風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)及產(chǎn)業(yè).ppt

1、1,機(jī)械工業(yè)出版社,第3章 風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù),2,機(jī)械工業(yè)出版社,3,機(jī)械工業(yè)出版社,本章主要內(nèi)容 3.1 風(fēng)的特性及風(fēng)能利用 3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工作原理 3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略 3.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償 3.5 風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評(píng)價(jià),4,機(jī)械工業(yè)出版社,緒 論,在新能源發(fā)電技術(shù)中，風(fēng)力發(fā)電是其中最接近實(shí)用和推廣的一種。風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)，涉及空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械、電機(jī)和控制技術(shù)等領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電是在大量利用風(fēng)力提水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它首先起源于丹麥，目前丹麥已成為世界上生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大國(guó)。20世紀(jì)70年代世界連續(xù)出現(xiàn)石油危機(jī)，隨之而來(lái)的環(huán)境

2、問(wèn)題迫使人們考慮可再生能源利用問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電很快重新提上了議事日程。風(fēng)力發(fā)電是近期內(nèi)最具開(kāi)發(fā)利用前景的可再生能源，也將是21世紀(jì)中發(fā)展最快的一種可再生能源。,5,機(jī)械工業(yè)出版社,感性認(rèn)識(shí)：各式風(fēng)機(jī),6,機(jī)械工業(yè)出版社,7,機(jī)械工業(yè)出版社,8,機(jī)械工業(yè)出版社,9,機(jī)械工業(yè)出版社,3.1 風(fēng)的特性及風(fēng)能利用,3.1.1 風(fēng)的產(chǎn)生 風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，由太陽(yáng)輻射熱和地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和地表差異等引起，大氣是這種能源轉(zhuǎn)換的媒介。,圖3-1 地球上風(fēng)的運(yùn)動(dòng),10,機(jī)械工業(yè)出版社,3.1.2 風(fēng)的特性與風(fēng)能,1、隨機(jī)性 2、風(fēng)隨高度的變化而變化 不同高度風(fēng)速的表達(dá)式：,式中 距地面高度為h處的風(fēng)速（ms

3、）； 0高度為h0處的風(fēng)速（ms），一般取h0為10m； k修正指數(shù)，它取決于大氣穩(wěn)定度和地面粗糙度等，其值約 為0.1250.5。,11,機(jī)械工業(yè)出版社,3.1.3 風(fēng)的表示及應(yīng)用 1、風(fēng)向,風(fēng)向一般用16個(gè)方位表示，也可以用角度表示。圖示方向方位圖,圖3-2 風(fēng)向方位圖,12,機(jī)械工業(yè)出版社,2、風(fēng)速 由于風(fēng)時(shí)有時(shí)無(wú)、時(shí)大時(shí)小，每一瞬時(shí)的速度都不相同，所以風(fēng)速是指一段時(shí)間內(nèi)的平均值，即平均風(fēng)速。 3、風(fēng)力 風(fēng)力等級(jí)是根據(jù)風(fēng)對(duì)地面或海面物體影響而引起的各種現(xiàn)象，按風(fēng)力的強(qiáng)度等級(jí)來(lái)估計(jì)風(fēng)力的大小。國(guó)際上采用的為蒲福風(fēng)級(jí)，從靜風(fēng)到颶風(fēng)共分為13個(gè)等級(jí)。,風(fēng)力等級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系：,式中 VNN級(jí)風(fēng)的

4、平均風(fēng)速(m/s)； N風(fēng)的級(jí)數(shù)。,13,機(jī)械工業(yè)出版社,4、風(fēng)能 （1） 風(fēng)能密度，空氣在一秒鐘內(nèi)以速度流過(guò)單位面積產(chǎn)生的動(dòng)能。 表達(dá)式為：,（2） 風(fēng)能，空氣在一秒鐘時(shí)間內(nèi)以速度流過(guò)面積為S截面的動(dòng)能。,表達(dá)式為：,（3） 風(fēng)能利用，風(fēng)能的利用主要是將大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為其他形式的能量 。,14,機(jī)械工業(yè)出版社,風(fēng)能轉(zhuǎn)換及應(yīng)用情況 如圖所示。,圖3-5 風(fēng)能轉(zhuǎn)換與應(yīng)用情況,15,機(jī)械工業(yè)出版社,3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工作原理 3.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及分類(lèi),1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類(lèi),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類(lèi)一般有3種，如下表所示。,16,機(jī)械工業(yè)出版社,按風(fēng)輪軸的安裝型式,按風(fēng)力發(fā)

5、電機(jī)的功率,按運(yùn)行方式,水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,微型（額定功率501000W）、小型（額定功率1.010kW）、中型（額定功率10100kW）和大型（額定功率大于100kW）,獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行,17,機(jī)械工業(yè)出版社,2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是目前技術(shù)最成熟、產(chǎn)量最大的形式；垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因其效率低、需起動(dòng)設(shè)備等技術(shù)原因應(yīng)用較少，因此下面主要介紹水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)。,18,機(jī)械工業(yè)出版社,（1）獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,水平軸獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng) 力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機(jī)、支架、電纜、充電控制器、逆變器、蓄電池組等組成，其主要

6、結(jié)構(gòu)見(jiàn)右圖。,圖3-6 水平軸獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要結(jié)構(gòu),19,機(jī)械工業(yè)出版社,并網(wǎng)運(yùn)行的水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成，其結(jié)構(gòu)如右圖所示,（2） 并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,圖3-7 并網(wǎng)運(yùn)行的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理框圖,20,機(jī)械工業(yè)出版社,并網(wǎng)運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)，它由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調(diào)向機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機(jī)艙、機(jī)座、回轉(zhuǎn)體、制動(dòng)器）等組成，結(jié)構(gòu)如右圖。,（3） 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,圖3-8 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu),21,機(jī)械工業(yè)出版社,3.2.2 風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力機(jī)又稱為風(fēng)輪，主要有水平

7、軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。 1、水平軸風(fēng)力機(jī)： a.荷蘭式 b.農(nóng)莊式 c.自行車(chē)式 d.槳葉式,圖3-9 水平軸風(fēng)力機(jī),22,機(jī)械工業(yè)出版社,2、垂直軸風(fēng)力機(jī)： a.薩窩紐斯式 b.達(dá)里厄式 c.旋翼式,圖-10 垂直軸風(fēng)力機(jī),23,機(jī)械工業(yè)出版社,水平軸,垂直軸,24,機(jī)械工業(yè)出版社,3.2.3 風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的風(fēng)輪之所以能將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，原因是因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)具有特殊的翼型。圖示為現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)葉片的翼型及翼型受力分析圖。,圖3-11 風(fēng)力機(jī)的葉片翼型及受力,25,機(jī)械工業(yè)出版社,現(xiàn)分析風(fēng)輪不動(dòng)時(shí)受到風(fēng)吹的情況： 當(dāng)風(fēng)以速度矢量 吹向葉片時(shí)，在翼型的上表面，風(fēng)速減小，形成低壓區(qū)

