第二部分-風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)培訓(xùn)

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)v定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定子鐵心定子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組（端環(huán)）（端環(huán)）機(jī)座機(jī)座轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心定子繞組定子繞組風(fēng)扇風(fēng)扇端蓋端蓋向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對稱三相交流電流，向?qū)ΨQ的三相繞組中通入對稱三相交

2、流電流，可以產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場?？梢援a(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。如果三相繞組分布在一個圓周上，則旋轉(zhuǎn)磁場如果三相繞組分布在一個圓周上，則旋轉(zhuǎn)磁場作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。轉(zhuǎn)子在一個圓周內(nèi)旋轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。轉(zhuǎn)子在一個圓周內(nèi)旋轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出的磁極（的磁極（N N、S S極）數(shù)目稱為極數(shù)，用極）數(shù)目稱為極數(shù)，用2P2P表示。表示。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序，轉(zhuǎn)速n n1 1取決于電流的頻率取決于電流的頻率 f f 和極對數(shù)和極對數(shù) P P：160 fnP 同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速AXZBCYSn1Nffne, iT f 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T 定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速

3、定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n1 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 e e 在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流 i i 在磁場中產(chǎn)生電磁力在磁場中產(chǎn)生電磁力f 若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速nn1, 向向n1的方向旋轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn) n 是否會等于是否會等于 n1？要產(chǎn)生要產(chǎn)生T，必須，必須nn1 異步異步機(jī)械能機(jī)械能 電能電能，是，是發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速， 發(fā)電！發(fā)電！籠型異步發(fā)電機(jī)籠型異步發(fā)電機(jī) 中中轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率S 與運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系與運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系? 把同步轉(zhuǎn)速把同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的

4、差與同步轉(zhuǎn)速的差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值，稱為的比值，稱為轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率，用，用s表示，即表示，即11nnsn 異步電機(jī)的特點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速異步電機(jī)的特點(diǎn)之一是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)和定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速速n1不同。不同。n(1s)n1則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可表示為：可表示為：SNn1TnSNn1Tn用轉(zhuǎn)差率用轉(zhuǎn)差率s可以表示異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以表示異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)!nn10s00nn10s101n10nsv鐵損：電機(jī)的鐵損包括磁滯損失和渦流損鐵損：電機(jī)的鐵損包括磁滯損失和渦流損失兩部分，電機(jī)空載時(shí)所消耗的功率。失兩部分，電機(jī)空載時(shí)所消耗的功率。v銅損：電機(jī)繞組上的損耗，包括原繞組的

5、銅損：電機(jī)繞組上的損耗，包括原繞組的銅損和副繞組的銅損，一般電機(jī)短路情況銅損和副繞組的銅損，一般電機(jī)短路情況下的損耗就是銅損。下的損耗就是銅損。R1jX1RmjXm2R2jX21RssPmpCu2pCu1pFeP1PM1U1I0I2I12EE111 11cosPm U I定子輸出功率：定子輸出功率：定、轉(zhuǎn)子銅損耗：定、轉(zhuǎn)子銅損耗：2Cu11 11pm I R2Cu21 22pm IR21 221msPm IRs機(jī)械輸入功率：機(jī)械輸入功率：電磁功率：電磁功率：221222222212coscosMRPm E Im E Im Is 2Fe1 0mpm I R鐵損耗：鐵損耗：R1jX1RmjXm2j

6、X21Rss2I12EE1U1I0IP1pCu1pFepCu2PMPm2/Rspm+ paP22Rv定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子采用類似于定子的三相交流繞組，一般接成Y接；轉(zhuǎn)子三相繞組可在轉(zhuǎn)子內(nèi)部聯(lián)接，也可經(jīng)滑環(huán)電刷裝置

