2022年风力发电机介绍.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 风力发电机介绍目录1. 风力发电进展的推动力2.2. 风力机的相关参数以水平轴风力机为例5.1. 恒速同步发电机变电并网技术名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.2. 恒速异步发电机变电并网技术直交并网技术1. 风力发电进展的推动力：1 新技术、新材料的进展和运用；2 大型风力机制造技术及风力机运行体会的积存；3 火电发电成本煤的价格上涨及环保要求的提高一套脱硫装置价格相当一台锅炉价格 ；2. 风力发电的相关参数：2.1. 风的参数：. 风速：在近 300m的高度内

2、,风速随高度的增加而增加,公式为：V：欲求的离地高度 H处的风速；V0：离地高度为 H0处的风速 H0=10m为气象台预报风速的高度；n：与地面粗糙度等因素有关的指数,平整地区平均值为；名师归纳总结 . 风速频率曲线：第 2 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 在一年或一个月的周期中,显现相同风速的小时数占这段时间总小时数的百分比称风速频率；图 1：风速频率曲线. 风向玫瑰图 风向频率曲线 ：在一年或一个月的周期中,显现相同风向的小时数占这段时间总小时数的百分比称风向频率；以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图；图 2：风向玫瑰图名师归

3、纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2. 风力机的相关参数以水平轴风力机为例：. 风力机的轴功率 Pw：空气密度 Kg/m 3； V ：风速 m/s；A：风轮叶片扫掠面积m 2；Cp：风能利用系数； 是风轮所接收的能量与通过风轮扫掠面积的全部风的动能的比值,依据Betz 的理论,抱负风轮最大风能的利用系数,是风轮转化为有用功的能 量上限；. 叶尖速度比：为叶尖的速度与风速的比值：= R/V ：叶轮的转角速度； R ：叶轮的半径； V ：风速；图 3：Cp 和 的关系特性曲线名师归纳总结 - 低速风轮- 高速风轮第 4

4、页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - . 叶片几何攻角和升力系数CY叶片几何攻角：为翼型上合成气流的方向与翼型几何弦的夹角；升力系数 CY：为升力与最大升力的比值；图 4: 叶片几何攻角名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 5: CY和的关系特性曲线A- 有弯度翼型 B- 对称翼型叶片的失速： 由上图可看出, 叶片处于某几何攻角时升力最大,低,此现象称为叶片失速；3. 风力机的种类：超过这个角度时升力急剧降风力机是将风能转化为其它能的机械；其结构多种多样, 图

5、6 示意了各种类型风力机的示意图；3.1. 水平轴风力机：风轮轴线安装位置与水平夹角不大于150 的风力机叫做水平轴风力机；3.2. 垂直轴风力机：风轮轴线安装位置与水平面垂直的风力机叫做垂直轴风力机；4. 水平轴风力机具体介绍：水平轴风力机是当今普遍应用、推广的机型, 是风能利用的主要形式；中小型风力机为运行平稳多项挑选用三叶片结构,兆瓦级风力机由于造价因素多项挑选用二叶片结构；下文就水平轴风力机的风轮机构、传动装置、发电机、塔架、避雷系统作具体的介绍：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

6、- - - -第 7 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 6：各种类型风力机的示意图名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 7: 水平轴风力机的机舱结构示意图4.1. 风轮机构：95%以上的叶片都采纳玻璃钢. 叶片：是风力机主要构成部分,当今复合材料,质量轻、耐腐蚀、抗疲惫；叶片的技术含量高,属风力机的关键部件,大型风力机的叶片往往由专业厂家制造；. 轮毂： 轮毂的作用是连接叶片和低速轴,要求能承担大的、复杂的载荷,中小型风力机采纳刚性连接,兆瓦级风力机采纳跷跷板连接方式；. 变浆距

7、、定浆距的概念: 在风力机功率调剂中,牵涉到变浆距、定浆距的概念；变浆距、定浆距调剂方式的比较见表1；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 1: 各种功率调剂方式比较.1. 变浆距风轮：变浆距调剂机构：能自动转变叶片的安装角,以适应风力机各工况下的功率、转速的调整；可为电液伺服或电子机械结构；快速应急顺浆机构：能使叶片的安装角 图四 快速趋近为0,可作为紧急停机的方法；可为气动、液压或机械弹簧结构；.2. 定浆距风轮：叶片的安装角固定,结构简洁, 在额定风速以内,叶片的升力系数和风能利用系数较高,当风速超过额定值时