8、，翼型的下表面，風(fēng)速增大，形成高壓區(qū)，上下表面間形成壓差，產(chǎn)生垂直于翼弦的力 F ，力 F 可以分解為與相對(duì)風(fēng)速方向平行的阻力 FD 和垂直于風(fēng)向的升力 FL ，升力使風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。,26,機(jī)械工業(yè)出版社,風(fēng)力機(jī)的輸出功率 當(dāng)風(fēng)吹向風(fēng)力機(jī)的葉片時(shí)，風(fēng)力機(jī)的主要作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，風(fēng)力機(jī)的機(jī)械輸出功率可用式子表示為：,27,機(jī)械工業(yè)出版社,對(duì)應(yīng)于最大的風(fēng)力機(jī)利用系CPm有一個(gè)葉尖速比m，因風(fēng)速經(jīng)常變化，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲，風(fēng)力機(jī)應(yīng)變速運(yùn)行，以維持葉尖速比m不變。 在槳距角一定時(shí)，CP與葉尖速比的關(guān)系如下圖所示。,圖3-13 風(fēng)力機(jī)的利用系數(shù)與葉尖速比的關(guān)系,28,機(jī)械工業(yè)出

9、版社,3.2.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī),在由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)及其控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心 。獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所用的發(fā)電機(jī)主要有直流發(fā)電機(jī)、永磁式交流發(fā)電機(jī)、硅整流自勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)及電容式自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組中使用的發(fā)電機(jī)主要有同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)、低速交流發(fā)電機(jī)、無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)、交流整流子發(fā)電機(jī)、高壓同步發(fā)電機(jī)及開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等。,29,機(jī)械工業(yè)出版社,1、 獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī) 獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般容量較小，與蓄電池和功率變換器配合實(shí)現(xiàn)直流電和交流電的持續(xù)供給。獨(dú)立運(yùn)行的交流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。,圖3-14 獨(dú)立運(yùn)行的交流風(fēng)

10、力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),30,機(jī)械工業(yè)出版社,（1）直流發(fā)電機(jī) 直流發(fā)電機(jī)從磁場(chǎng)產(chǎn)生（勵(lì)磁）的角度來(lái)分，可分為永磁式直流發(fā)電機(jī)和電磁式直流發(fā)電機(jī)，典型結(jié)構(gòu)如圖示。直流發(fā)電機(jī)可直接將電能送給蓄電池蓄能，可省去整流器，隨著永磁材料的發(fā)展及直流發(fā)電機(jī)的無(wú)刷化，永磁直流發(fā)電機(jī)的功率不斷做大，性能大大提高，是一種很有發(fā)展前途的發(fā)電機(jī)。,圖3-15 電磁式直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),31,機(jī)械工業(yè)出版社,（2）永磁式交流同步發(fā)電機(jī) 永磁式交流同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有勵(lì)磁繞組，因此無(wú)勵(lì)磁繞組的銅損耗，發(fā)電機(jī)的效率高；轉(zhuǎn)子上無(wú)集電環(huán)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行更可靠；采用釹鐵硼永磁材料制造的發(fā)電機(jī)體積小，重量輕，制造工藝簡(jiǎn)便，因此廣泛應(yīng)用于小型

11、及微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中。,圖3-17 凸極式永磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,1定子齒 2定子軛 3永磁體轉(zhuǎn)子 4轉(zhuǎn)子軸 5氣隙 6定子繞組,32,機(jī)械工業(yè)出版社,（3）硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī) 如下圖，硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)電路原理圖。 硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)一般帶有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，來(lái)抵消因風(fēng)速變化而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓的影響，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，提高供電質(zhì)量。,圖3-18硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)電路原理圖,33,機(jī)械工業(yè)出版社,（4）電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī) 電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)是在異步發(fā)電機(jī)定子繞組的輸出端接上電容，以產(chǎn)生超前于電壓的容性電流建立磁場(chǎng)，從而

12、建立電壓。其電路示意圖如下圖所示。,圖3-19 電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)電路原理,34,機(jī)械工業(yè)出版社,并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所用的發(fā)電機(jī),（1）異步發(fā)電機(jī) 風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，只要發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速就可以并網(wǎng)，對(duì)機(jī)組的調(diào)速要求不高，不需要同步設(shè)備和整步操作。異步發(fā)電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速近似成線性關(guān)系，可通過(guò)轉(zhuǎn)差率來(lái)調(diào)整負(fù)載。 （2）同步發(fā)電機(jī) 當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量高；同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)功率因數(shù)，既能輸出有功功率，也可提供無(wú)功功率，可使功率因數(shù)為1，因此被電力系統(tǒng)廣泛接受。,35,機(jī)械工業(yè)出版社,36,機(jī)械工業(yè)出版社,（3）雙饋異

13、步發(fā)電機(jī) 雙饋異步發(fā)電機(jī)是當(dāng)今最有發(fā)展前途的一種發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)是由一臺(tái)帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)和變頻器組成，變頻器有交交變頻器、交直交變頻器及正弦波脈寬調(diào)制雙向變頻器三種，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。,圖3-25 雙饋異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),37,機(jī)械工業(yè)出版社,38,機(jī)械工業(yè)出版社,雙饋異步發(fā)電機(jī)工作原理： 異步發(fā)電機(jī)中定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)始終是相對(duì)靜止的，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而頻率不變時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定、轉(zhuǎn)子電流的頻率關(guān)系可表示為： 式中 f1定子電流的頻率（Hz），f1=pn1/60，n1 為同步轉(zhuǎn)速； p發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)； n轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min）； f2轉(zhuǎn)子電流的頻率（Hz），因f

14、2=sf1，故f2又稱為轉(zhuǎn)差頻率。,39,機(jī)械工業(yè)出版社,根據(jù)雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋異步發(fā)電機(jī)可以有三種運(yùn)行狀態(tài)： 1）亞同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n0，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同方向，功率流向如圖所示。,40,機(jī)械工業(yè)出版社,2）超同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)nn1，轉(zhuǎn)差率s0，轉(zhuǎn)子中的電流相序發(fā)生了改變，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反方向，功率流向如圖所示。 3）同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n=n1，f2=0，轉(zhuǎn)子中的電流為直流，與同步發(fā)電機(jī)相同。,41,機(jī)械工業(yè)出版社,雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)雙向變頻器與電網(wǎng)連接，可實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，功率變換器的容量小，