7、將轉(zhuǎn)子三相繞組端接線引出；轉(zhuǎn)子三相繞組的端接線在轉(zhuǎn)子內(nèi)部短接時(shí)，發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性類似于籠型異步發(fā)電機(jī)；外接附加電阻時(shí)，機(jī)械特性變軟。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）風(fēng)速變化引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩脈動的低頻分量由變槳調(diào)速）風(fēng)速變化引起風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩脈動的低頻分量由變槳調(diào)速機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，其高頻分量由機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，其高頻分量由RCCRCC調(diào)節(jié)，可明顯減輕槳調(diào)節(jié)，可明顯減輕槳葉應(yīng)力，平滑輸出電功率葉應(yīng)力，平滑輸出電功率; ;（2 2）利用風(fēng)輪作為慣性儲能元件，吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變）利用風(fēng)輪作為慣性儲能元件，吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化形成的動能，提高風(fēng)能利用率；化形成的動能，提高風(fēng)能利用率；（3 3）電力電子主回路結(jié)構(gòu)簡單，不需要大功率電源。）

8、電力電子主回路結(jié)構(gòu)簡單，不需要大功率電源。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 旋轉(zhuǎn)電力電子開關(guān)電路檢修、更換困難。旋轉(zhuǎn)電力電子開關(guān)電路檢修、更換困難。v定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)冷）雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（風(fēng)冷）v風(fēng)力發(fā)電機(jī)的

9、關(guān)鍵部位：滑環(huán)（電刷）系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部位：滑環(huán)（電刷）系統(tǒng)v 什么是雙饋電機(jī)？什么是雙饋電機(jī)？v 所謂雙饋電機(jī)所謂雙饋電機(jī), ,就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)就是將電能分別饋入繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組, ,一般將定子繞組接入電網(wǎng)一般將定子繞組接入電網(wǎng), ,而而接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按接入轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓幅值和相位則需要按要求分別進(jìn)行調(diào)節(jié)要求分別進(jìn)行調(diào)節(jié) 。v 雙饋電機(jī)的特點(diǎn)：雙饋電機(jī)的特點(diǎn)：v （1 1）和異步電機(jī)區(qū)別和異步電機(jī)區(qū)別：異步電機(jī)是通過定子從電網(wǎng)吸異步電機(jī)是通過定子從電網(wǎng)吸收勵磁電流收勵磁電流, ,本身無勵磁繞

10、組本身無勵磁繞組, ,而雙饋與同步機(jī)一樣有而雙饋與同步機(jī)一樣有獨(dú)立的勵磁繞組獨(dú)立的勵磁繞組; ;異步電機(jī)無法改變功率因數(shù)異步電機(jī)無法改變功率因數(shù); ;異步電異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化而變化 。v （2 2）和同步機(jī)區(qū)別和同步機(jī)區(qū)別 ：同步機(jī)勵磁只可調(diào)節(jié)電流的幅：同步機(jī)勵磁只可調(diào)節(jié)電流的幅值值, ,因此只能對無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)因此只能對無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié), ,而雙饋電機(jī)可以調(diào)而雙饋電機(jī)可以調(diào)節(jié)幅值、頻率和相位節(jié)幅值、頻率和相位: :改變勵磁頻率改變勵磁頻率, ,可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速速; ;改變勵磁電流相位改變勵磁電流相位, ,可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電勢和電網(wǎng)電可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電

11、勢和電網(wǎng)電壓向量的相對位置壓向量的相對位置, ,改變了電機(jī)功率角改變了電機(jī)功率角, ,可以調(diào)節(jié)有功可以調(diào)節(jié)有功和無功和無功. . v控控制制原原理理簡簡圖圖v雙饋系統(tǒng)（變換器系統(tǒng)）雙饋系統(tǒng)（變換器系統(tǒng)）: :v (1)(1)交交變頻器交交變頻器( (雙饋中有一定應(yīng)用雙饋中有一定應(yīng)用) ) v 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :自然換流自然換流, ,四象限可靠運(yùn)行四象限可靠運(yùn)行; ;無直流濾波無直流濾波, ,變頻效變頻效率高率高 。v 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :變壓器始終吸收無功、功率因數(shù)低變壓器始終吸收無功、功率因數(shù)低; ;諧波大諧波大, ,輸出輸出頻率低頻率低, ,需要隔離變壓器需要隔離變壓器 v (2)(2)交直交變頻器

