風(fēng)力發(fā)電機(jī)_本肖

1、華北電力大學(xué)控制與計算機(jī)工程學(xué)院華北電力大學(xué)控制與計算機(jī)工程學(xué)院 控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟2內(nèi)容n1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)n2.同步發(fā)電機(jī)n3.異步發(fā)電機(jī)n4.雙饋發(fā)電機(jī)控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟31.風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)風(fēng)輪可將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動風(fēng)輪主軸和傳動機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。連接在旋轉(zhuǎn)軸上的發(fā)電機(jī)，作為風(fēng)電機(jī)組的一個重要組成部分，在接收風(fēng)輪輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩隨軸旋轉(zhuǎn)的同時，將通過電磁感應(yīng)原理，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，最終完成由機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換過程。有齒輪箱的并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示意圖控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟41.風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)要求n1.機(jī)械功率轉(zhuǎn)換能力n2.電能頻率控制能力n3.無功功率控制能力n4.工

2、況控制能力控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟5n發(fā)電系統(tǒng)使用的同步發(fā)電機(jī)絕大部分是三相同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)主要包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分。定子是同步電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部件，由定子鐵芯、三相電樞繞組和起支撐及固定作用的機(jī)座組成。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生一個強(qiáng)磁場，并且可以由勵磁繞組進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要包括轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組、滑環(huán)等。同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)一般分為兩類，一類用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源的直流勵磁系統(tǒng)，另一類用整流裝置將交流變成直流后供給勵磁的整流勵磁系統(tǒng)。2.同步發(fā)電機(jī)控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟62.同步發(fā)電機(jī)磁極類型n同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子有凸極式和隱極式兩種。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般采用隱極式同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電

3、機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（ a 凸極式，b 隱極式） 控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟72.同步發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速160pnf 原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，主磁場同轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，就得到一個機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場對定子發(fā)生相對運(yùn)動，在定子繞組中感應(yīng)出三相對稱的交流電勢。這個交流電勢的頻率取決于電機(jī)的極對數(shù)p和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n。我國電力系統(tǒng)，規(guī)定交流電的頻率為50Hz，因此極對數(shù)與轉(zhuǎn)速之間有如下的固定關(guān)系 160 50np控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟82. 永磁同步電機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)是同步電機(jī)的一種，應(yīng)用于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)工作在較低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子極對數(shù)較多，故發(fā)電機(jī)的直徑較大、結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。為保證風(fēng)電機(jī)組的變速

4、恒頻運(yùn)行，發(fā)電機(jī)定子需通過通過全功率變頻器與電網(wǎng)連接。 直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖 控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟93.異步電機(jī)結(jié)構(gòu)n異步發(fā)電機(jī)實際上是異步電動機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。異步發(fā)電機(jī)由兩個基本部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子，其定子與同步電機(jī)的定子基本相同，定子繞組為三相的；轉(zhuǎn)子則有鼠籠型和繞線型兩種 。 （a）鼠籠型異步電機(jī)及轉(zhuǎn)子繞組 （b）繞線式異步電機(jī)及轉(zhuǎn)子繞組圖異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟103.異步電機(jī)工作原理n如果給轉(zhuǎn)子加上機(jī)械負(fù)荷，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速就會慢下來。而定子磁鏈總是以同步速度旋轉(zhuǎn)，相對轉(zhuǎn)子就會有相對速度。因此，在轉(zhuǎn)子中根據(jù)電磁感應(yīng)就會產(chǎn)生電壓、電流和轉(zhuǎn)矩。

5、產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和該速度下驅(qū)動負(fù)荷所需要的轉(zhuǎn)矩相等時，轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在低于同步速度的某個速度上，異步電機(jī)工作于電動機(jī)狀態(tài)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速。n反過來，如果把轉(zhuǎn)子和風(fēng)力機(jī)相連，通過升速齒輪驅(qū)動轉(zhuǎn)子超過它的同步速，那么轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩就改變了方向。而轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向沒有改變，所以電磁轉(zhuǎn)矩是制動轉(zhuǎn)矩，此時，異步電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。n因此異步電機(jī)只有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時才能運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)。 控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟113.異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率n異步電機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)用其轉(zhuǎn)差率S表示： 11100%nnSn轉(zhuǎn)差率特性曲線 異步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域為AB段對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)（n11.05n1）。可以近似

6、理解為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中運(yùn)行的異步發(fā)電機(jī)是以稍高于三相定子電流旋轉(zhuǎn)磁場速度運(yùn)行的恒速電機(jī)。 控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟124.雙饋發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)又稱交流勵磁發(fā)電機(jī)，具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組。定子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)相同，具有分布的交流繞組。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)帶有集電環(huán)和電刷。與繞線式異步電機(jī)和同步電機(jī)不同的是，轉(zhuǎn)子三相繞組加入的是交流勵磁，既可以輸入電能，也可以輸出電能。轉(zhuǎn)子一般由接到電網(wǎng)上的變流器提供交流勵磁電流，其勵磁電壓的幅值、頻率、相位、相序均可以根據(jù)運(yùn)行需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子也可向電網(wǎng)饋送電能，即電機(jī)從兩端（定子和轉(zhuǎn)子）進(jìn)行能量饋送，“雙饋”由此得名。 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟134.雙饋發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟144.雙饋發(fā)電機(jī)功率關(guān)系控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟154. 雙饋型風(fēng)電機(jī)-轉(zhuǎn)差勵磁轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)差率雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流隨轉(zhuǎn)差率變化的控制過程控制與計算機(jī)工程學(xué)院 肖運(yùn)啟16