15、成本低；既可以亞同步運(yùn)行，也可以超同步運(yùn)行，因此調(diào)速范圍寬；可跟蹤最佳葉尖速，實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲；可對(duì)有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行控制，提高功率因數(shù)；能吸收陣風(fēng)能量，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和輸出功率的波動(dòng)，因此電能質(zhì)量高，是目前很有發(fā)展?jié)摿Φ淖兯俸泐l發(fā)電機(jī)。,42,機(jī)械工業(yè)出版社,（4）無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī) 無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)(Brushless DoublyFed Machine，簡(jiǎn)稱BDFM)的基本原理與雙饋異步發(fā)電機(jī)相同，不同之外是取消了電刷和集電環(huán)，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性增大，但系統(tǒng)體積也相應(yīng)增大，常用的有級(jí)聯(lián)式和磁場(chǎng)調(diào)制型兩種類(lèi)型。,圖3-27 級(jí)聯(lián)式無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī),圖3-28 磁場(chǎng)調(diào)制型無(wú)刷雙饋異步發(fā)電

16、機(jī),43,機(jī)械工業(yè)出版社,（5）開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)又稱為雙凸極式發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱SRG），定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，定子極數(shù)一般比轉(zhuǎn)子的極數(shù)多，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，定子凸極上安放有彼此獨(dú)立的集中繞組，徑向獨(dú)立的兩個(gè)繞組串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一相。,圖3-29 三相（6/4極）開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu),44,機(jī)械工業(yè)出版社,開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)用作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，其系統(tǒng)一般由風(fēng)力機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其功率變換器、控制器、蓄電池、逆變器、負(fù)載以及輔助電源等組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。,開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，效率高而且轉(zhuǎn)矩密度大，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中可用于直接驅(qū)動(dòng)、變速運(yùn)行，有一定的開(kāi)發(fā)、研究?jī)r(jià)值。

17、,圖3-30 開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成,45,機(jī)械工業(yè)出版社,3.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略,與一般工業(yè)控制系統(tǒng)不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性復(fù)雜控制系統(tǒng)。尤其是對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，控制系統(tǒng)不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制，以確保運(yùn)行過(guò)程的安全性和可靠性，還需要根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電質(zhì)量，而這正是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制中的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般都采用微機(jī)控制，如下圖所示。,46,機(jī)械工業(yè)出版社,2A/D轉(zhuǎn)換模塊 3風(fēng)向標(biāo) 4風(fēng)速計(jì) 5頻率計(jì) 6電壓表 7電流表 8控制機(jī)構(gòu) 9執(zhí)行機(jī)構(gòu) 10液壓調(diào)速

18、油缸 11調(diào)向電機(jī) 12其他傳感器,圖3-32 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的微機(jī)自控原理框圖,47,機(jī)械工業(yè)出版社,3.3.1 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)及控制要求 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制的目標(biāo)主要有四個(gè)： 保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行、能量利用率最大、電能質(zhì)量高、機(jī)組壽命延長(zhǎng)。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常規(guī)的控制功能有七個(gè)： 在運(yùn)行的風(fēng)速范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行； 低風(fēng)速時(shí)，跟蹤最佳葉尖速比，獲取最大風(fēng)能； 高風(fēng)速時(shí)，限制風(fēng)能的捕獲，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率為額定值； 減小陣風(fēng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)峰值，減小風(fēng)輪的機(jī)械應(yīng)力和輸出功率的波動(dòng)，避免共振；,48,機(jī)械工業(yè)出版社,減小功率傳動(dòng)鏈的暫態(tài)響應(yīng)； 控制器簡(jiǎn)單，控制代價(jià)小，對(duì)一些輸入信號(hào)進(jìn)行限幅；

19、 調(diào)節(jié)機(jī)組的功率，確保機(jī)組輸出電壓和頻率的穩(wěn)定。,為實(shí)現(xiàn)上述所要求的部分或全部控制功能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段：從最初的定槳距失速恒頻控制到后來(lái)的變槳距恒速恒頻控制，目前主要發(fā)展變槳距或定槳距變速恒頻控制。,49,機(jī)械工業(yè)出版社,3.3.2 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)控制,風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)方式有定槳距失速調(diào)節(jié)、變槳距調(diào)節(jié)和主動(dòng)失速調(diào)節(jié)三種。,1、定槳距失速調(diào)節(jié) 定槳距失速調(diào)節(jié)一般用于恒速控制，其風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：槳葉與輪轂的連接是固定的，槳距角固定不變，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。在風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速后利用槳葉翼型本身的失速特性，維持發(fā)電機(jī)組的輸出功率在額定

20、值附近。,50,機(jī)械工業(yè)出版社,定槳距失速控制的優(yōu)點(diǎn)是失速調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可靠，由風(fēng)速變化引起的輸出功率的控制只通過(guò)槳葉的被動(dòng)失速調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有功率反饋系統(tǒng)和變槳距機(jī)構(gòu)，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件小、造價(jià)低。其缺點(diǎn)是葉片重量大、成形工藝復(fù)雜，槳葉、輪轂、塔架等部件受力較大，機(jī)組的整體效率較低。,2、變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)與控制 變槳距風(fēng)力機(jī)的整個(gè)葉片可以繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片的攻角在一定范圍（090）變化，變槳距調(diào)節(jié)是指通過(guò)變槳距機(jī)構(gòu)改變安裝在輪轂上的葉片槳距角的大小，使風(fēng)輪葉片的槳距角隨風(fēng)速的變化而變化，一般用于變速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，主要目的是改善機(jī)組的起動(dòng)性能和功率特性。,51,機(jī)

21、械工業(yè)出版社,（1）根據(jù)其作用可分為三個(gè)控制過(guò)程：起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速控制，額定轉(zhuǎn)速以下（欠功率狀態(tài)）的不控制和額定轉(zhuǎn)速以上（額定功率狀態(tài)）的恒功率控制。 a. 起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速控制 變距風(fēng)輪的槳葉在靜止時(shí)，槳距角為90，當(dāng)風(fēng)速達(dá)起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳葉向0方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣流對(duì)槳葉產(chǎn)生一定的攻角，風(fēng)力機(jī)獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的起動(dòng) b. 額定轉(zhuǎn)速以下（欠功率狀態(tài)）的控制 為了改善低風(fēng)速時(shí)的槳葉性能，近幾年來(lái)，在并網(wǎng)運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)上，利用新技術(shù)，根據(jù)風(fēng)速的大小調(diào)整發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，使其盡量運(yùn)行在最佳葉尖速比上，以優(yōu)化功率輸出。,52,機(jī)械工業(yè)出版社,c. 額定轉(zhuǎn)速以上（額定功率狀態(tài)）的恒功率控制 當(dāng)風(fēng)速

