风力发电机组概述
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风力发电机组的工作原理详解随着对可再生能源的需求不断增长,风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式,受到越来越多的关注。
风力发电机组作为风能转化为电能的关键设备,其工作原理是如何实现的呢?本文将详细解析风力发电机组的工作原理。
一、风力发电机组的组成风力发电机组主要由风轮、发电机、塔架和控制系统等组成。
1. 风轮:风轮是风力发电机组的核心部件,它负责将风能转化为机械能。
风轮通常由三个或更多的叶片组成,叶片的形状和材料选择对风力发电机组的性能有重要影响。
2. 发电机:发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
风力发电机组通常采用的是同步发电机,通过风轮带动转子旋转,转子上的线圈与固定的磁场之间产生电磁感应,从而产生电能。
3. 塔架:塔架是支撑风力发电机组的结构,通常由钢材制成。
塔架的高度决定了风轮的受风面积,从而影响风力发电机组的发电效率。
4. 控制系统:控制系统是风力发电机组的大脑,负责监测风速、控制转速、保护设备安全等。
控制系统可以根据风速的变化调节风轮的转速,以保证风力发电机组在不同风速下都能正常工作。
二、风力发电机组的工作原理风力发电机组的工作原理可以简单概括为:风轮受到风的作用而旋转,带动发电机产生电能。
具体来说,风力发电机组的工作原理可分为以下几个步骤:1. 风轮转动:当风吹过风轮时,风轮受到风的作用而开始旋转。
风轮的叶片形状设计得非常巧妙,能够利用风的动能将其转化为机械能。
2. 发电机发电:风轮带动发电机转子旋转,转子上的线圈与固定的磁场之间产生电磁感应。
通过电磁感应原理,发电机将机械能转化为电能。
3. 控制系统调节:控制系统通过监测风速和发电机的转速,根据预设的工作参数调节风力发电机组的运行状态。
当风速较低时,控制系统会提高风轮的转速,以提高发电效率;当风速过高时,控制系统会减小风轮的转速,以保护设备安全。
4. 输送电能:发电机产生的电能经过变压器进行升压处理,然后通过电缆输送到电网中,供人们使用。
风力发电机组风力发电机组是现代清洁能源领域的一项重要技术,通过利用风能转化为电能,以替代传统的化石燃料发电方式。
风力发电机组具有很多优势,例如可再生、清洁、低碳、资源丰富等。
本文将详细介绍风力发电机组的工作原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势。
一、工作原理风力发电机组的工作原理十分简单。
当风通过发电机组的叶片时,会使叶片旋转,而叶片与发电机之间有一个转轴连接,从而将旋转运动转化为机械能。
机械能进一步转化为电能,通过发电机将风能转化为电能。
发电机组通常由风轮、发电机和控制系统组成,其中风轮负责将风能转化为机械能,发电机负责将机械能转化为电能,而控制系统则负责监测和控制整个系统的运行。
二、发展历程风力发电机组的发展历程可以追溯到100多年前。
早在19世纪末,人们就开始尝试使用风能发电。
最早的风力发电机组是由木制叶轮驱动的发电机,产生的电能用于提供照明和供电。
随着工业革命的到来,风力发电机组的设计和技术也得到了不断改善,从而提高了发电效率和可靠性。
20世纪50年代,风力发电开始进入商业化阶段。
丹麦等北欧国家成为了风力发电技术的领导者,丹麦引入了大型风电场,开始实现风力发电的规模化。
20世纪70年代,由于石油危机的冲击,世界各国开始关注可再生能源的开发和利用。
风力发电作为一种成熟的技术,逐渐受到国际社会的认可和推广。
进入21世纪,风力发电得到了全球的广泛应用和推广。
风力发电机组的装机容量大幅增加,技术水平不断提高。
如今,世界各地都有大型风电场,风力发电已经成为受人们欢迎的清洁能源选择。
三、应用领域风力发电机组在能源领域有着广泛的应用。
主要应用领域包括:1. 电力供应:风力发电机组可以大规模生成电能,为城市和农村提供稳定的电力供应。
风能是一种可再生能源,具有无限的潜力,可以替代传统的化石燃料发电方式,减少对环境的污染。
2. 独立发电:风力发电机组还可以被广泛应用于偏远地区或岛屿。
这些地区常常没有传统电网的覆盖,使用风力发电可以为居民和企业提供可靠的电力供应。
风力发电机组的基本构成
风力发电机组是将风能转化为电能的装置,通常由以下几个部分构成:
1. 风轮:风轮是风力发电机组的核心部件,它由叶片、轮毂和轴组成。
风轮的作用是捕捉风能并将其转化为机械能。
