風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)

關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)2風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)

目的

介紹現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理和控制方法，說明發(fā)電機(jī)對風(fēng)力機(jī)和電力系統(tǒng)的影響。（1）恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（2）變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

內(nèi)容第2頁,共74頁，2024年2月25日，星期天風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)第3頁,共74頁，2024年2月25日，星期天4

風(fēng)力機(jī)（輪轂、槳葉），傳動機(jī)構(gòu)（齒輪箱），發(fā)電機(jī)，控制器（調(diào)槳、偏航、啟停、并網(wǎng)），結(jié)構(gòu)件（機(jī)艙、塔筒、基礎(chǔ)）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)第4頁,共74頁，2024年2月25日，星期天5雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第5頁,共74頁，2024年2月25日，星期天風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)第6頁,共74頁，2024年2月25日，星期天7直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第7頁,共74頁，2024年2月25日，星期天8風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)知識

槳葉的距角

槳葉圍繞翼展長度方向的軸線旋轉(zhuǎn)的角度。顯然，槳距角的變動對槳葉的升力影響很大。

槳葉的升力與阻力第8頁,共74頁，2024年2月25日，星期天9風(fēng)力機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率特性風(fēng)輪的功率風(fēng)能轉(zhuǎn)換率葉尖速比TSR:TipSpeedRate第9頁,共74頁，2024年2月25日，星期天10定槳距槳葉槳距角固定，大風(fēng)速時，翼型的尾部氣流紊亂，升力不增反降，稱為失速現(xiàn)象。變槳距槳葉槳距角可調(diào)，大風(fēng)速時，增大槳距角，可保持風(fēng)力機(jī)吸收功率恒定，也可完全釋放功率。變槳距有利于大風(fēng)速下穩(wěn)定風(fēng)力機(jī)吸收的功率。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制第10頁,共74頁，2024年2月25日，星期天11風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制定速發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速基本恒定，例如籠型轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)。變速發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)變化。需要變頻器保證饋入電網(wǎng)的電能頻率恒定。變速發(fā)電機(jī)有利于小風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)吸收更多的功率。第11頁,共74頁，2024年2月25日，星期天12風(fēng)力機(jī)的輸出功率定槳定速

vs.變槳變速風(fēng)力機(jī)輸出功率的比較：第12頁,共74頁，2024年2月25日，星期天13風(fēng)力發(fā)電機(jī)組兩大核心系統(tǒng)：風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)＋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一個靈魂：系統(tǒng)控制器風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)：

槳葉輪轂主軸調(diào)槳機(jī)構(gòu)（液壓或電動伺服機(jī)構(gòu)）偏航機(jī)構(gòu)（電動伺服機(jī)構(gòu)）剎車、制動機(jī)構(gòu)風(fēng)速傳感器發(fā)電機(jī)系統(tǒng)：

發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器（電力電子變換器）并網(wǎng)開關(guān)軟并網(wǎng)裝置無功補(bǔ)償器主變壓器轉(zhuǎn)速傳感器第13頁,共74頁，2024年2月25日，星期天14風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組對發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的基本要求：（1）將旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)的機(jī)械能高效率地轉(zhuǎn)換為電能

轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率、電壓、電流、體積、重量（2）輸出的電能質(zhì)量應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的并網(wǎng)要求頻率、有功、無功、波形畸變率、三相不平衡度、并網(wǎng)沖擊、電壓跌落跨越（3）與風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)匹配，最大限度發(fā)揮風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換率有無齒輪箱（直驅(qū)）、變速（MPPT）、變槳（恒功）（4）安全、可靠運(yùn)行過壓、過流、過速、過熱等狀態(tài)監(jiān)測與保護(hù)第14頁,共74頁，2024年2月25日，星期天15風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組的分類：（1）按風(fēng)輪槳葉分類

失速型：高風(fēng)速時，因槳葉形狀或因葉尖處的擾流器動作，限制風(fēng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與功率；

變槳型：高風(fēng)速時，調(diào)整槳距角，限制輸出轉(zhuǎn)矩與功率。（2）按風(fēng)輪轉(zhuǎn)速分類

定速型：風(fēng)輪保持一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率較低；

變速型：

雙速：可在兩個設(shè)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，改善風(fēng)能轉(zhuǎn)換率；

連續(xù)變速：連續(xù)可調(diào)，可捕捉最大風(fēng)能功率。第15頁,共74頁，2024年2月25日，星期天16風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組的分類：（3）按傳動機(jī)構(gòu)分類升速型：用齒輪箱連接低速風(fēng)力機(jī)和高速發(fā)電機(jī)。