22、過(guò)高時(shí)，通過(guò)調(diào)整槳葉節(jié)距，改變氣流對(duì)葉片的攻角，使槳距角 向迎風(fēng)面積減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，增大，功角 減小，如圖所示。從而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，使功率輸出保持在額定值附近，這時(shí)風(fēng)力機(jī)在額定點(diǎn)的附近具有較高的風(fēng)能利用因數(shù)。,53,機(jī)械工業(yè)出版社,a）變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線,b）定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率曲線,由圖可見(jiàn)，在額定風(fēng)速以下，兩者相似，但在額定風(fēng)速以上，變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率維持恒定，而定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率由于風(fēng)力機(jī)的失速當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)而減小。,54,機(jī)械工業(yè)出版社,3、變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng) 傳統(tǒng)的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)框圖如圖所示。在起動(dòng)時(shí)實(shí)

23、現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，由速度控制器起作用，起動(dòng)結(jié)束后，在額定風(fēng)速以下，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)不進(jìn)行控制。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，切換到功率控制，功率控制器根據(jù)給定與反饋的功率信號(hào)比較后進(jìn)行功率控制，以維持額定功率不變。,圖3-38 傳統(tǒng)的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)框圖,55,機(jī)械工業(yè)出版社,新型控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是采用了兩個(gè)速度控制器及增加了轉(zhuǎn)子電流的控制。其中一個(gè)速度控制器的作用與傳統(tǒng)的速度控制器相同，既起動(dòng)時(shí)和同步轉(zhuǎn)速附近的轉(zhuǎn)速控制。,另一個(gè)速度控制器的作用是在并網(wǎng)后，和功率控制器一起通過(guò)轉(zhuǎn)子電流的控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)差即轉(zhuǎn)速的控制。帶轉(zhuǎn)子電流控制器的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。,

24、圖3-39 帶轉(zhuǎn)子電流控制器的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),56,機(jī)械工業(yè)出版社,轉(zhuǎn)子電流控制器安裝在繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，通過(guò)集電環(huán)與轉(zhuǎn)子電路相連，轉(zhuǎn)子電路中外接三相電阻，通過(guò)一組電力電子器件來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)子回路電阻，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的，其控制系統(tǒng)原理如下圖所示。 圖中的開(kāi)關(guān)S代表機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)前的控制方式，為轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制；開(kāi)關(guān)R代表機(jī)組并網(wǎng)后的控制方式，為功率閉環(huán)控制；RCC為異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流控制器。,57,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-40 轉(zhuǎn)差可調(diào)異步發(fā)電機(jī)控制原理框圖,58,機(jī)械工業(yè)出版社,變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)與控制 1、原理 變速恒頻是指發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化

25、，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂频玫捷敵鲱l率恒定的電能。 2、特點(diǎn) 1.可大范圍的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使功率系數(shù)保持在最佳值，從而最大限度地吸收風(fēng)能，系統(tǒng)效率高； 2.能吸收和存貯陣風(fēng)能量，減少陣風(fēng)沖擊對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的疲勞損壞、機(jī)械應(yīng)力和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，延長(zhǎng)機(jī)組壽命，減少噪聲； 3.可以控制有功功率和無(wú)功功率，電能質(zhì)量高。,59,機(jī)械工業(yè)出版社,3、調(diào)節(jié)控制過(guò)程 (1) 起動(dòng)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)槳距控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在同步轉(zhuǎn)速附近，尋找最佳時(shí)機(jī)并網(wǎng)； (2) 并網(wǎng)后，在額定風(fēng)速以下，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速的變化，保持最佳葉尖速比，確保風(fēng)能的最大捕獲，表現(xiàn)為跟蹤控制問(wèn)題； (3) 在額定風(fēng)速

26、以上，采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變速和槳葉節(jié)距雙重調(diào)節(jié)，利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的變化，存貯或釋放部分能量，限制風(fēng)力機(jī)獲取能量，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)保持在額定值下發(fā)電，保證發(fā)電機(jī)輸出功率的更加平穩(wěn)。,60,機(jī)械工業(yè)出版社,4、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和主要類(lèi)型 (1) 籠型異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),不足：系統(tǒng)的成本和體積較大，在大容量發(fā)電機(jī)組中難以實(shí)現(xiàn)；需加電容補(bǔ)償裝置，其電壓和功率因數(shù)的控制較難。,61,機(jī)械工業(yè)出版社,(2) 同步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),特點(diǎn)：變頻器容量較大，但其控制比籠型異步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單，可通過(guò)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、有功功率和無(wú)功功率的控制。,62,機(jī)械工業(yè)出版社

27、,(3)雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),特點(diǎn)：大大降低了變頻器的成本和控制難度；定子直接上網(wǎng)，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性；通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電流的相位和幅值來(lái)調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率。缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)仍有電刷和集電環(huán)，工作可靠性受影響。,圖3-45 雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),63,機(jī)械工業(yè)出版社,(4)無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),特點(diǎn)：變頻器的容量較?。怀龑?shí)現(xiàn)變速恒頻控制外，還可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的靈活控制，以補(bǔ)償電網(wǎng)的功率因數(shù)；發(fā)電機(jī)上無(wú)電刷和集電環(huán)，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性增大。但發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制器較復(fù)雜,圖3-46 無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),64,機(jī)械工業(yè)出

28、版社,5、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本控制策略一般確定為： 低于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最大風(fēng)能利用系數(shù)，以獲得最大能量； 高于額定風(fēng)速時(shí)，跟蹤最大功率，并保持輸出功率穩(wěn)定。,65,機(jī)械工業(yè)出版社,(1) 轉(zhuǎn)速控制策略 一般通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，圖為最佳轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。,66,機(jī)械工業(yè)出版社,為實(shí)現(xiàn)對(duì)最佳轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線的跟蹤，一般有間接速度控制和直接速度控制兩種方法，分別如下圖所示。,圖3-48 a)間接速度控制策略,67,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-48 b)直接速度控制策略,68,機(jī)械工業(yè)出版社,(2) 功率控制策略 一般采用兩種方法： 控制發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)

