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  风力发电机构造构成及其操纵_电力/水利_工程科技_专业材料。风力发电机组构造构成操纵 提 纲 一. 邦外里风力发电的兴盛概述 二. 风力发电的根基道理 三. 风力发电编制的分类 四. 笼型异步风力发电机组 五. 双馈型异步风力发电机组 六. 直驱型同步风力

  风力发电机组构造构成操纵 提 纲 一. 邦外里风力发电的兴盛概述 二. 风力发电的根基道理 三. 风力发电编制的分类 四. 笼型异步风力发电机组 五. 双馈型异步风力发电机组 六. 直驱型同步风力发电机组 七. 风电功率预测 八. 风电场的并网身手 九. 风电场的低电压穿越本事LVRT 一○.储能安装的操纵 邦外里风力发电的兴盛概述 我邦风能资源漫衍 ?中邦陆地上10m高度层上可开拓的风能储量为2.52亿千瓦 ?近海可开拓风能资源是陆地的3倍众 风电的迅疾兴盛 ?从1996年到2009年,寰宇累计风电装机容量的增 长率横跨20%,均匀28%; ?2007年,寰宇累计风电装机容量94112MW,拉长 26.8%; ?2007年,寰宇新增风电装机容量20073MW,拉长 32.1%; ?到2007年,我邦风电装机容量6050MW,横跨丹麦, 成为寰宇第5; ?到2008年,我邦风电装机12170MW,居寰宇第4; 有力的策略助助 2006年1月:《可再生能源法》 2007年9月:《可再生能源中永远兴盛筹划》 2009年: 《新能源财富兴盛筹划》 《新能源财富兴盛筹划》 到2011年: 风电装机3500万千瓦 此中陆地3000万千瓦,海上500万千瓦 新能源正在能源构造中比例达2%(含水电10%) 新能源发电占总装机比例5%(含水电25%) 新能源财富增长直接投资9700亿 带头社会间接投资2万亿 到2020年: 风电装机1.5亿千瓦 此中陆地1.2亿千瓦,海上3000万千瓦 设立六个陆上切切千瓦级风电基地及其外送联网工程 新能源正在能源构造中比例达9%(含水电20%) 新能源发电装机占总装机比例达15%(含水电35%) 新能源财富增长直接投资45000亿 带头社会间接投资9万亿 我邦风电兴盛特征 ?风电总装机容量迅疾拉长,风电比重延续加大; ?单个风电场装机容量延续增长,已有众个10万千瓦 级风电场投运,正筑切切千瓦级大型风电基地; ?风电场接入编制的电压品级由低到高(110kV); ?风电机组的品种延续增加,从早期的定速风电机组 (1MW以下),到双馈感到风力发电和直驱同步风力 发电(1MW以上) 寰宇风电身手兴盛趋向 ?风电单机容量稳步上升:以德邦为例,03年均匀单 机容量横跨1.5MW,叶片直径大于64m的风机占77%; ?变浆调理格式速速庖代失速调理格式:德邦03年装 机的风电机组,横跨91%采用了变浆调理格式; ?变速恒频格式速速庖代恒速恒频格式:通过统制发 电机转速,是风机叶尖速比亲切最佳,普及风机运 行效能。德邦03年装机的风电机组,横跨90%的风机 采用了变速恒频格式; ?无齿轮箱的直驱同步发电机组的市集份额速速扩展 风力发电的根基道理 我上到风机上了 风力发电编制的分类 按风轮桨叶分类: ? 失速型: 高风速时,因桨叶形势或因叶尖处的扰 流器行动,节制风力机的输出转矩与功率; ? 变桨型: 高风速时通过调解桨距角,节制输出转 矩与功率。 按风轮转速分类: ? 定速型: 风轮依旧必然转速运转,风能转换率较低,与 恒速发电机对应; ? 变速型: (1)双速型:可正在两个设定转速运转,国家正规彩票app下载改正风能 转换率,与双速发电机对应; (2)衔接变速型:正在一段转速局限内衔接可调, 可搜捕最大风能功率,与变速发电机对应。 按传动机构分类: ? 齿轮箱升速型: 用齿轮箱连绵低速风力机和高速发电机; (减小发电机体积重量,下降电气编制本钱) ? 直驱型: 直接连绵低速风力机和低速发电机。 (避免齿轮箱障碍) 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。 按并网格式分类: ? 并网型: 并入电网,可省却储能症结。 ? 