12、交直交變頻器( (大量應(yīng)用大量應(yīng)用) ) v 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :雙雙PWMPWM實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞; ;結(jié)構(gòu)簡單、電流諧波結(jié)構(gòu)簡單、電流諧波含量小、輸入功率因數(shù)可控含量小、輸入功率因數(shù)可控 v 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :直流環(huán)節(jié)的支撐電容體積較大直流環(huán)節(jié)的支撐電容體積較大, ,壽命較短壽命較短, ,且雙側(cè)且雙側(cè)采用采用PWMPWM控制控制, ,開關(guān)損耗較大開關(guān)損耗較大. .v (3)(3)矩陣變換器矩陣變換器( (研發(fā)階段研發(fā)階段) ) v 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :四象限運(yùn)行四象限運(yùn)行; ;可輸出幅值、頻率、相位和相序均可輸出幅值、頻率、相位和相序均可控的電壓可控的電壓, ,諧波含量較小諧波含量較小.

13、 . v 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :換流過程不允許兩個開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷換流過程不允許兩個開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷, ,實(shí)現(xiàn)比較困難實(shí)現(xiàn)比較困難基于基于IGBTIGBT（絕緣柵雙極晶閘管）技術(shù)的（絕緣柵雙極晶閘管）技術(shù)的雙饋雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)交直交雙向功率變換器交直交雙向功率變換器v 大大的的機(jī)機(jī)側(cè)側(cè)小小的的網(wǎng)網(wǎng)側(cè)側(cè)引入轉(zhuǎn)子交流勵磁變流器，控制轉(zhuǎn)子電流；引入轉(zhuǎn)子交流勵磁變流器，控制轉(zhuǎn)子電流；轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)速變化；轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率，跟隨轉(zhuǎn)速變化；通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位，控制轉(zhuǎn)子磁場領(lǐng)先通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位，控制轉(zhuǎn)子磁場領(lǐng)先于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場，從而在

14、轉(zhuǎn)速高于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場，從而在轉(zhuǎn)速高于和低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)都能保持發(fā)電狀態(tài)；于和低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)都能保持發(fā)電狀態(tài)；通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值，可控制發(fā)電機(jī)定子通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值，可控制發(fā)電機(jī)定子輸出的無功功率；輸出的無功功率；轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無功功率變換，為轉(zhuǎn)差功轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無功功率變換，為轉(zhuǎn)差功率，容量與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。率，容量與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。v亞同步發(fā)電運(yùn)行亞同步發(fā)電運(yùn)行 n nr r n n1 1時(shí)時(shí) ，（即，（即 0 0S S1 1） 如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為：如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量關(guān)系為： P P電磁電磁=P=P機(jī)械機(jī)械+P+P轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差 P P上網(wǎng)上網(wǎng)=

15、P=P電磁電磁 （定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵磁）（定子饋電，轉(zhuǎn)子由變頻器提供勵磁）b.b.超同步發(fā)電運(yùn)行超同步發(fā)電運(yùn)行 n nr r n n1 1時(shí)，（即時(shí)，（即 S0S0） 如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量如果忽略各種損耗，則發(fā)電機(jī)的能量 關(guān)系為：關(guān)系為： P P機(jī)械機(jī)械=P=P轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差+P+P電磁電磁 P P上網(wǎng)上網(wǎng)=P=P轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差+P+P電磁電磁（定子饋電（定子饋電+ +轉(zhuǎn)子饋電）轉(zhuǎn)子饋電）v定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電

16、機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）簡化了主回路結(jié)構(gòu)和控制策略，成本低；）簡化了主回路結(jié)構(gòu)和控制策略，成本低；（2 2）兼具雙饋控制和）兼具雙饋控制和RCCRCC控制的優(yōu)點(diǎn)。控制的優(yōu)點(diǎn)。v 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）轉(zhuǎn)速范圍縮小；）轉(zhuǎn)速范圍縮??；（2 2）超同步速運(yùn)行時(shí)，無功功率不可調(diào)，功率因數(shù)略低。）超同步速運(yùn)行時(shí)，無功功率不可調(diào)，功率因數(shù)略低。v定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v