29、改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)輪的葉尖速比，維持功率不變； 改變槳葉節(jié)距角來(lái)改變空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩；或?qū)煞N方法結(jié)合起來(lái)，以改善性能。,69,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-49 功率控制系統(tǒng)總框圖,70,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-50 改變槳葉節(jié)距角的控制系統(tǒng)圖,71,機(jī)械工業(yè)出版社,6、雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制 實(shí)現(xiàn)變速恒頻的方法很多，其中雙饋異步發(fā)電機(jī)的方案最具優(yōu)勢(shì)。雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的變頻器采用雙PWM變頻器，發(fā)電機(jī)根據(jù)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，實(shí)現(xiàn)恒頻輸出；再通過(guò)矢量變換控制實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的有功和無(wú)功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)最佳風(fēng)能的捕獲。采用矢量控制技術(shù)的雙

30、饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，圖中DFIG為雙饋異步發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)稱。,72,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-51 采用矢量控制技術(shù)的雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),73,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-52 由IGBT電力電子器件組成的雙PWM變頻器的主電路,74,機(jī)械工業(yè)出版社,7、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的智能控制 (1)模糊控制 模糊控制可將專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示為語(yǔ)言規(guī)劃用于控制器的設(shè)計(jì)，不需要被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，能克服非線性因素的影響，對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)具有較強(qiáng)的魯棒性，非常適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制。對(duì)于變速恒頻控制的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，可針對(duì)機(jī)組的不同狀態(tài)設(shè)計(jì)相應(yīng)的模糊控制器，以達(dá)到最大風(fēng)能

31、捕獲和功率穩(wěn)定的控制，圖為模糊邏輯控制器框圖。,75,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-57 模糊邏輯控制器框圖 R給定值 E偏差 U控制器 Y被控制量,76,機(jī)械工業(yè)出版社,(2)模型參考自適應(yīng)控制 針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性、不確定性、不穩(wěn)定性和模型很難建立的特點(diǎn)，采用模型參考自適應(yīng)控制， 通過(guò)參考模型的建立和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制器參數(shù)的適時(shí)修正來(lái)降低不確定性對(duì)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率的控制。 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示，,77,機(jī)械工業(yè)出版社,圖3-58 模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng),opt為希望轉(zhuǎn)速，為發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，w為風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，為風(fēng)速， *為參考轉(zhuǎn)速，e為參考轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)

32、實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的偏差,78,機(jī)械工業(yè)出版社,除了上述的二種智能控制方法外，還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、H控制等新型的智能控制方法在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制中也有一定的應(yīng)用研究，隨著新技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)風(fēng)力發(fā)電的重視，風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)會(huì)得到更大的發(fā)展。,79,機(jī)械工業(yè)出版社,(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有可任意逼近任何非線性模型的非線性映射能力，利用其學(xué)習(xí)和自收斂性可設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，可提高系統(tǒng)的控制精度，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，因此在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中也有相應(yīng)的應(yīng)用研究。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制還可以與模糊控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來(lái)控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。,除了上述的三種智能控制方法外，還有滑模

33、變結(jié)構(gòu)控制、H控制等新型的智能控制方法在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制中也有一定的應(yīng)用研究，隨著新技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)風(fēng)力發(fā)電的重視，風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)會(huì)得到更大的發(fā)展。,80,機(jī)械工業(yè)出版社,3.4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)和功率補(bǔ)償,由于風(fēng)能是一個(gè)不穩(wěn)定的能源，風(fēng)力發(fā)電本身難以提供穩(wěn)定的電能輸出，因此風(fēng)力發(fā)電必須采用儲(chǔ)能裝置或與其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行。,10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲(chǔ)能裝置獨(dú)立運(yùn)行。,為解決風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定供電的問(wèn)題，目前一般采用的方法是：,1000kW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行；,幾十kW幾百kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以并網(wǎng)運(yùn)行，或者與 其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行（如

34、風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)力柴油發(fā)電 聯(lián)合運(yùn)行）；,81,機(jī)械工業(yè)出版社,大中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是并網(wǎng)運(yùn)行，由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程是一個(gè)瞬變過(guò)程，它受制于并網(wǎng)前的發(fā)電狀況，影響并網(wǎng)后發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和電網(wǎng)電能質(zhì)量，在并網(wǎng)運(yùn)行方式中主要解決的問(wèn)題是并網(wǎng)控制和功率調(diào)節(jié)問(wèn)題。對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)組其控制方法和控制重點(diǎn)不同。,82,機(jī)械工業(yè)出版社,3.4.1 風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償,同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率之間有著嚴(yán)格不變的固定關(guān)系， 同步發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的補(bǔ)償，其輸出電能頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量高，因此在發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)也是應(yīng)用最普遍的。,83,機(jī)械工業(yè)出版社,1、

35、風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)條件和并網(wǎng)方法,風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的電路如圖359所示，圖中同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過(guò)斷路器與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制。,1）并網(wǎng)條件,圖359 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的電路,84,機(jī)械工業(yè)出版社,風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組并聯(lián)到電網(wǎng)時(shí)，為防止過(guò)大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的各相端電壓的瞬時(shí)值要與電網(wǎng)端對(duì)應(yīng)相電壓的瞬時(shí)值完全一致。,具體有五個(gè)條件：,波形相同；,幅值相同；,頻率相同；,相序相同；,在并網(wǎng)時(shí)，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，只要使發(fā)電機(jī)的各相繞組輸出端與電網(wǎng)各相互相對(duì)應(yīng)，條件就可以滿足；而條件可由發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造和安裝保證；因此并網(wǎng)時(shí)，主要是

36、其他三條的檢測(cè)和控制，這其中第條頻率相同是必須滿足的條件。,相位相同。,85,機(jī)械工業(yè)出版社,2）并網(wǎng)方法,滿足上述理想并聯(lián)條件的并網(wǎng)方式稱為準(zhǔn)同步并網(wǎng)方式，在這種并網(wǎng)方式下，并網(wǎng)瞬間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，電網(wǎng)電壓不會(huì)下降，也不會(huì)對(duì)定子繞組和其他機(jī)械部件造成沖擊。,(1) 自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng),86,機(jī)械工業(yè)出版社,風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)與并網(wǎng)過(guò)程如下：,偏航系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)量的風(fēng)向信號(hào)驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。 當(dāng)風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳距控制器調(diào)節(jié)葉片槳距角使風(fēng)力機(jī)起動(dòng)。 當(dāng)發(fā)電機(jī)在風(fēng)力機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給發(fā)電機(jī)輸入勵(lì)磁電流，通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)輸出的端電壓與電網(wǎng)電壓

