風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)（第二版）課件 陳繼永 項目二 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)內(nèi)蒙古輝騰錫勒風(fēng)電場項目二風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計學(xué)習(xí)目標 ①熟練掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成。 ②掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成部件功能及選型依據(jù)。 ③初步掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方法。項目描述 設(shè)計一套1kW的獨立運行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，具體包括： ●確定風(fēng)力機裝機容量； ●風(fēng)力發(fā)電機選型； ●蓄電池容量確定； ●電力變換單元設(shè)計方案確定； ●電力變換單元主要元件選型； ●逆變器選型。相關(guān)知識一、系統(tǒng)基本組成二、風(fēng)力機結(jié)構(gòu)三、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要類型四、風(fēng)力機運行特性五、發(fā)電機六、電力變換單元七、蓄電池八、控制器一、系統(tǒng)基本組成圖2-1離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖

二、風(fēng)力機結(jié)構(gòu)風(fēng)力機一般分為水平軸和垂直軸兩種，垂直軸的風(fēng)力機主要缺點是轉(zhuǎn)矩脈動大，在遇到強風(fēng)時不易調(diào)速，在80年代后期各國己經(jīng)停止了對這種風(fēng)車的研制和開發(fā)，現(xiàn)在的風(fēng)力機主要是水平軸螺旋槳推進器型的。水平軸風(fēng)力機主要由風(fēng)輪、回轉(zhuǎn)體、調(diào)速機構(gòu)、調(diào)向機構(gòu)、手剎車機構(gòu)、增速齒輪箱、發(fā)電機、塔架等部件所組成。三、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要類型1．定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組2．變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組3．主動失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組4．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組1．定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組定槳距是指槳葉與輪毅的連接是固定的，槳距角固定不變，即當風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性，當風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，來限制發(fā)電機的功率輸出。2．變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組變槳距是指安裝在輪毅上的葉片通過控制改變其槳距角的大小。其調(diào)節(jié)方法為：當風(fēng)電機組達到運行條件時，控制系統(tǒng)命令調(diào)節(jié)槳距角調(diào)到45°，當轉(zhuǎn)速達到一定時，再調(diào)節(jié)到0°直到風(fēng)力機達到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；在運行過程中，當輸出功率小于額定功率時，槳距角保持為0°位置不變，不作任何調(diào)節(jié);當發(fā)電機輸出功率達到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機的輸出功率保持在額定功率。3．主動失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機組將定槳距失速調(diào)節(jié)型與變槳距調(diào)節(jié)型兩種風(fēng)力發(fā)電機組相結(jié)合，充分吸取了被動失速和槳距調(diào)節(jié)的優(yōu)點，槳葉采用失速特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用變槳距調(diào)節(jié)。在低風(fēng)速時，將槳葉節(jié)距調(diào)節(jié)到可獲取最大功率位置，槳距角調(diào)整優(yōu)化機組功率的輸出；當風(fēng)力機發(fā)出的功率超過額定功率后，槳葉節(jié)距主動向失速方向調(diào)節(jié)，將功率調(diào)整在額定值以下，限制機組最大功率輸出，隨著風(fēng)速的不斷變化，槳葉僅需要微調(diào)維持失速狀態(tài)。制動剎車時，調(diào)節(jié)槳葉相當于氣動剎車，很大程度上減少了機械剎車對傳動系統(tǒng)的沖擊。4．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機組變速恒頻是指在風(fēng)力發(fā)電的過程中，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以跟蹤風(fēng)速的變化，由于轉(zhuǎn)速發(fā)生變化必然導(dǎo)致發(fā)電機頻率的變化，必須采用適當?shù)目刂剖侄?AC-DC-AC或AC-AC變頻器)來保證與電網(wǎng)同頻率后并入電網(wǎng)。機組在葉片設(shè)計上采用了變槳距結(jié)構(gòu)。四、風(fēng)力機運行特性風(fēng)力機的運行特性主要包括以下4部分。1．葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)2．最大功率曲線3．實際輸出功率4．轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性1．葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)圖2-2典型Cp=f(λ)曲線2．最大功率曲線Pt=

圖2-3功率—轉(zhuǎn)速特性曲線

3．實際輸出功率圖2-4某風(fēng)力機輸出功率曲線4．轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性由于系統(tǒng)本身機械性能、電氣特性的限制，轉(zhuǎn)矩、功率和轉(zhuǎn)速不可能無限大，在達到極限后必須進行運行保護控制，使系統(tǒng)能夠安全運行。