17、轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)v變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)gearboxbrakepitch driveinverterrectifierline coupling transformergrid sidebreakerYaw drivegenerator sidebreakerConverter(full

18、 rating)wind turbine controllerconverter controllerCage Induction generator 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行于變速變頻發(fā)電狀態(tài)；運(yùn)行于小轉(zhuǎn)差率范圍，發(fā)電機(jī)機(jī)械特性硬，運(yùn)運(yùn)行于小轉(zhuǎn)差率范圍，發(fā)電機(jī)機(jī)械特性硬，運(yùn)行效率高；行效率高；發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓可調(diào)，輕載運(yùn)行效率高；發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓可調(diào)，輕載運(yùn)行效率高；發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)被可控的變流器隔離，系統(tǒng)對電發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)被可控的變流器隔離，系統(tǒng)對電網(wǎng)波動的適應(yīng)性好；網(wǎng)波動的適應(yīng)性好；變流器與發(fā)電機(jī)功率容量相等，系統(tǒng)成本高。變流器與發(fā)電機(jī)功率容

19、量相等，系統(tǒng)成本高。v定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)v永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)展同步發(fā)電機(jī)的必要性：發(fā)展同步發(fā)電機(jī)的必要性：同步發(fā)電機(jī)用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，即可直同步發(fā)電機(jī)用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，即可直接向交流負(fù)載供電，也可經(jīng)整流器變換接向交流負(fù)載供電，也可經(jīng)

20、整流器變換為直流電，向直流負(fù)載供電。因此，同為直流電，向直流負(fù)載供電。因此，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為中小容量風(fēng)力發(fā)電步風(fēng)力發(fā)電機(jī)已成為中小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的首選機(jī)型。機(jī)組的首選機(jī)型。近年來，在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品中，近年來，在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品中，同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已暫露頭角，有望成同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已暫露頭角，有望成為未來的主力機(jī)型。為未來的主力機(jī)型。 去除齒輪箱，直接驅(qū)動的理由：去除齒輪箱，直接驅(qū)動的理由：v由齒輪箱引起的風(fēng)電機(jī)組故障率高；由齒輪箱引起的風(fēng)電機(jī)組故障率高；v齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)工作量大，易漏油污齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)工作量大，易漏油污染；染；v系統(tǒng)的噪聲大，效率低，壽命短。系統(tǒng)的噪聲大

21、，效率低，壽命短。直驅(qū)帶來的問題：直驅(qū)帶來的問題：v發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大；增大；v全功率整流逆變，變流器成本高。全功率整流逆變，變流器成本高。定子鐵心 定子繞組 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同步發(fā)電機(jī)原理：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢同步發(fā)電機(jī)原理：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 風(fēng)力機(jī)拖著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)拖著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn) 速速n n1 1相對于定子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；相對于定子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)； 安放于定子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)體與轉(zhuǎn)子安放于定子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)體與轉(zhuǎn)子 上的主磁極之間發(fā)生相對運(yùn)動上的主磁極之間發(fā)生相對運(yùn)動 ； 根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，相對于磁根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，相對于

22、磁 極運(yùn)動（即切割磁力線）的導(dǎo)體中極運(yùn)動（即切割磁力線）的導(dǎo)體中 將感應(yīng)出電動勢：將感應(yīng)出電動勢： 導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則判斷導(dǎo)體感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則判斷 。Vlvbev內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角=0=00 0 BI.AI.CI.AE0.時(shí)軸CE0.B0.E+90+900 0FFad軸軸q軸軸 A軸軸A AX X Z ZB BCYFfNS 交軸電樞反應(yīng) 內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角=90=900 0時(shí)軸AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d軸q軸 A軸A AX XZ ZB BCYFfNS直軸去磁電樞反應(yīng)直軸去磁電樞反應(yīng)Fav內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角=-90=-900 0時(shí)軸A