2. 机舱:机舱内装有风力发电机组的主要设备,如发电机、变速器、控制器等。
机舱通常安装在塔顶,通过塔筒与地面相连。
3. 塔筒:塔筒是支撑机舱和风轮的结构,它通常由钢材制成,具有足够的强度和稳定性,以承受风轮和机舱的重量以及风载荷。
4. 发电机:发电机是将机械能转化为电能的设备,它通常采用异步发电机或同步发电机。
发电机的输出功率与风轮的转速和风速有关。
5. 变速器:变速器的作用是将风轮的低速旋转转化为高速旋转,以适应发电机的转速要求。
变速器通常采用齿轮箱或液力耦合器。
6. 控制器:控制器是风力发电机组的控制中心,它负责监测风速、风向、风轮转速、发电机输出功率等参数,并根据预设的控制策略对风力发电机组进行调节和控制。
7. 基础:基础是支撑塔筒和风力发电机组的结构,它通常由混凝土制成,具有足够的承载能力和稳定性。
8. 电缆:电缆用于将发电机的输出电能传输到地面的变压器或配电柜。
以上是风力发电机组的基本构成部分,不同类型和规格的风力发电机组可能会有所不同,但总体结构和功能基本相似。
风力发电机组构造及工作原理风力发电机是一种利用风能转化为电能的装置,它在现代可再生能源领域起着重要的作用。
本文将详细介绍风力发电机的构造以及其工作原理。
一、构造风力发电机由以下几个主要部件组成:1. 风轮/叶片:风轮是风力发电机的核心部件,通常由三个或更多的叶片组成。
这些叶片通过捕捉到的风能转化为机械能。
2. 主轴和发电机:主轴将风轮的旋转运动转变为发电机的旋转运动。
发电机通过旋转运动将机械能转化为电能。
3. 塔架:塔架是支撑风力发电机的结构,通常由钢铁或混凝土建造而成。
塔架的高度取决于风力发电机的设计和布置。
4. 控制系统:控制系统负责监测和调节风力发电机的运行。
它可以根据风速和电网需求来调整发电机的负载和转速。
二、工作原理风力发电机的工作原理可以分为以下几个步骤:1. 捕捉风能:当风吹过风轮时,风轮的叶片会受到风力的作用而旋转。
风轮的设计使得风能尽可能地转化为机械能。
2. 传输机械能:通过主轴,机械能从风轮传输到发电机。
主轴的旋转使发电机内部的线圈和磁场相互作用,产生感应电流。
3. 转化为电能:感应电流通过电路传输到变流器或逆变器,进一步将其转换为适合电网输入的交流电能。
4. 电网连接:通过输电线路,发电机产生的电能连接到电网中,为用户供电。
控制系统负责监测电网的需求,并调整发电机的负载和转速。
三、优势和挑战风力发电机有许多优势,包括:1. 可再生能源:风能是一种可再生能源,与化石燃料相比无排放,对环境友好。
2. 多样化的规模:风力发电机可以根据需求进行大规模或小规模的布置,适用于不同地理区域和用途。
然而,风力发电机也面临一些挑战:1. 依赖风能:风力发电机需要稳定的风能才能运行,因此在风量不稳定的地区可能发电效率较低。
2. 空间需求:风力发电机需要一定的空间来布置,这在有限的城市环境中可能存在限制。
结论风力发电机是一种重要的可再生能源装置,利用风能转化为电能。
通过了解其构造和工作原理,我们可以更好地理解风力发电机的运行原理。
风力发电机组的分类介绍风力发电机一般按风轮轴安装形式、功率控制方式、风轮转速调节、主传动驱动方式等进行分类。
1、风轮轴安装形式按照风轮轴安装形式可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。
(1)水平轴风力机风轮的旋转轴线与风向平行。
水平轴风力机必须具有对风装置,跟随风向的变化而转动,以便吸收来自各个方向的风能。
对于小型风力机,这种对风装置常采用尾舵,而对于大型风力机,则利用风向传感器测量风向,经微处理器调整后控制偏航系统进行对风。
水平轴风力机按照风轮相对于塔架的位置可分为上风向风力机和下风向风力机。
风轮位于塔架前面的为上风向风力机,风轮位于塔架后面的为下风向风力机。
目前风电场采用并网型风力发电机组多为上风向水平轴风力机。
(2)垂直轴风力机风轮的旋转轴线垂直于地面或气流方向。
垂直轴风力机能吸收来自各个方向的风能,无需对风装置,这是相对于水平轴风力机的一大优点,并且传动装置和发电设备均安装在地面,便于维护;但是受叶片制造工艺的限制及拉线式塔架占用大量土地面积等因素,垂直轴风力机一直未得到发展。
2、功率控制方式按照功率控制方式可分为定桨距风力机、变桨距风力机和主动失速风力机。
(1)定桨距风力机叶片与轮毂固定连接。
在风轮转速恒定的条件下,风速增加超过额定风速时,随着叶片攻角的增加,气流与叶片表面分离,叶片将处于失速状态,叶片吸收的风能不但不会增加,反而有所下降,以确保风轮输出功率在额定范围以内。
定桨距风力机的特点:结构简单不需要变桨机构,同时控制系统也较简单。