直驅(qū)型：將低速風(fēng)力機(jī)和低速發(fā)電機(jī)直接連接。（4）按發(fā)電機(jī)分類

異步型：籠型單速異步發(fā)電機(jī)、籠型雙速變極異步發(fā)電機(jī)；繞線式異步發(fā)電機(jī)。

同步型：電勵磁同步發(fā)電機(jī)；永磁同步發(fā)電機(jī)。（5）按并網(wǎng)方式分類

并網(wǎng)型：直接或間接并入電網(wǎng)，可省卻儲能環(huán)節(jié)。

離網(wǎng)型：需配儲能環(huán)節(jié)，也可與柴發(fā)、光伏并聯(lián)運(yùn)行。

第16頁,共74頁，2024年2月25日，星期天17風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的分類：恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（1）同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（2）籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（3）繞線轉(zhuǎn)子RCC異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（1）變速恒頻鼠籠異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（高速）（2）變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（高速）（3）變速恒頻電勵磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（中、低速）（4）變速恒頻永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（中、低速）（5）變速恒頻橫向磁通發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（中、低速）第17頁,共74頁，2024年2月25日，星期天18風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)三要素：（1）同步發(fā)電機(jī)（2）調(diào)速器（3）勵磁調(diào)節(jié)器第18頁,共74頁，2024年2月25日，星期天19恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子磁極第19頁,共74頁，2024年2月25日，星期天20恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理—產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（1）風(fēng)力機(jī)拖著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速n1沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)（2）定子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)體與轉(zhuǎn)子上的主磁極之間發(fā)生相對運(yùn)動（3）導(dǎo)體切割磁力線感應(yīng)出電動勢導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則判斷！交變頻率：p：磁極的極對數(shù)第20頁,共74頁，2024年2月25日，星期天21恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理—產(chǎn)生電磁制動力（1）載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力（2）繞組電流受力形成電磁轉(zhuǎn)矩（3）電磁轉(zhuǎn)矩阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，是一種制動轉(zhuǎn)矩，與風(fēng)力機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩相平衡。電磁制動力的方向可用左手定則判斷！第21頁,共74頁，2024年2月25日，星期天22恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電動勢方程式相量圖（忽略R）式中，

Xd＝Xs＋Xad

Xq＝Xs＋XaqXad、Xaq—每相電樞繞組的直軸和交軸電樞反應(yīng)電抗。Xs—每相電樞繞組的漏電抗。Xd、Xq—每相電樞繞組的直軸和交軸同步電抗。第22頁,共74頁，2024年2月25日，星期天23空載特性E0＝f(if

)恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空載電壓特性E0:定子一相感應(yīng)電動勢的有效值if:轉(zhuǎn)子勵磁電流

空載特性反映了轉(zhuǎn)子勵磁磁動勢產(chǎn)生磁場、并在定子繞組中感應(yīng)電動勢的能力。額定點(diǎn)第23頁,共74頁，2024年2月25日，星期天24恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的外特性外特性U＝f(I)外特性反映負(fù)載性質(zhì)不同時，端電壓隨負(fù)載大小變化而變化的情況。

外特性：同步發(fā)電機(jī)在n＝nN，if＝const，cos

＝const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

變化的趨勢有所不同。第24頁,共74頁，2024年2月25日，星期天25恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率保持發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時（UN、IN、cos

N）的額定勵磁電流ifN和轉(zhuǎn)速不變，去掉全部負(fù)載后，空載電動勢為E0，則電壓調(diào)整率為式中E0和UN同為相值或線值。第25頁,共74頁，2024年2月25日，星期天26恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功角特性勵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

功角

＝90

處。

凸極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率出現(xiàn)在功角

＜90

處。第26頁,共74頁，2024年2月25日，星期天27恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)條件

發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電壓與電網(wǎng)電壓應(yīng)滿足四同條件，即：

“同相序、同幅值、同頻率、同相位”同相序：由正確的旋轉(zhuǎn)方向保證同幅值：由勵磁調(diào)節(jié)器自動保證同頻率：由調(diào)速器保證，槳距調(diào)節(jié)可用作并網(wǎng)調(diào)速器同相位：由調(diào)速器微調(diào)實(shí)現(xiàn)第27頁,共74頁，2024年2月25日，星期天28恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主要問題