23、E0.CE0.BE0.CI.BI.AI.d軸q軸 A軸A AX XZ ZB BCYFfNS直軸助磁電樞反應(yīng)直軸助磁電樞反應(yīng)Fav內(nèi)功率因數(shù)角內(nèi)功率因數(shù)角0 00 090900 0 時(shí)軸AE0.CE0.BE0.AI.CI.BI.d軸q軸 A軸A AX XZ ZB BCYFfNS既有交軸又有直軸去磁電樞反應(yīng) + +90900 0Fa 位置位置夾角夾角記作記作電樞反電樞反應(yīng)性質(zhì)應(yīng)性質(zhì)對電機(jī)的影響對電機(jī)的影響=負(fù)載性質(zhì)負(fù)載性質(zhì)n(f)n(f)U U=0=00 0q q軸軸+90+900 0交軸交軸波形波形畸變畸變下降下降不變不變R R=90=900 0d d軸軸+90+900 0直、去直、去削弱削弱不

24、變不變下降下降L L=-90=-900 0d d軸軸+90+900 0直、助直、助增強(qiáng)增強(qiáng)不變不變上升上升C C0 00 090900 0d d、q q軸軸+90+900 0交、直去交、直去削弱削弱下降下降下降下降 R R、L L-90-900 0000 0d d、q q軸軸+90+900 0交、直助交、直助增強(qiáng)增強(qiáng)下降下降上升上升R R、C CaFafFFaFaqFadFadFaqFadFadFaqFFv電樞磁勢和電樞電流分量電樞磁勢和電樞電流分量 coscossinsinIIFFIIFFIIIFFFqaaqdaadqdaqada交軸分量直軸分量0jjddqqEUIRI XI X式中，式中，

25、 Xd XsXad XqXsXaqXad 、Xaq 每相電樞繞組的直每相電樞繞組的直 軸、交軸電樞反應(yīng)電抗。軸、交軸電樞反應(yīng)電抗。Xd 、Xq 每相電樞繞組的直軸、每相電樞繞組的直軸、 交軸同步電抗。交軸同步電抗。UIjddI X0EjqqI XdIqIjqIXqE相量圖相量圖（忽略忽略R）v 三個角三個角v 四個軸四個軸 :.:)(;,:;,:00三者關(guān)系的時(shí)間相位角與是功角功率角與負(fù)載有關(guān)的時(shí)間相位角與是外功率因數(shù)角與電機(jī)參數(shù)及負(fù)載有關(guān)的時(shí)間相位角與是內(nèi)功率因數(shù)角UEIUIE直軸（縱軸、d 軸） ：主磁極軸線位置。 交軸（橫軸、q 軸） ：與直軸成 900電角度的位置。 相軸： 每相繞組的

26、軸線位置。 時(shí)軸: 時(shí)間相量在其上投影可得瞬時(shí)值 電樞反應(yīng)和機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換n1TemaqIIrdIIn1nadIfAZBXCYNS凸極發(fā)電機(jī)的電磁過程fIfF00EIqIdIadFaqFadaqadEaqEEEarI凸極發(fā)電機(jī)的電勢方程式凸極發(fā)電機(jī)的電勢方程式addadxI jEaqqaqxI jExI jEqqddaxIjxIjIrUE0其中其中：xxxxxxxxxqdaqqadd并且有稱為交軸同步電抗稱為直軸同步電抗凸極發(fā)電機(jī)的相量圖凸極發(fā)電機(jī)的相量圖已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)及已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)及參數(shù)參數(shù)ra 、xd、xq 。1 1、已知內(nèi)功率因數(shù)角、已知

27、內(nèi)功率因數(shù)角按照電勢方程式的關(guān)系作出相量圖2、未知內(nèi)功率因數(shù)角1）利用方程式求出：2）利用公式求出：qaQxI jIrUEcossinarctanUIrUIxaq隱極發(fā)電機(jī)的電磁過程fIfF00EIaFaEEEaaRIaaxI jExI jE隱極發(fā)電機(jī)的電勢方程式taxIjIrUE0其中xxxxxxatat并且有稱為同步電抗同步電抗的物理意義：表征地對稱負(fù)載下單位電樞電流三相聯(lián)合產(chǎn)生的電樞總磁場在電樞每相繞組中感應(yīng)電勢txIjUE0簡化方程式隱極發(fā)電機(jī)的等效電路隱極發(fā)電機(jī)的等效電路：raxt0EIU只要去掉只要去掉 r ra a 即可得到簡化等效電路即可得到簡化等效電路隱極發(fā)電機(jī)的相量圖已知發(fā)