五、發(fā)電機發(fā)電機承擔了機械能到電能的轉(zhuǎn)換任務(wù)。它不僅直接影響這個轉(zhuǎn)換過程的性能、效率和供電質(zhì)量，而且也影響到整個系統(tǒng)的運行方式、效率和裝置結(jié)構(gòu)。因此，選用可靠性高、效率高、控制及供電性能良好的發(fā)電機系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電工作的一個重要任務(wù)。由于風(fēng)力發(fā)電機的應(yīng)用場所與一般發(fā)電機不同，其技術(shù)要求有其特殊性，在性能上又必須與風(fēng)力機有良好的匹配，獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機的型式一般為三相交流同步發(fā)電機五、發(fā)電機獨立運行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機應(yīng)該符合以下主要的技術(shù)要求：●發(fā)電機額定運行時，其輸出交流電壓的頻率不小于20Hz；●發(fā)電機應(yīng)能承受短路機械強度試驗而不發(fā)生損壞及有害變形，試驗應(yīng)在當發(fā)電機空載轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時進行，在交流側(cè)三相短路，歷時3s；●發(fā)電機的工作轉(zhuǎn)速范圍1kW及以下(含1kW)為65%~150%額定轉(zhuǎn)速，2kW及以上(含2kW)為65%~125%額定轉(zhuǎn)速；●在65%額定轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機的空載電壓應(yīng)不低于額定電壓；●當發(fā)電機在額定電壓下并輸出額定功率時，其轉(zhuǎn)速應(yīng)不大于105%額定轉(zhuǎn)速；●在最大工作轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機應(yīng)能承受輸出功率增大至1.5倍額定值的過載運行，歷時5min；●直流輸出端輸出額定功率時，其效率的保證值應(yīng)符合表2-2的規(guī)定；●發(fā)電機在空載情況下，應(yīng)能承受2倍的額定轉(zhuǎn)速，歷時2min，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不發(fā)生損壞及有害變形；●發(fā)電機定子繞組應(yīng)能承受歷時1min的耐電壓試驗而不發(fā)生擊穿。

六、電力變換單元由于風(fēng)能的隨機性，發(fā)電機所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的，以及蓄電池只能存儲直流電能，無法為交流負載直接供電。因此，為了給負載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負載用電，需要在發(fā)電機和負載之間加入電力變換裝置，由整流器、DC/DC變換器和逆變器組成。1．整流器圖2-6可控整流橋圖2-7不可控整流橋2．DC/DC變換器圖2-8Buck變換器3．逆變器逆變器的功能是將蓄電池所存儲和整流橋輸出的直流電能轉(zhuǎn)換為負載所需要的交流電能。逆變器按輸出功率分為:100W、200W、5OOW、1000W、2000W、5000W等。逆變器按輸人方式分為兩種：（1）直流輸入型:逆變器輸入端直接與電瓶連接的產(chǎn)品；（2）交流輸入型:逆變器輸入端與風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機交流輸出端連接的產(chǎn)品，即控制、逆變一體化的產(chǎn)品。七、蓄電池圖2-9鉛酸蓄電池充放電時端電壓的變化曲線七、蓄電池常用的充電方法（1）恒流充電（2）恒壓充電（3）兩階段、三階段充電（4）智能充電（5）均衡充電七、蓄電池放電控制技術(shù)（1）放電電壓控制法是在蓄電池組進行放電時，系統(tǒng)控制是維持直流母線電壓的穩(wěn)定，這樣能保證供給負載變化情況下，及時提供足夠的能量。當蓄電池組的電壓接近蓄電池組過放電壓時，給出報警;低于下限時，本組蓄電池就停止放電。（2）放電電流的控制法是在當一個蓄電池組的放電電流小于等于其額定放電電流時，不進行電流調(diào)節(jié)。當有大于其額定放電電流的組時，對蓄電池實行限流控制。即只有蓄電池的放電電流大于設(shè)定的放電電流時，其調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)才會起作用;否則，這個電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)對系統(tǒng)不起作用。（3）放電深度控制法是當蓄電池組的放電深度大于其設(shè)定的放電深度時，蓄電池將停止向負載放電。這主要是為延長蓄電池的使