离网型: 普通需配蓄电池等直流储能症结,可带交、直 流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运转。 风力机风能转换效能性子 ? 风轮的功率 P? 1 ?AV 3C p 2 ? 风能转换率 C p ? f (TSR, ? ) ? 叶尖速比 TSR ? ?m R V TSR:叶尖速比Tip Speed Rate ? :桨距角 风力发电机组输出功率(定速vs变速) 笼型异步风力发电机组 ?定速笼型异步风力发电机组 ?变速笼型异步风力发电机组 定速笼型异步风力发电机组 三相笼型异步风力发电机 笼型异步风力发电机的内部构造 笼型异步风力发电机的处事状况 发电机状况 S n1 n N T 电动机状况 S n1 n T n n>n1>0 n1 0 N 0<n<n1 0 1 s< 0 0<s<1 s 用转差率s可能显示异步电机的运转状况! 笼型异步风力发电机的特征 (1)发电机励磁消磨无功功率,皆取自电网。应 选用较高功率因数发电机,并正在机端并联电容; (2)绝大局部年光处于轻载状况,请求正在中低负 载区效能较高,欲望发电机的效能弧线)风速不稳,易受冲锋呆滞应力,欲望发电机 有较软的呆滞性子弧线,Smax绝对值要大 ; (4)并网刹时与电动机起动似乎,存正在很大的冲 击电流,应正在亲切同步转速时并网,并加装软起动 限流安装; 变速笼型异步风力发电机组 变速笼型异步风力发电机组的特征 (1)笼型异步风力发电机运转于变速变频发电状况; (2)运转于小转差率局限,发电机呆滞性子硬,运转 效能高; (3)发电机机端电压可调,轻载运转效能高; (4)发电机与电网被可控的变流器远隔,编制对电网 震动的顺应性好; (5)变流器与发电机功率容量相称,编制本钱高。 双馈型异步风力发电机组 主电道:双馈异步发电机+交直交双向功率变换器 邦产1MW双馈型异步风力发电机 双馈异步发电机 ?绕线型转子三相异步发电机的一种; ?定子绕组直接接入相易电网; ?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; ?转子绕组通入变频相易励磁; ?转子转速低于同步转速时也可运转于发电状况; ?定子绕组端口并网后永远发出电功率;但转子绕 组端口电功率的流向取决于转差率; 邦产600kW交直交双向功率变换器 (IGBT+DSP) 交直交双向功率变换器 ?两套PWM统制型三相开闭桥“背靠背”,中心存 正在电容支柱的直流母线; ?正在任临时刻,一套三相桥处于脉冲整流状况; 而另一套处于逆变状况; ?发电机侧三相开闭桥采用定子磁场定向矢量控 制和空间电压矢量PWM统制措施; ?电网侧三相开闭桥采用电网电压定向矢量统制 和空间电压矢量PWM统制措施; ?可完毕发电机输出的有功和无功功率解耦统制。 双馈型异步风力发电机组的道理 ?引入转子相易励磁变流器,统制转子电流; ?转子电流的频率为转差频率,随同转速蜕变; ?通过调理转子电流的相位,统制转子磁场领先于 由电网电压决心的定子磁场,从而正在转速高于和低 于同步转速时都能依旧发电状况; ?通过调理转子电流的幅值,可统制发电机定子输 出的无功功率; ?转子绕组插手有功和无功功率变换,为转差功率, 容量与转差率相闭(约为全功率的S倍)。 双馈型异步发电机组的效能 双馈发电机效能弧线 200 400 600 800 负载功率(kW) 1000 1200 1400 1600 效能(%) 双馈型异步风力发电机组的特征 (1)衔接变速运转,风能转换率高; (2)局部功率变换,变流器本钱相对较低; (3)电能质地好(输出功率光滑,功率因数高); (4)并网简易,无冲锋电流; (5)下降桨距统制的动态反响请求; (6)改正影响于风轮桨叶上呆滞应力处境 ; (7)双向变流器构造和统制较庞大; (8)电刷与滑环间存正在呆滞磨损。 直驱型同步发电机组 ?电励磁直驱同步发电机组 ?永磁直驱同步发电机组 ?搀和励磁直驱同步发电机组 采用同步发电机的需要性 ?同步发电机用态度力发电机时,即可直接 向相易负载供电,也可经整流器变换为直流 电,向直流负载供电。