28、電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)已知發(fā)電機(jī)的端電壓、負(fù)載電流和功率因數(shù)cos及參數(shù)及參數(shù)ra 、xtUIarItxI j0E當(dāng)功率因數(shù)當(dāng)功率因數(shù)cos 滯后時(shí)滯后時(shí)的相量圖的相量圖1 1、空載特性、空載特性：)(0001fIfEUInn2 2、短路特性、短路特性：)(01fkIfIUnn3 3、外特性、外特性：)(cos1IfUCCInnf4 4、調(diào)整特性、調(diào)整特性：)(cos1IfICCUnnfv1 1、提高供電的可靠性、提高供電的可靠性v2 2、提高供電的經(jīng)濟(jì)性、提高供電的經(jīng)濟(jì)性v3 3、提高電能、提高電能 的質(zhì)量（主要是的質(zhì)量（主要是U U和和f f）無窮大電網(wǎng)：無窮大電網(wǎng)：1）S2）Z

29、S 0 3）US = C 4） fS= C1 1、電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞、電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受力變形。組端部受力變形。2 2、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振蕩。內(nèi)功率振蕩。3 3、電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，、電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損耗，溫度升高，效率降低。增加損耗，溫度升高，效率降低。4 4、電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位、電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生無法消除的環(huán)流，危害電差而產(chǎn)生無法消除的環(huán)流，危害電機(jī)安全運(yùn)行。機(jī)安全運(yùn)行。輸入輸入功率功率P1機(jī)械損機(jī)械損耗耗pmec附加損附加損耗耗pad鐵損鐵損pFe電磁功電磁

30、功率率Pem定子銅損定子銅損pcu1輸出功輸出功率率P2emcuemadFemecemPPPPPPPPPPP12011)(功率極限值(隱極)temxUEmP0max0900PemPemmax1800Pem18000900Pemmax0180)390)2sin) 1:0max0ememememPPPP隱極0)40180)390)2sin) 1:0max0附加不成正比與凸極emememememPPPPP1 1、是電動勢、是電動勢 和電壓和電壓 間的時(shí)間的時(shí)間相角差間相角差2 2、是勵磁磁勢、是勵磁磁勢 和合成磁勢和合成磁勢 間的空間相角差間的空間相角差0EUfFFEEEUEa00a00FFf0Ex

31、I jxI jEEaaUIFfF0a功角 意義的圖示A：NSFNSFfT1nTemn1功角 意義的圖示B功角功角 是轉(zhuǎn)子磁極是轉(zhuǎn)子磁極軸線和定子合成磁軸線和定子合成磁極軸線的空間夾角極軸線的空間夾角 電磁功率可用電樞感應(yīng)電動勢、電樞電磁功率可用電樞感應(yīng)電動勢、電樞電流及它們之間的夾角表示。對隱極同電流及它們之間的夾角表示。對隱極同步發(fā)電機(jī)（不計(jì)飽和）步發(fā)電機(jī)（不計(jì)飽和）: 00cosMqPmE ImE I22Cucos(cos)MPPpmUImI RmI UIRUIjddI X0EjqqI XdIqIjqIXqE2011sinsin22MdqdE UUPmmXXX功角特性功角特性0PM90。1

32、80。勵磁電磁功率勵磁電磁功率磁阻電磁功率磁阻電磁功率 隱極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率隱極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率 出現(xiàn)在出現(xiàn)在 90 處。處。 凸極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率凸極同步發(fā)電機(jī)，最大電磁功率 出現(xiàn)在出現(xiàn)在 90 處。處。gearboxbrakepitch drivemain inverter(full rating)wind turbine controlrectifierline coupling transformergrid sidebreakerYaw drivegenerator sidebreakerconverterconverter controllerSG AVR exciter系統(tǒng)特點(diǎn)：系統(tǒng)特點(diǎn)：通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，可保持發(fā)電機(jī)的端電通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，可