2022年风力发电机组的分类 .pdf

按风轮桨叶分类：?失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率；?变桨型：高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。按风轮转速分类：?定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与恒速发电机对应；?变速型：（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能转换率，与双速发电机对应；（2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。按传动机构分类：?齿轮箱升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机；（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）?直驱型：直接连接低速风力机和低速发电机。（避免齿轮箱故障）按发电机分类：?异步型：（1）笼型单速异步发电机；（2）笼型双速变极异步发电机；（3）绕线式双馈异步发电机；?同步型：（1）电励磁同步发电机；（2）永磁同步发电机。按并网方式分类：?并网型：并入电网，可省却储能环节。?离网型：一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运行。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -典型风力发电机系统笼型异步发电机的运行特点（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，max 绝对值要大；（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；转子电流受控的异步风力发电机系统(Rotor Current Control，RCC)定义：转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制（PWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。系统的结构特征：（1）采用变桨风力机；（2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；（3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。原理：控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电流RCC 异步风力发电机系统的特点优点：（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节，其高频分量由RCC 调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;（2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利用率；（3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。缺点：旋转电力电子开关电路检修、更换困难。双馈异步风力发电机系统系统主回路构成：双馈异步发电机交直交双向功率变换器双馈异步发电机绕线型转子三相异步发电机的一种；定子绕组直接接入交流电网；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -转子绕组端接线由三只滑环引出，接至一台双向功率变换器；转子绕组通入变频交流励磁；转子转速低于同步转速时也可运行于发电状态；定子绕组端口并网后始终发出电功率；但转子绕组端口电功率的流向取决于转差率；交直交双向功率变换器两套 PWM 控制型三相开关桥“背靠背”，中间存在电容支撑的直流母线；在任一时刻，一套三相桥处于脉冲整流状态；而另一套处于逆变状态；发电机侧三相开关桥采用定子磁场定向矢量控制和空间电压矢量PWM 控制方法；电网侧三相开关桥采用电网电压定向矢量控制和空间电压矢量PWM 控制方法；可实现发电机输出的有功和无功功率解耦控制双馈异步风力发电机的运行原理引入转子交流励磁变流器，控制转子电流；转子电流的频率为转差频率，跟随转速变化；通过调节转子电流的相位，控制转子磁场领先于由电网电压决定的定子磁场，从而在转速高于和低于同步转速时都能保持发电状态；通过调节转子电流的幅值，可控制发电机定子输出的无功功率；转子绕组参与有功和无功功率变换，为转差功率，容量与转差率有关（约为全功率的S 倍）。双馈异步风力发电机系统的特点（1）连续变速运行，风能转换率高；（2）部分功率变换，变流器成本相对较低；（3）电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）；（4）并网简单，无冲击电流；（5）降低桨距控制的动态响应要求；（6）改善作用于风轮桨叶上机械应力状况；（7）双向变流器结构和控制较复杂；（8）电刷与滑环间存在机械磨损。转子电流混合控制的异步风力发电机系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -?优点：（1）简化了主回路结构和控制策略，成本低；（2）兼具双馈控制和RCC 控制的优点。?缺点：（1）转速范围缩小；（2）超同步速运行时，无功功率不可调，功率因数略低。变速笼型异步风力发电机系统系统特点笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态；运行于小转差率范围，发电机机械特性硬，运行效率高；发电机机端电压可调，轻载运行效率高；发电机与电网被可控的变流器隔离，系统对电网波动的适应性好；变流器与发电机功率容量相等，系统成本高。电励磁直驱同步风力发电机系统发展同步发电机的必要性：同步发电机用作风力发电机时，即可直接向交流负载供电，也可经整流器变换为直流电，向直流负载供电。因此，同步风力发电机已成为中小容量风力发电机组的首选机型。近年来，在大容量风力发电机组产品中，同步风力发电机也已暂露头角，有望成为未来的主力机型。直接驱动同步风力发电机去除齿轮箱，直接驱动的理由：?由齿轮箱引起的风电机组故障率高；?齿轮箱的运行维护工作量大，易漏油污染；?系统的噪声大，效率低，寿命短。直驱带来的问题：?名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -发电机转速低、转矩大，体积重量明显增大；?全功率整流逆变，变流器成本高。电励磁直驱同步风力发电机系统系统特点：通过调节转子励磁电流，可保持发电机的端电压恒定；定子绕组输出电压的频率随转速变化；可采用不控整流和PWM 逆变，成本较低；转子可采用无刷旋转励磁；转子结构复杂，励磁消耗电功率；体积大、重量重，效率稍低。永磁直接驱动同步风力发电机系统特点：永磁发电机具有最高的运行效率；永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负载变化。采用可控PWM 整流或不控整流后接DC/DC 变换，可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转矩以调节风轮转速；在电网侧采用PWM 逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电，对电网波动的适应性好；永磁发电机和全容量全控变流器成本高；永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难。混合励磁直驱同步风力发电机系统系统特点：利用转子的凸极磁阻效应，增强永磁发电机的调磁能力；采用部分功率容量的SVG 逆变器向发电机机端注入无功电流，以调节发电机的端电压；无需全功率容量的脉冲整流或DC-DC 变换器，可明显节省变流器的容量；SVG 逆变器可兼有有源滤波的功能，能够改善发电机中的电流波形，降低发电机的谐波损耗和温升。横向磁通永磁同步风力发电机系统新结构发电机与电力电子变流器的结合，有望大幅度减小大功率低速直驱发电机的空间尺寸和重量！名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -比较结果：（1）笼型异步发电机成本低、可靠性高，在定速和变速全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色；（2）双馈异步发电机系统具有最高的性价比，特别适合于变速恒频风力发电。将在未来数年内继续称为风电市场上的主流产品；（3）直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速，利用新技术有望大幅度减小低速发电机的体积和重量。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -