大。隨著風電機組容量的不斷増大，多電平大功率變流器將會在直驅(qū)式風電系統(tǒng)得到應(yīng)用，多電平變流器具有抑制四、技術(shù)諧波、提高功率因數(shù)、減小電壓應(yīng)力、減小電磁擾動和波 形畸變等優(yōu)點。四、技術(shù)低電壓穿越技術(shù) LVRT低電壓穿越( LVRT ),指在風力發(fā)電機并網(wǎng)點電壓 跌落的時候，風機能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的 無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而穿 越這個低電壓時間( 區(qū)域)。低電壓穿越技術(shù) LVRT電網(wǎng)運行準則，定量地給出了風電系統(tǒng)離網(wǎng)的條件(如最低電壓跌落深度和跌落持續(xù)時間），只有當電網(wǎng)電壓 S 失落低于規(guī)定曲線以后才風力發(fā)電機脫網(wǎng)，當電壓在 凹陷四、技術(shù)部分時,發(fā)電機應(yīng)提供無功功率。