8、,叶片进入失速状态见前面所述 片结构复杂、成本高； 图五 ,致使叶片升力不再增加,叶叶尖气动刹车机构：在风力机紧急停机时,可通过叶轮上的液压机构将叶尖刹车机构转到横切风的位置；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.2. 传动装置：风轮转速约为3050 r/min,发电机转速约为10001500 r/min,需传动装置,要求效率高、质量轻、体积小和传动比范畴大；传动装置有气液动和机械制动机构,在紧急停车或检修时用；4.3. 迎风机构：下风式风力机具有自动对风的才能,上风式风力它是使风轮保持最正确的迎风位置的装置,机

9、应有电动迎风机构,迎风机构应有电缆缠绕解绕功能；4.4. 发电机：. 恒速同步发电机：恒速同步发电机的优点是其励磁系统可掌握发电机的电压和无功功率,发电机效率高；同步电机要通过同步设备的整步操作到达准同步并网并网困难,由于风速变化大,以及同步发电机要求转速恒定50Hz 0.2 ,风力机必需装有良好的变浆距调剂机构；. 恒速异步发电机：异步发电机结构简洁、牢固、造价低,异步发电机投入系统运行时,由于是靠转差率来调剂负荷, 因此对机组的调剂精度要求不高,不需要同步设备的整步操作,只要转速接近同步速时就可并网, 且并网后不会产生振荡和失步；缺点是并网时冲击电流幅值大,不能产生无功功率；双绕组可变极

10、4/6 极异步发电机能在两种不同的额定转速下运行,可解决低风速时发电机的效率问题；. 变速运行风力发电机：变速运行风力发电机：名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 可采纳类同于恒速异步/ 同步发电机的结构,通过对它们在结构及掌握方法的改良来提高变速风力发电机的能量转换效率；变流装置：新型全功率因数变流装置具有变频并网功能,在微处理器的支持下可掌握发电机的输出功率因数从而具有了无功补偿才能,此外,新型全功率因数变流装置仍具有谐波抑制功能,可向共用电网供应高质量的电能；图 8 示意了全功率因数变流器主电路结构框图,意图；

11、图 9 示意了全功率因数变流器主电路原理示图 8: 全功率因数变流器主电路结构框图图 9: 全功率因数变流器主电路原理示意图名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 美国风力发电机制造商U.S Kenetech/WindPower 1993年研制的变速运行风力发电机KVS-33：额定功率： 350KW,最大输出功率：450KW,风速范畴： 4.5 29.1 m/s ；在兆瓦级风力发电机中应用变流技术交直交有：国名机型安装地点额定功率 kW建成年份美国Mod-5B/Kahuku Pt 3200 1987 瑞典Nordic

12、1000 1000 1995 荷兰NEWECS-45/Medemblik 1000 1985 加拿大EOLE/Cap Chat 4000 1987 意大利GAMMA 60/Alt Nurra 1500 1992 另外,变流技术在高压直流输电系统中得到广泛应用；工程名称国家功率 MW 电压线路长度换流阀投运年份KM 型式舟山群岛中国50 100 56 晶闸管1987 葛州坝 - 上海中国1200 500 1080 晶闸管1989 因特芒廷美国1600 500 784 晶闸管1986 优点：变速运行风力发电机可在不同的风速下通过调剂叶轮转速维护最正确的叶尖速度比名师归纳总结 = R/V,以保持风能

13、利用系数Cp 最大 参见图三 ,从而能捕获更多的风能；第 13 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 排除了在风速变化时对恒速运行风力发电机的载荷冲击,使风力机运行更牢靠、平稳；4.5. 塔架：作用： 支撑风力机回转部分并使风轮在肯定高度受风,按塔架的材料分：角钢或钢管桁架塔和圆锥钢管塔；按发电机和塔架的关系分：一塔一机,一塔二机；如图 10: 一塔二机示意图一塔二机优点 如图 10 所示 ：1 由于没有塔影效应 指由塔架造成的气流涡流区对风力机产生的影响,塔架可采用钢筋水泥结构,降低造价；名师归纳总结 2 两台发电机可共享设备如： 液压、