37、相近。 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)電壓的幅值大致相同和斷路器兩端的電位差為零或很小時(shí)，控制斷路器合閘并網(wǎng)。 風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后通過(guò)自整步作用牽入同步，使發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)一致。 以上的檢測(cè)與控制過(guò)程一般通過(guò)微機(jī)實(shí)現(xiàn)。,87,機(jī)械工業(yè)出版社,(2) 自同步并網(wǎng),同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組先通過(guò)限流電阻短接，電機(jī)中無(wú)勵(lì)磁磁場(chǎng)。 用原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步轉(zhuǎn)速附近（差值小于5%）時(shí)，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，再立刻給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，在定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力作用下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)牽入同步。 由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)勵(lì)磁電流，因而發(fā)電機(jī)定子繞組中沒(méi)有感應(yīng)電勢(shì)，不需要對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓和

38、相角進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，控制簡(jiǎn)單，并且從根本上排除不同步合閘的可能性。 這種并網(wǎng)方法的缺點(diǎn)是合閘后有電流沖擊和電網(wǎng)電壓的短時(shí)下降現(xiàn)象。,88,機(jī)械工業(yè)出版社,2、功率調(diào)節(jié)與補(bǔ)償1）有功功率的調(diào)節(jié),風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)中，風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械能首先克服機(jī)械阻力，通過(guò)電機(jī)內(nèi)部的電磁作用轉(zhuǎn)化為電磁功率，電磁功率扣除電機(jī)繞組的銅損耗和鐵損耗后即為輸出的電功率，若不計(jì)銅損耗和鐵損耗，可認(rèn)為輸出功率近似等于電磁功率。,功率角： 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線與定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)軸線之間 的夾角,功角特性：電磁功率Pem與功率角之間的關(guān)系，如圖360所示,同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電磁作用可以看成是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)和定子電流產(chǎn)生的同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相

39、互作用。,89,機(jī)械工業(yè)出版社,圖360 同步發(fā)電機(jī)的功角特性 a） 凸極機(jī) b）隱極機(jī),90,機(jī)械工業(yè)出版社,這時(shí)可以增大勵(lì)磁電流，以增大功率極限，提高靜態(tài)穩(wěn)定度，這就是有功功率的調(diào)節(jié)。,失步功率，又稱為極限功率：對(duì)于隱極機(jī)而言，功率角為90（凸極機(jī)功率角小于90）時(shí)，輸出功率的最大功率。,風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械功率 Pem勵(lì)磁不作調(diào)節(jié)， ,達(dá)到最大功率后，如果風(fēng)力機(jī)輸入的機(jī)械功率繼續(xù) 90，Pem轉(zhuǎn)速持續(xù)上升而失去同步。,如一臺(tái)運(yùn)行在額定功率附近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，突然的一陣劇風(fēng)可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的功率超過(guò)極限功率而使發(fā)電機(jī)失步，,91,機(jī)械工業(yè)出版社,并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)當(dāng)功率角變?yōu)樨?fù)值時(shí)，電機(jī)將運(yùn)

40、行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)大風(fēng)扇，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電能。為避免發(fā)電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)速降到一臨界值以下時(shí)，應(yīng)及時(shí)地將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)脫開(kāi)。,92,機(jī)械工業(yè)出版社,2）無(wú)功功率的補(bǔ)償,（2）同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時(shí)，由于定子電流建立的磁場(chǎng) 對(duì)電機(jī)中的勵(lì)磁磁場(chǎng)有去磁作用，發(fā)電機(jī)的輸出電壓也會(huì)下 降。,無(wú)功功率的補(bǔ)償：為了維持發(fā)電機(jī)的端電壓穩(wěn)定和補(bǔ)償電網(wǎng) 的無(wú)功功率，需增大同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流。,發(fā)電機(jī)的輸出電壓下降的原因：,（1）電網(wǎng)所帶的負(fù)載大部分為感性的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器，這些負(fù)載需要從電網(wǎng)吸收有功功率和無(wú)功功率，整個(gè)電網(wǎng)要是提供的無(wú)功功率不夠，電網(wǎng)的電壓會(huì)下降。,93,機(jī)械工業(yè)出版社

41、,同步發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率補(bǔ)償可用其定子電流I和勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系曲線來(lái)解釋。在輸出功率P2一定的條件下，同步發(fā)電機(jī)的定子電流I和勵(lì)磁電流If之間的關(guān)系曲線也稱為V型曲線，如圖361所示。,圖361 同步發(fā)電機(jī)V型曲線,94,機(jī)械工業(yè)出版社,cos=1時(shí)，If=IfN（額定電流），I最小； IIfN（過(guò)勵(lì)）時(shí)，功率因數(shù)為滯后的，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸出滯后的無(wú)功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)； IIfN（欠勵(lì)）時(shí)，功率因數(shù)為超前的，發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)吸引滯后的無(wú)功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)更低， 這時(shí)的發(fā)電機(jī)還存在一個(gè)不穩(wěn)定區(qū)（對(duì)應(yīng)功率角大于90）,因此，同步發(fā)電機(jī)一般工作在過(guò)勵(lì)狀態(tài)下，以補(bǔ)償電網(wǎng)的無(wú)功功率和確保機(jī)組

42、穩(wěn)定運(yùn)行。,從圖中可以看出：,95,機(jī)械工業(yè)出版社,3、帶變頻器的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng),同步發(fā)電機(jī)可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，方便地實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，這是其他發(fā)電機(jī)難以與其相比的優(yōu)點(diǎn)。但恒速恒頻的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間為“剛性連接”，發(fā)電機(jī)輸出頻率完全取決于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)之前發(fā)電機(jī)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的整步和（準(zhǔn)）同步，并網(wǎng)后也必須保持轉(zhuǎn)速恒定，因此對(duì)控制器的要求高，控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,96,機(jī)械工業(yè)出版社,圖362變速恒頻風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組經(jīng)變頻器與電網(wǎng)的連接圖,在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過(guò)變頻器與電網(wǎng)相連接，如圖362所示。圖中交流發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)，變頻

43、器為交直交變頻器。,97,機(jī)械工業(yè)出版社,當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，為實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，發(fā)電機(jī)發(fā)出的為變頻交流電，通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)化后獲得恒頻交流電輸出，再與電網(wǎng)并聯(lián)。 由于同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過(guò)變頻器相連接，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)的頻率彼此獨(dú)立，并網(wǎng)時(shí)一般不會(huì)發(fā)生因頻率差而產(chǎn)生的較大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，并網(wǎng)過(guò)程比較平穩(wěn)。 缺點(diǎn)是電力電子裝置價(jià)格較高、控制較復(fù)雜，同時(shí)非正弦逆變器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波電流流入電網(wǎng)，將影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。,帶變頻器的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng),98,機(jī)械工業(yè)出版社,3.4.2風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與功率補(bǔ)償,異步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、可靠性高、