以是,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,正在大容量风力发电机组产物中, 同步风力发电机也已暂露头角,希望成为未 来的主力机型。 去除齿轮箱,直接驱动的道理: ?由齿轮箱惹起的风电机组障碍率高; ?齿轮箱的运转爱护处事量大,易漏油污染; ?编制的噪声大,效能低,寿命短。 直驱带来的题目: ?发电机转速低、转矩大,体积重量显然增大; ?全功率整流逆变,变流器本钱高。 直驱型同步发电机组 直驱型同步发电机组 定子死心 定子绕组 发电机转子 电励磁直驱同步发电机组 电励磁直驱同步发电机组的特征 ?通过调理转子励磁电流,可依旧发电机的 端电压恒定; ?定子绕组输出电压的频率随转速蜕变; ?可采用不控整流和PWM逆变,本钱较低; ?转子可采用无刷扭转励磁; ?转子构造庞大,励磁消磨电功率; ?体积大、重量重,效能稍低。 永磁直驱同步发电机组的功率变换电道 永磁直驱同步发电机组的特征 ?永磁发电机具有最高的运转效能; ?永磁发电机的励磁弗成调,导致其感到电动势随 转速和负载蜕变。采用可控PWM整流或不控整流后 接DC/DC变换,可支持直流母线电压根基恒定,同 时可统制发电机电磁转矩以调理风轮转速; ?正在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的 三订交流电,对电网震动的顺应性好; ?永磁发电机和全容量全控变流器本钱高; ?永磁发电机存正在定位转矩,给机组起动形成繁难。 搀和励磁直驱同步发电机组 搀和励磁直驱同步发电机组的特征 ?操纵转子的凸极磁阻效应,巩固永磁发电机的调 磁本事; ?采用局部功率容量的SVG逆变器向发电机机端注 入无功电流,以调理发电机的端电压; ?无需全功率容量的脉冲整流或DC-DC变换器,可 显然俭朴变流器的容量; ?SVG逆变器可兼有有源滤波的效用,不妨改正发 电机中的电流波形,下降发电机的谐波损耗和温升。 小结: (1)笼型异步发电机本钱低、牢靠性高,正在定速 和变速全功率变换风力发电编制中将持续饰演主要 脚色; (2)双馈异步发电机编制具有最高的性价比,特 别适合于变速恒频风力发电。将正在改日数年内持续 称为风电市集上的主流产物; (3)直驱型同步风力发电机及其变流身手兴盛迅 速,操纵新身手希望大幅度减小低速发电机的体积 和重量。 市集上2MW以上大型风力发电机组 风电功率预测 需要性: ?风电装机容量增大,对电力编制的影响越来越大 ?风力发电具有间歇性和不确定性 ?为担保编制稳固运转,必需增长扭转备用容量, 间接地增长了风力发电的全体运营本钱 ?通过对大型风电场的输出功率举行切确的短期和 中期预测,可能大幅下降编制的扭转备用容量,有 效下降风力发电的全体运营本钱,为电网的运转调 度供给凭借,成为风电接入电网的症结身手之一 风力发电功率预测的措施 ?物理措施:先预测风机轮毂高度处的形势讯息如 风速和风向,再操纵风机的功率弧线取得风机的实 际输出功率;须要操纵数值气象预告NWP的讯息; ?统计措施:本色是正在编制的输入(NWP/史册统计 数据/实测数据)和风机功率之间开发一种线性照射 闭联。常用的有年光序列法ARMA、卡尔曼滤波、灰 色预测法等; ?练习措施:操纵人工智能的措施开发输入和输出 之间的非线性模子,如人工神经元汇集ANN、小波分 析法、助助向量机法等。 ?兴盛趋向:NWP的操纵和众种预测措施的归纳 由ARMA的平定性和可逆性剖判确定ANN的汇集构造 由ANN汇集完毕越日风电功率的滚动预测 邦外里风电功率预测近况 德邦: ?WPMS:ISET(德邦太阳能斟酌所)开拓,2001, 操纵于四家电网公司 ?Previento:德邦奥尔登堡大学开拓,2002 丹麦: ?Prediktor:Riso开拓,1994年起首运转 ?WPPT:丹麦身手大学开拓,1994 ?Zephy:丹麦身手大学开拓,2003 邦外里风电功率预测近况 西班牙: ?LocalPred-RegioPred:西班牙可再生能源中央, 2001 ?SIPREoLICO:西班牙卡洛斯III大学开拓,2002 美邦: ?eWind:AWS Truewind开拓,1998 中科院: ?