（1）并網(wǎng)問題：并網(wǎng)控制復(fù)雜，對調(diào)速器要求過高，并網(wǎng)過程長，成功率較低，沖擊電流不易控制，不適合于頻繁脫、并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。（2）運(yùn)行問題：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受電網(wǎng)頻率的鉗制，發(fā)電機(jī)呈現(xiàn)剛性機(jī)械特性。轉(zhuǎn)子受到的沖擊應(yīng)力大，電磁功率波動快，風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換率偏低。（3）過載問題：高風(fēng)速時，對變槳調(diào)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)要求高，無法利用轉(zhuǎn)子慣量緩沖。留給過速保護(hù)的響應(yīng)時間太短。恒速恒頻同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)極少被采用！第28頁,共74頁，2024年2月25日，星期天29風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)三要素：（1）異步發(fā)電機(jī)（2）調(diào)速器（3）無功補(bǔ)償器第29頁,共74頁，2024年2月25日，星期天30恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)第30頁,共74頁，2024年2月25日，星期天31恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理—

旋轉(zhuǎn)磁場(1)向?qū)ΨQ三相繞組中通入對稱三相交流電流，可形成行波磁場；(2)如果繞組分布在圓周上，則行波磁場為旋轉(zhuǎn)磁場；(3)旋轉(zhuǎn)磁場在一個圓周內(nèi)，呈現(xiàn)出的磁極（N、S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2p表示。(4)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

和極對數(shù)p：——同步轉(zhuǎn)速第31頁,共74頁，2024年2月25日，星期天32恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理—

電磁感應(yīng)（1）定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)（2）旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e和電流i（3）i在磁場中受力f，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T

（4）若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n>n1,向n1的方向旋轉(zhuǎn)，T為制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率:

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:n＝(1－s)n1或：第32頁,共74頁，2024年2月25日，星期天33恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)狀態(tài)電動機(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)!n＞n1＞0s＜00＜n＜n10＜s＜101n10ns籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)第33頁,共74頁，2024年2月25日，星期天34恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(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）、勵磁阻抗轉(zhuǎn)子可變電阻反映發(fā)電機(jī)的負(fù)載狀況第34頁,共74頁，2024年2月25日，星期天35恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電磁功率表述定子輸出功率：定、轉(zhuǎn)子銅損耗：電磁功率：鐵損耗：第35頁,共74頁，2024年2月25日，星期天36恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(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）、勵磁阻抗轉(zhuǎn)子可變電阻反映發(fā)電機(jī)的負(fù)載狀況第36頁,共74頁，2024年2月25日，星期天37恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率流程圖第37頁,共74頁，2024年2月25日，星期天38恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)矩：電動機(jī)狀態(tài)：0＜n＜n1，0＜s＜1發(fā)電機(jī)狀態(tài)：0＜n1＜n

，s＜0軟特性

vs.硬特性籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性曲線第38頁,共74頁，2024年2月25日，星期天39恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）無功補(bǔ)償：發(fā)電機(jī)勵磁消耗無功功率，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；（由于負(fù)荷經(jīng)常變動，固定電容難以做到完全補(bǔ)償。可能出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)現(xiàn)象，造成電網(wǎng)電壓浮動?？煽紤]在變電站加裝可控?zé)o功補(bǔ)償裝置SVC）（2）軟并網(wǎng)：并網(wǎng)瞬間與異步電動機(jī)起動相似，存在很大的沖擊電流，應(yīng)在接近同步轉(zhuǎn)速時并網(wǎng)，并加裝可控硅軟起動限流裝置；第39頁,共74頁，2024年2月25日，星期天40恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)（3）過載能力：發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性曲線較硬，允許轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變動范圍小，導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換率偏低

。風(fēng)速不穩(wěn)時，風(fēng)電機(jī)組容易受到?jīng)_擊機(jī)械應(yīng)力；（軟特性發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子損耗較大，發(fā)熱嚴(yán)重）（4）高效輕載：絕大部分時間處于輕載狀態(tài)，要求發(fā)電機(jī)的效率曲線平坦，在中低負(fù)載區(qū)效率較高。可考慮在輕載區(qū)，將定子繞組由角接改為星接，降低鐵耗。第40頁,共74頁，2024年2月25日，星期天41恒速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)籠型雙速異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）變極雙速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案在同一臺發(fā)電機(jī)的定子鐵心中，埋設(shè)兩套不同極對數(shù)的電樞繞組（通常為4/6極）。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換，以獲得合適的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。高速繞組角接，低速繞組星接，以降低輕載運(yùn)行時的鐵心磁密和損耗。（2）大、小電機(jī)方案：采用兩臺不同容量、不同極對數(shù)的單速籠型異步發(fā)電機(jī)同軸串聯(lián)。高速發(fā)電機(jī)角接，低速發(fā)電機(jī)繞組星接。根據(jù)需要，可在兩套繞組切換。與變極雙速方案相比，小電機(jī)的負(fù)荷率較高，發(fā)電效率更高、第41頁,共74頁，2024年2月25日，星期天42恒速恒頻RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)RCC：RotorCurrentControl，轉(zhuǎn)子電流控制