44、并網(wǎng)容易、無(wú)失步現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。但其主要缺點(diǎn)是需吸收20%30%額定功率的無(wú)功電流以建立磁場(chǎng)，為提高功率因數(shù)必須另加功率補(bǔ)償裝置。,99,機(jī)械工業(yè)出版社,1、風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng),風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的直接并網(wǎng)的條件有兩條：一是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致，即發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同；二是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速盡可能接近于同步轉(zhuǎn)速。其中第一條必須嚴(yán)格遵守，否則并網(wǎng)后，發(fā)電機(jī)將處于電磁制動(dòng)狀態(tài)，在接線時(shí)應(yīng)調(diào)整好相序。第二條的要求不是很?chē)?yán)格，但并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的誤差越小，并網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流越小，衰減的時(shí)間越短。,風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)方式主要有三種：直接并網(wǎng)

45、、降壓并網(wǎng)和通過(guò)晶閘管軟并網(wǎng)。,1）直接并網(wǎng),100,機(jī)械工業(yè)出版社,當(dāng)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下起動(dòng)后，通過(guò)增速齒輪將異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速附近（一般為98%100%）時(shí)，測(cè)速裝置給出自動(dòng)并網(wǎng)信號(hào)，通過(guò)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)完成合閘并網(wǎng)過(guò)程。,風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)組直接并網(wǎng)的電路如圖363所示,圖363 風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的直接并聯(lián),101,機(jī)械工業(yè)出版社,2）降壓并網(wǎng),降壓并網(wǎng)是在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器或者接入自耦變壓器，以降低并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流和電網(wǎng)電壓下降的幅度，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將接入的電阻等元件迅速?gòu)木€路中切除，以免消耗功率。這種并網(wǎng)方式的經(jīng)濟(jì)性較差，適用于百千瓦級(jí)以上，容量較大的機(jī)組。,

46、102,機(jī)械工業(yè)出版社,3）晶閘管軟并網(wǎng),晶閘管軟并網(wǎng)是在異步發(fā)電機(jī)的定子和電網(wǎng)之間通過(guò)每相串入一只雙向晶閘管，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)控制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過(guò)程，如圖364所示。,圖364 風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)經(jīng)晶閘管軟并網(wǎng),103,機(jī)械工業(yè)出版社,其并網(wǎng)過(guò)程如下：,當(dāng)風(fēng)力機(jī)將發(fā)電機(jī)帶到同步轉(zhuǎn)速附近時(shí)，在檢查發(fā)電機(jī)的相序和電網(wǎng)的相序相同后，發(fā)電機(jī)輸出端的斷路器閉合，發(fā)電機(jī)經(jīng)一組雙向晶閘管與電網(wǎng)相連，在微機(jī)的控制下，雙向晶閘管的觸發(fā)角由180到0逐漸打開(kāi)，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則由0到180逐漸增大，通過(guò)電流反饋對(duì)雙向晶閘管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，將并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流限制在允許的范

47、圍內(nèi)，從而異步發(fā)電機(jī)通過(guò)晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)。 并網(wǎng)的瞬態(tài)過(guò)程結(jié)束后，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，利用一組自動(dòng)開(kāi)關(guān)將雙向晶閘管短接，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不經(jīng)過(guò)雙向晶閘管，而是通過(guò)已閉合的自動(dòng)開(kāi)關(guān)流入電網(wǎng)。 但在發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機(jī)端并入功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，將發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)提高到0.95以上。,104,機(jī)械工業(yè)出版社,要求器件本身的特性要一致、穩(wěn)定； 觸發(fā)電路工作可靠，控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流一致； 開(kāi)通后晶閘管壓降相同。,晶閘管軟并網(wǎng)對(duì)晶閘管器件和相應(yīng)的觸發(fā)電路的要求：,只有這樣才能保證每相晶閘管按控制要求逐漸開(kāi)通，發(fā)電機(jī)的三相電流才能保證平衡。,105,機(jī)械

48、工業(yè)出版社,其中移相觸發(fā)的缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)中每相電流為正負(fù)半波的非正弦波，含有較多的奇次諧波分量，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，因此必須加以限制和消除； 過(guò)零觸發(fā)是在設(shè)定的周期內(nèi)，逐步改變晶閘管導(dǎo)通的周波數(shù)，最后實(shí)現(xiàn)全部導(dǎo)通，因此不會(huì)產(chǎn)生諧波污染，但電流波動(dòng)較大。,晶閘管軟并網(wǎng)的方式：觸發(fā)電路有移相觸發(fā)和過(guò)零觸發(fā)兩種方式,106,機(jī)械工業(yè)出版社,2、并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出及無(wú)功功率的補(bǔ)償,1）并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的功率輸出,異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線如圖365所示，,圖365 異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線,發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域,TenA1A2繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,失速區(qū)Ten,107,機(jī)械工業(yè)出版社,發(fā)電機(jī)輸出的電流大小及功率因數(shù)

49、決定于轉(zhuǎn)差率s和電機(jī)的參數(shù)，對(duì)于已制成的發(fā)電機(jī)其參數(shù)不變，而轉(zhuǎn)差率大小由發(fā)電機(jī)的負(fù)載決定。 當(dāng)風(fēng)力機(jī)傳給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率和機(jī)械轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率及轉(zhuǎn)矩也隨之增大。 但當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率超過(guò)其最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的功率時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升而出現(xiàn)飛車(chē)現(xiàn)象，十分危險(xiǎn)。 必須配備可靠的失速槳葉或限速保護(hù)裝置。,并網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)及注意事項(xiàng),108,機(jī)械工業(yè)出版社,因此對(duì)于小容量的電網(wǎng)，一方面選用過(guò)載能力大的發(fā)電機(jī)，另一方面配備可靠的過(guò)壓和欠壓保護(hù)裝置。,并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)對(duì)其有一定的影響。,（發(fā)電機(jī)的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比）,當(dāng)電網(wǎng)電壓下降過(guò)大時(shí)，發(fā)電機(jī)也會(huì)出現(xiàn)飛車(chē)；,而當(dāng)