采用NWP和ANN,预测精度15%,操纵于吉林电网 风电功率预测道理 风电功率预测道理 演练数据:数值气象预告和风电场的功率 输出:越日风电场的功率(15min为一个时段) 风电功率预测道理 风电功率预测道理 一周的功率预测结果:预测精度15% 风电功率预测的效益剖判 ?以吉林电网为例,最大电力5872MW,峰谷差2060MW; ?没有风电,扭转备用300MW,均匀发电负荷率77.8% ?接入风电,没有风电功率预测,均匀发电负荷率降为 73.9%;有风电功率预测,精度按20%算计,只需新增旋 转备用65MW,均匀发电负荷率76.9%; ?按发电负荷率每增长1%,煤耗下降1g/kWh算计,每年 减省法式煤12.6万吨,经济效益1.27亿元,效益明显; ?风电功率预测还能明显普及电网的安闲稳固性,普及 大型风电场接入电网的本事; 风电场的并网身手 风电场并网带来的题目: ? 风力发电机并网经过对电网的冲锋:直接并网时,5~6倍额定电流的冲锋 电流,与并网时的滑差相闭,形成电网电压大幅降落。 ? 对电能质地的影响:风力发电机正在输出有功功率的同时,从电网招揽无功 功率,形成电压降落;风电功率的震动和经常启停,形成电压震动、电压 闪变和电压周期性脉动,勒迫电压稳固性; ? 对掩护安装的影响:潮水的双向性和有限的短道电流对掩护安装带来影响; ? 对电网频率的影响:风电功率的震动惹起编制频率蜕变,其巨细取决于风 电场容量与编制总容量的比重(风电穿越功率极限); ? 对编制运转本钱的影响:因为风电的间歇性和不确定性,增长了编制的旋 转备用容量,客观上正在裁汰了编制的燃料本钱的同时,也增长了电力编制 的牢靠性本钱。 权衡风电场对电力编制影响的两个目标 ? 风电穿越功率极限:指编制中风电场装机容量占编制总装机容量的比 例,它外征了一个给定领域的电网最大可能承担的风电功率。 ? 风电场短道容量比:界说为风电场的额定容量与该风电场与电力编制 的连绵点PCC(Point of Common Coupling)的短道容量之比。风电 场短道容量比越小,讲明电力编制承担风电扰动的本事越强。欧洲经 验数据为3.5~5%,日本为10%。 风力发电机组的并网格式分类及特征 ? 直接并网格式:统制简易,并网时存正在较大冲锋电流,电 网电压降落;实用于电网容量大,风机容量较小园地; ? 准同期并网:机组制价高,并网年光长,冲锋电流小;适 用于电网容量比风力发电机组容量大不了几倍的园地; ? 降压并网:下降冲锋电流幅值,减轻了电网电压降落幅度, 编制本钱高;实用于大中型异步风力发电机的并网; ? 搜捕式准同步迅疾并网:险些无冲锋电流,对机组的调速 精度请求不高;实用于风力发电机组的准同步并网操作; ? 软并网(Soft Cut-in):并网过渡经过平定,不会闪现 冲锋电流,统制电道略庞大;风力发电机一般采用; 软并网经过 (异步发电机) ? 异步发电机转速上升,亲切同步转速(92-99%)时,并网接 触器行动; ? 发电机经一组双向晶闸管与电网相连,统制晶闸管的导通 角翻开的速度,使并网经过中冲锋电流不大于身手要求的 法则值(额定电流的1.5倍); ? 并网的暂态经过结局,旁道断道器闭合,将晶闸管短接; 变速恒频双馈风力发电机组并网常用的三种格式 ? 空载并网; ? 独立负载并网; ? 孤岛并网; 空载并网格式 ? 并网前,DFIG定子空载; ? 调理定子的空载电压,是它的幅值、频率和相位与电网 电压齐全一概; ? 并网经过中,定子冲锋电流很小; ? 并网后,编制切换到调速统制; 伶仃负荷并网格式 ? 并网前,DFIG带负荷运转; ? 依据电网讯息、定子的电压电流的讯息,统制DFIG的端 电压,当满意并网要求时奉行并网; ? 特征:并网前定子有电流,需依据电网和定子两侧的信 息举行统制,较庞大; 孤岛并网格式(1) 励磁阶段: ? 当风机到达必然请求后,K1闭合,直流充电器给交直交 变换器的直流侧充电; ? 电机侧变流器供应转子电流,直到定子电压上升至额定 值,励磁阶段结局; 孤岛并网格式(2) 孤岛运转阶段: ? 先断开K1,后启动网侧变流器,使之起首升压运转; ? 将直流侧升压到须要的值; ? 此时,能量正在两个变流器和双馈电机之间滚动,孤岛运 行; 孤岛并网格式(3) 并网阶段: ? 