14、 掌握器、 变送电设备、 迎风机构、 避雷设备；第 14 页,共 20 页3 可使机组安装过程简化；4.6. 避雷系统：1994 年丹麦超过6%的风力机遭雷击,LM公司估量每年有1%2%的风叶遭雷击,所以并网运- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 行的大型风力机的防雷是特别重要的；技术,以增加风力机的避雷才能；4.7. 掌握部分：对叶片、 塔架、 机舱都应实行不同的避雷器件和防雷 风力机单机掌握及风力场系统掌握见第三部分； 5. 风力发电机的变电并网系统：5.1. 恒速同步发电机变电并网技术：由于风速的不确定性,风力机的可调速性能很难到达同步发电机要求的精

15、度,同步发电机的并网困难,常采纳下面几种方法：. 常规自动准同步并网方式：准同步并网方式就是对已励磁的发电机的电压和频率进行调剂,由于风速的不确定性,通过此方法并网很困难；. 自同步并网方式：使其与系统同步, 然后并网；发电机转速上升接近同步速80%90%额定转速时,将未加励磁的同步发电机投入电力系统,延时 13 秒后再加励磁,发电时机自行拉入同步运行；5.2. 恒速异步发电机变电并网技术：异步发电机投入系统运行时,由于靠转差率来调剂负荷,因此对机组的调剂精度要求不高,不需要同步设备的整步操作,只要转速接近同步速时就可并网,且并网后不会产生振荡和失步；常采纳下面几种方法：. 直接并网：缺点：

16、并网瞬时存在三相短路现象,异步发电机将受到发电机转速接近同步速时直接并网；45 倍额定电流的冲击,系统电压会瞬时下降；名师归纳总结 . 降压并网方式：第 15 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 在发电机与系统之间串接电抗器、电阻以削减合闸瞬时冲击电流与电网电压的下降的幅度,并网稳固后,再将电抗器、电阻退出；. “ 软并网” 方式：在发电机与系统之间串双向可控硅,并网时通过调剂可控硅的导通角使电机平稳并网；可限制电机在联网和大、小电机切换 异步电机变极运行 时的瞬变冲击电流；图 11 示意了软切入装置的系统框图；图 11：软切入装置的系统

17、框图. 准同期并网方式：发电机转速接近同步速时 , 先用电容激磁,建立额定电压,然后对已激磁建压的发电机的电压和频率进行调整；使其与电网系统一样再并网；缺点： 需高精度的调速器和整步、同期设备；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.3. 交直交并网联接方式：该方法第一将发电机发出的沟通电变成直流电,再经逆变器变换成与电力系统频率同步的交流电； 参见前节变速运行风力发电机所述 依据整流器输出直流电压的高低,可分两种并网方式：1 对整流器输出直流电压低的情形,一台发电机用一台逆变器,再升压并网,如图 12 所示；2

18、对整流器输出直流电压高的情形,全部发电机共用一台逆变器,再升压并网, 如图13 所示；图 12: 一台发电机用一台逆变器名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 13: 全部发电机共用一台逆变器5.4. 风力发电机的变电站的布置：风力发电机单机容量小,出口电压低 异步发电机的出口电压为 400690V,为降低电力在传输过程中的损耗,需要用升压器对电压升压,然后在传输并网；1 一个风力发电机与一个升压器相联,再通过升压器与电网相联；2 全部风力发电机与一个升压器相联,再通过升压器与电网相联；3 依据具体情形,将风力发电

19、场划分为几个发电单元,每个发电单元包括几台距离相近的风力发电机和一台升压器,再通过升压器与电网相联；图 14 示意了此种配置情形；名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 14 发电单元结构示意图6. 风力发电场：风力发电场应包括：多台风力机, 多台变压设备, 输电线路, 信号传输网络, 集控室等部分；风力机机组左右之间的距离45 倍的风轮直径, 机组的前后之间的距离8 倍的风轮直径；7. 风力机进展方向：综上所述,单从技术的角度可总结出风力发电机进展的几个方向：名师归纳总结 1 进展大功率风力机； 降低材料消耗；第 19 页,共 20 页2 功率调剂为变浆距调剂；3 发电机采纳变速运行发电机；4 采纳柔性结构 柔性叶片、柔性塔架- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 风速模型风力机模型发电机模型和电网变频器模型桨距角掌握器风力机转速控爱护系统电压掌握器制器名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 20 页