50、電網(wǎng)電壓過(guò)高時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流將增大，功率因數(shù)下降，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)載運(yùn)行。,109,機(jī)械工業(yè)出版社,風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)必須從電網(wǎng)中吸收滯后的無(wú)功功率來(lái)進(jìn)立磁場(chǎng)和滿足漏磁的需要。因一般大中型異步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流約為其額定電流的20%30%，如此大的無(wú)功電流的吸收，將加重電網(wǎng)無(wú)功功率的負(fù)擔(dān)，使電網(wǎng)的功率因數(shù)下降，同時(shí)引起電網(wǎng)電壓下降和線路損耗增大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。,2）并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)無(wú)功功率的補(bǔ)償,進(jìn)行無(wú)功功率的補(bǔ)償?shù)脑颍?有同步調(diào)相機(jī)、有源靜止無(wú)功補(bǔ)償器、并聯(lián)補(bǔ)償電容器等。其中以并聯(lián)電容器應(yīng)用的最多。,調(diào)節(jié)無(wú)功的裝置：,為了實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的及時(shí)和準(zhǔn)確的補(bǔ)償，必須計(jì)算出任何時(shí)期的有功功率、無(wú)功功

51、率，并計(jì)算出需要投入的電容值來(lái)控制電容器的投入數(shù)量，而這些大量和快速的計(jì)算及適時(shí)的控制，目前可通過(guò)DSP和計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。,110,機(jī)械工業(yè)出版社,3.4.3 風(fēng)力雙饋異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)與功率補(bǔ)償,雙饋異步發(fā)電機(jī)目前主要應(yīng)用于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的連接是“柔性連接”，經(jīng)過(guò)矢量變換后雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流中的有功分量和無(wú)功分量實(shí)現(xiàn)了解耦，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)與控制來(lái)滿足并網(wǎng)條件，可以成功地實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)；同時(shí)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電流中的有功和無(wú)功分量的控制，可以很方便地實(shí)現(xiàn)功率控制及無(wú)功功率的補(bǔ)償。,111,機(jī)械工業(yè)出版社,通過(guò)轉(zhuǎn)子電流的控制可以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速及負(fù)載的

52、變化而及時(shí)地調(diào)整，從而使風(fēng)力機(jī)運(yùn)行在最佳葉尖速比下，獲得最大的風(fēng)能及高的系統(tǒng)效率；,雙饋異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)過(guò)程及特點(diǎn)：,風(fēng)力機(jī)起動(dòng)后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)至接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，由轉(zhuǎn)子回路中的變頻器通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制實(shí)現(xiàn)電壓匹配、同步和相位的控制，以便迅速地并入電網(wǎng)，并網(wǎng)時(shí)基本上無(wú)電流沖擊；,雙饋異步發(fā)電機(jī)可通過(guò)勵(lì)磁電流的頻率、幅值和相位的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行下的恒頻及功率調(diào)節(jié)。,112,機(jī)械工業(yè)出版社,3.5 風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評(píng)價(jià),風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)主要由其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來(lái)衡量。,3.5.1 風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),單位千瓦造價(jià),單位千瓦時(shí)投資成本,財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率,財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值,投資回收期,

53、投資源利潤(rùn)率,113,機(jī)械工業(yè)出版社,1 單位千瓦造價(jià),單位千瓦造價(jià)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)每千瓦的投資成本，其計(jì)算公式為,（332）,總裝機(jī)容量是指風(fēng)電場(chǎng)全部風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘俊?114,機(jī)械工業(yè)出版社,風(fēng)電項(xiàng)目的總投資由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、土建工程、電氣工程、安裝工程、財(cái)務(wù)成本及其他（含征地、設(shè)計(jì)勘測(cè)）等組成，其各部分所占的比例大致如圖366所示。,圖366 風(fēng)電項(xiàng)目投資中各部分所占的比例,115,機(jī)械工業(yè)出版社,2 單位千瓦時(shí)投資成本,其中：年固定費(fèi)用包括設(shè)備的年折舊費(fèi)、攤銷(xiāo)貸款利息、人工費(fèi)、管理費(fèi)、稅金等。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用包括計(jì)劃內(nèi)的保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行所進(jìn)行的正常維修費(fèi)用。,單位千瓦時(shí)投資成本表示

54、在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的使用期限（一般2030年）內(nèi)，每生產(chǎn)單位千瓦時(shí)的電量所需要的投資費(fèi)用，其計(jì)算公式為,（333）,大修費(fèi)用指的是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在使用期內(nèi)大修的年平均費(fèi)用。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每隔5年、10年、15年大修一次，主要維修機(jī)械部件。,116,機(jī)械工業(yè)出版社,3 財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(FIRR)和財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(FNPV),式中 CI現(xiàn)金流入量； CO現(xiàn)金流出量 （CICO）t第t年的凈現(xiàn)金流量； n計(jì)算期，t=1、2n。,財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(FIRR)是指風(fēng)電項(xiàng)目在整個(gè)計(jì)算期內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值累計(jì)等于零時(shí)的折現(xiàn)率。它反映項(xiàng)目所占資金的盈利率，是考察項(xiàng)目盈利能力的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其計(jì)算公式為,（334）,只

55、有在風(fēng)電項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率大于電力行業(yè)基準(zhǔn)的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率時(shí)，其項(xiàng)目的盈利能力才能滿足最低要求，在財(cái)務(wù)上才可以被接受。,117,機(jī)械工業(yè)出版社,財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值可以通過(guò)現(xiàn)金流量表計(jì)算得到，只有財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值大于或等于零的項(xiàng)目才可以被接受。,財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV）是指行業(yè)的基準(zhǔn)收益率或設(shè)定的折現(xiàn)率，將項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量折現(xiàn)到建設(shè)期初的現(xiàn)值之和。是考察項(xiàng)目在計(jì)算期內(nèi)盈利能力的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其計(jì)算公式為,（335）,其中，Ic項(xiàng)目所屬行業(yè)的基準(zhǔn)收益率。,118,機(jī)械工業(yè)出版社,投資回收期可根據(jù)財(cái)務(wù)現(xiàn)金流量表（全部投資）中累計(jì)凈現(xiàn)金流量計(jì)算出，所計(jì)算的結(jié)果應(yīng)小于行業(yè)的基準(zhǔn)投資回收期。,4 投資回收期（Pt）,投資回收期或投資還本年限Pt是以項(xiàng)目的凈收益抵償全部投資（包括固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資金投資）所需要的時(shí)間。它是考察項(xiàng)目在財(cái)務(wù)上的投資回收能力的主要靜態(tài)指標(biāo)。投資回收期（以年表示）一般從建設(shè)開(kāi)始年算起，其計(jì)算公式為,（336）,119,機(jī)械工業(yè)出版社,5 投資利潤(rùn)率,風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目除了上面的直接經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)外，其項(xiàng)目還有巨大的社會(huì)效益。風(fēng)能是一種可再生能源，取之不盡、用之不竭。風(fēng)力發(fā)電是一種潔凈的、無(wú)