因为孤岛运转阶段定子侧电压的幅值、频率和相位都与 电网电压一致,此时闭合K2,电机与电网完毕无冲锋并 网; 三种并网格式的对照 ? 空载并网格式:正在并网前是由原动机来调理发电 机的转速,请求具有足够的调速本事; ? 独立负载并网格式:发电机具有必然的能量调理 影响,可与原动机配合完毕转速的统制,下降了 对原动机调速本事的请求,但统制庞大; ? 孤岛并网格式:有创意,分三个阶段运转,国家正规彩票app下载可正在 任何转速下完毕柔性并网; 风电场的低电压穿越本事(LVRT) ? 跟着风电场装机容量越来越大,它们对电力编制 的影响也越来越大; ? 为支持电力编制的稳固运转,电网公司对风电场 并网提出了更高的请求。如: ?低电压穿越本事 (Low-Voltage Ride Though, LVRT) ?无功统制本事 ?输出功率统制本事等 ? 此中,LVRT被以为是风电机组安排创制身手的最 大寻事。LVRT请求越高,制价越高。 风电机组的LVRT本事: 指当外部编制爆发障碍,风电机组的端电压下降 到必然值的情形下不离开电网而持续支持运转, 乃至还为编制供给必然的无功功率,助助编制恢 复电压的本事。 德邦E.ON公司对风电机组LVRT本事的请求 ? 暗影局部显示风电机组不单不离开编制,况且还 向编制供给必然的无功助助; ? 当端电压摔倒额定电压的15%时请求风电机组能 够支持运转625ms; ? 当风电机组端电压正在其额定电压的90%及以上时, 请求风电机组不妨继续运转; ? 分别类型的风力发电机组可能采用分别的身手措 施来完毕LVRT效用; ? 对通常定速风力发电机组,可能采用静止无功补 偿安装SVC,通过无功储积来完毕LVRT效用; ? 对直驱同步风电机组,可能通过更动转子回道励 磁格式完毕LVRT效用; ? 双馈风力发电机组,因为有功和无功功率可能实 现解耦统制,以是可能通过机组自身完毕LVRT功 能; 双馈风力发电机组 的统制编制 ? 双馈风力发电机组的统制编制分为电机统制编制和风机统制编制; ? 双馈电机运转于次同步转速时转子招揽有功功率,运转于超同步转速时转子 和定子相通,发出有功功率; ? 通过为转子电流供给幅值、相位和频率可调的励磁电流,可能完毕有功和无 功功率的独立统制; 双馈变速风力发电机组完毕LVRT效用的经过: ? 当外部编制爆发障碍,风电机组端电压下降,定 子电流增大,转子电流或变流器直流电压横跨限 定值时,转子侧变流器被转子短道器(crowbar) 旁道,以掩护转子侧变流器,电网侧变流器仍通 过变压器与电网相连; ? 风机统制编制的桨距角统制效用立地启动,以减 少风机捕捉的功率,统制转速,并从头开发风电 机组的端电压; ? 外部障碍断根后,机组端电压规复,转子侧变流 器规复寻常运转; 转子短道器的构造 ? ? ? ? 转子各相勾通一个双向可闭断晶闸管和一个电阻器,并与转子侧变流器并联; 当转子侧电流横跨设定值一段年光,转子短道器被激活,转子侧变流器退出运转。 当外部障碍断根后,转子短道器晶闸管闭断,转子侧变流器从头进入运转; 若转子侧电流的升高亏损以损害转子侧变流器时,转子短道器不可动,齐全凭借 电机自身的调理本事来完毕LVRT,而无需调理桨距角。 储能安装的操纵 ? 超导储能 ? 飞轮储能 ? 超等电容器储能 ? 电池储能 超导储能的操纵 35kJ/7kW高温超导SEMS编制 超导储能的操纵 超导储能的操纵 飞轮储能的操纵 飞轮储能的操纵 飞轮储能的操纵 超等电容器的操纵 并联于风电场出口母线 超等电容器的操纵 串并联型超等电容器 超等电容器的操纵 超等电容器的操纵 电池储能的操纵 电池储能的操纵 电池储能的操纵 电池储能的操纵 当编制近端爆发短道障碍 储能安装操纵小结: ? 储能安装能同时对风电机组功率和端电压举行 统制,而静止电容器和SVC只可调理端电压; ? 储能安装能平抑风电输出功率,减小风电对电 力编制的冲锋,普及编制的功角稳固性; ? 储能安装能普及风电机组的电压稳固性和低电 压穿越本事LVRT; ? 储能安装能减小风电端电压的震动,普及风电 入网的电能质地;




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