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，動態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性。第42頁,共74頁，2024年2月25日，星期天43恒速恒頻RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)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，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，機(jī)械特性變軟。第43頁,共74頁，2024年2月25日，星期天44恒速恒頻RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)Rs增大轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻時的人為機(jī)械特性

三相繞線型異步電機(jī)的參數(shù)和U1、f1一定，轉(zhuǎn)子每相中串入附加電阻Rs。

Rs↑時：

Tm不變，

|smax|↑，

T＝f(s)更傾斜。第44頁,共74頁，2024年2月25日，星期天45恒速恒頻RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流斬波控制電路：原理：

控制附加電阻的接入時間，從而控制轉(zhuǎn)子電流.第45頁,共74頁，2024年2月25日，星期天46恒速恒頻RCC異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：（1）風(fēng)速變化引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩脈動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)輪作為慣性儲能元件，吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化形成的動能，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。第46頁,共74頁，2024年2月25日，星期天47風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)第47頁,共74頁，2024年2月25日，星期天48變速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)四象限背靠背變頻器（全功率容量）第48頁,共74頁，2024年2月25日，星期天49變速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）交直交變頻器使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率間的關(guān)聯(lián)解耦；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)；可利用發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，跟蹤其最大功率點(diǎn)。發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)差率小，發(fā)電機(jī)機(jī)械特性硬，運(yùn)行效率高；（2）發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器運(yùn)行于升壓整流狀態(tài)，機(jī)端電壓可調(diào)，輕載運(yùn)行時發(fā)電機(jī)的鐵耗小、效率高；第49頁,共74頁，2024年2月25日，星期天50變速恒頻籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)：（3）電網(wǎng)側(cè)變頻器運(yùn)行于逆變狀態(tài)，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功傳送至電網(wǎng)，并可作為無功發(fā)生器參與調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功；對電網(wǎng)波動的適應(yīng)性好，可以將電網(wǎng)的波動屏蔽于發(fā)電機(jī)之外；

（4）變頻器與發(fā)電機(jī)功率容量相等，系統(tǒng)成本高。第50頁,共74頁，2024年2月25日，星期天51風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)＋交直交雙向功率變換器第51頁,共74頁，2024年2月25日，星期天52變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)國產(chǎn)MW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)第52頁,共74頁，2024年2月25日，星期天53變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)國產(chǎn)1.5MW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流勵磁變頻器第53頁,共74頁，2024年2月25日，星期天54變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第54頁,共74頁，2024年2月25日，星期天55變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

繞線型繞組的聯(lián)結(jié)方式繞線型轉(zhuǎn)子繞組通常采用Y聯(lián)結(jié)第55頁,共74頁，2024年2月25日，星期天56變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)：（1）繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機(jī)的一種；（2）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，接至一臺雙向功率變換器；（3）轉(zhuǎn)子繞組通入受控的變頻交流勵磁電流；（4）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時也可運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)；（5）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；第56頁,共74頁，2024年2月25日，星期天57變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理—

轉(zhuǎn)子交流勵磁（1）轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化；（2）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)速時都能保持發(fā)電狀態(tài)；（3）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；（4）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)（約為全功率的0.3倍，|s|<0.3）第57頁,共74頁，2024年2月25日，星期天58變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步發(fā)電機(jī)的等值電路S＝0

時，右邊的轉(zhuǎn)子支路轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電流源。S≠0

時變頻器第58頁,共74頁，2024年2月25日，星期天59變速恒頻雙饋異步風(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)中的變頻器

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：交直交電壓型變頻器。由兩個共用直流環(huán)節(jié)的背靠背三相整流/逆變器組成。可實(shí)現(xiàn)變頻、變壓和功率雙向流動；

控制方式：發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器采用定子磁場定向矢量控制；電網(wǎng)側(cè)變頻器采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制。通過二者之間的協(xié)調(diào)控制，保持直流母線電壓恒定?？蓪?shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率之間的解耦控制；

電壓調(diào)制：空間電壓矢量正弦型脈寬調(diào)制。第59頁,共74頁，2024年2月25日，星期天60定子磁場定向矢量控制：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。變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)第60頁,共74頁，2024年2月25日，星期天61變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)速關(guān)系第61頁,共74頁，2024年2月25日，星期天62變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率電流關(guān)系第62頁,共74頁，2024年2月25日，星期天63變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率轉(zhuǎn)子電壓關(guān)系第63頁,共74頁，2024年2月25日，星期天64變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率效率曲線第64頁,共74頁，2024年2月25日，星期天65變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）連續(xù)變速運(yùn)行，風(fēng)能轉(zhuǎn)換率高；（2）部分功率變換，變頻器成本相對較低；（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）雙向變頻器結(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。第65頁,共74頁，2024年2月25