清能双馈风力发电机及控制原理

Click to edit Master text styles Second level 双馈风力发电机及控制原理 Third level Fourth level 北京清能华福风电技术有限公司 Fifth level2009年8月

2009-4-1

双馈风力发电机及控制原理 Click to edit 主要内容 Master text styles – 风力发电简介 Second level – 双馈电机原理 Third level – 双馈电机控制策略 Fourth level Fifth level

2009-4-1

Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level 一、风力发电简介 Fifth level

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master text styles 中国风电场分布图(截止2007年年底) Second level Third level Fourth level Fifth level

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master 中国风电市场发展 text styles – 电机、齿轮箱、叶片等设备已实现国产化； Second level – 电控系统国产化程度低，被国外设备占据。 Third 1997-2008年中国风力发电总装机容量(除台湾省) level Fourth level Fifth level1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

2009-4-1

装机容量/万千瓦

年份

风力发电简介 风电机组分类 Master text styles Click to edit– 按风轮机类型分(风能到机械能) Second level 水平轴、垂直轴 定桨距、变桨距 Third level 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片 Fourth level 定速型、变速型 – 按发电机类型分(机械能到电能) Fifth level 2009-4-1

鼠笼式 绕线式 同步/永磁式 其他新型电机(开关磁阻电机、横向磁场电机、高压电机)6

风力发电简介 Click to edit Master text styles 不同类型的风机 水平轴风机 Second level Third level Fourth level Fifth level 永磁直驱型风机垂直轴风机

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master text styles 风力发电技术的进展 Second level m Third level 风 Fourth level 1.5MW机组的 轮 商业化运行 直 750KW Fifth径level100 80 60

◎刚性结构 ◎三桨叶上风布局，主 动偏航，定速控制 ◎叶尖刹车或全桨距控 制 ◎玻璃钢桨叶 ◎齿轮传动，大小两台 感应电机 ◎塔架或者塔筒结构 ◎50-300KW,15-30M 风轮直径

◎更大的机组容量 ◎变速或定速运行 ◎更先进的桨叶材料和制造工艺 ◎负载和轮毂的反馈控制 5MW ◎高效的电力电子设备 ◎低速直驱型发电机 ◎更加柔性的结构

1.8MW

500KW40

300KW20

100KW 50KW0

◎变速或定速运行 ◎特殊桨叶设计—NREL ◎功率调节和桨角控制 ◎行星齿轮传动 ◎感应电机 ◎300-750KW,30- 50M风轮直径

2009-4-1

1980

1990

2000

2010

风力发电简介 Click to edit Master 定速到变速的原因 text styles – 追求最

大的风能捕获 Second level – 减小机组的机械应力 Third level 最大功率点跟踪 风能利用系数与叶尖速比的关系 Fourth level Fifth level

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master text styles 基于鼠笼式异步电机的风电机组 Second level Third level Fourth level Fifth level变速箱 电网 变速箱 鼠笼式电机 鼠笼式电机 无功补 偿电容 无功补 偿电容 (a) (b) 变速箱 电网 滤波器 鼠笼式电机 无功补 偿电容 (c) 变速箱 滤波器 鼠笼式电机 (d) 电网

电网

变速箱

电网 滤波器 无刷双 馈电机 (e)

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master text styles 基于绕线式电机的风电机组 Second level Third level Fourth level Fifth level电网 变速箱 绕线电机

(a)

变速箱

电网

绕线电机

(b)

电网

变速箱

绕线电机

(c)

变速箱

电网 滤波器 绕线电机

2009-4-1(d)

风力发电简介 Click to edit Master text styles 双馈机型的优、缺点 – 优点： Second level 气动效率高，机械应力小，功率波动小 Third level 功率变换设备成本低 Fourth level – 缺点： Fifth电机滑环、齿轮箱等设备维护量大 level

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master text styles 基于同步电机的风电机组(直驱机型) Second level Third level Fourth level Fifth level电网 同步电机

(a)

电网

同步电机

(b)

2009-4-1

风力发电简介 Click to edit Master text styles 直驱型机组优、缺点 – 优点： Second level 不需要齿轮箱，维护量小 Third level 永磁同步机组效率高 Fourth level – 缺点： Fifth技术不成熟 level 全功率变流器，成本高同步电机 电网

(a)

电网

2009-4-1

同步电机

14(b)

风力发电简介 Click to edit Master text styles 水平轴风力发电机的结构和组成 Second level Third level Fourth level Fifth level

2009-4-1

Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level 二、双馈电机原理 Fifth level

2009-4-1

双馈电机原理 Click to edit 电机的分类 Master text styles – 变压器 Second level – 直流电机 Third level – 同步电机 Fourth level – 异步电机 Fifth鼠笼式 level 绕线式

– ……2009-4-1 17

双馈电机原理 Click to edit Master 异步电机运行方式 text styles – 转差功率全部损耗 Second level 定子调压、转子串电阻 Third level – 最优转差功率 Fourth level 定子变频运行 Fifth level – 转差功率回馈(双馈运行模式)PsPm

Pr

静止Kramer(单向)、静止Scherbius(双向)

双馈电机是由绕线式电机与变流器共同组 成的一种电机运行系统。2009-4-1 18

双馈电机原理

Click to edit Master 双馈电机系统结构 text styles – 静止Kramer结构 Second level 转差功率单向流动 Third level 定子侧励磁 Fourth level 转速范围窄 Fifth level – 静止Scherbius结构 转差功率双向流动 转子侧励磁 转速范围宽2009-4-1 19