但风轮吸收风能的效率较低,特别在风速超过额定风速后,由于叶片的失速作用,输出功率还会有所下降;机组承受的载荷大;机组重量比同类型变桨距风力机重。
(2)变桨距风力机叶片与轮毂通过变桨轴承连接,可以通过变桨系统控制叶片的安装角。
当风速低于额定风速时,保证叶片在最佳攻角状态,以获得最大风能;当风速超过额定风速后,变桨系统减小叶片的攻角,保证输出功率在额定范围内。
变桨距风力机的特点:结构复杂,需要增加变桨轴承和一套变桨驱动装置,同时控制系统也变得很复杂。
风力发电机组整机基础知识风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置。
它由风力发电机、传动装置、发电机、控制系统和塔架等组成。
风力发电机是风力发电机组的核心部件,它通过叶轮捕获风能并将其转化为机械能。
一般来说,风力发电机的叶轮由三个叶片组成,叶片的形状和材质会直接影响发电机的效率。
同时,叶轮的直径和转速也会影响发电机的性能。
传动装置用于将风力发电机转动的低速轴传递给发电机。
传动装置通常由齿轮、轴和轴承等部件组成。
它的作用是将低速高扭矩的风轮转速转换为高速低扭矩的发电机转速,以提高发电机的效率。
发电机是将机械能转化为电能的装置。
在风力发电机组中,常用的发电机是异步发电机和永磁同步发电机。
异步发电机结构简单、可靠性高,适用于大型风力发电机组;而永磁同步发电机具有高效率和较小的体积,适用于小型风力发电机组。
控制系统是风力发电机组的大脑,它能监测和控制整个发电过程。
控制系统通常包括风向传感器、风速传感器、转速传感器和电气控制器等部件。
通过收集和分析这些传感器的数据,控制系统可以自动调整发电机的转速和输出功率,以适应不同的风速和风向条件。
塔架是将风力发电机组安装在地面或海上的支撑结构。
塔架的高度和材质会直接影响风力发电机组的发电能力。
一般来说,塔架越高,风力发电机组能够捕获到的风能就越多,从而提高发电效率。
风力发电机组的基础知识还包括风能的计算和风场选择。
风能的计算是评估风力发电机组发电潜力和风机选型的重要依据。
而风场选择则是确定风力发电机组安装位置的关键因素,需要考虑到地形、气象条件和电网接入等因素。
风力发电机组的整机基础知识包括风力发电机、传动装置、发电机、控制系统和塔架等组成部分,以及风能的计算和风场选择。
了解这些知识对于设计、安装和运维风力发电机组都具有重要的意义。
通过不断的研究和创新,风力发电技术将会进一步提高,为可持续能源的发展做出更大的贡献。
浅析风力发电机组一.引言随着全球化石能源的枯竭和供应紧张以及气候变化形势的日益严峻,世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性,风能作为清洁可再生能源之一,受到了各国的高度重视,世界风电产业也因此得到了迅速发展。
中国风能资源十分丰富:陆上和近海可供开发和利用的风能储量分别为2.53亿千瓦和7.5亿千瓦,具有发展风能的潜力和得天优厚的优势。
在未来的能源市场上,充分开发和挖掘这一潜力和优势,将有助于持续保持本国的能源活力和维持经济的可持续发展。
在开发利用风能的过程中,风电场的建设是其必须的环节,而风电机组的应用又是建设风电场的重中之重。
二.风力发电机组的分类(1)风力发电机组类型按容量分容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW 为大型机组 ,大于10000kW 为特大型机组。
(2)风力发电机组类型按风轮轴方向分水平轴风力机组:风轮围绕水平轴旋转。
风轮在塔架前面迎风的称为上风向风力机,在塔架后面迎风的称为下风向风力机。
上风向风力机需利用调向装置来保持风轮迎风。
垂直轴风力机组:风轮围绕垂直轴旋转,可接收来自任何方向的风,故无需对风。
垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用翼型的升力作功两个主要类别。
(3)风力发电机组类型按功率调节方式分定桨距机组:叶片固定安装在轮毂上,角度不能改变,风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性(失速)或偏航控制。
变桨距(正变距)机组:须配备一套叶片变桨距机构,通过改变翼型桨距角,使翼型升力发生变化从而调节输出功率。
主动失速(负变距)机组:当风力机达到额定功率后,相应地增加攻角,使叶片的失速效应加深,从而限制风能的捕获。
(4)风力发电机组类型按传动形式分高传动比齿轮箱型机组:风轮的转速较低,必须通过齿轮箱、齿轮副的增速来满足发电机转速的要求。
齿轮箱的主要功能是增速和动力传递。
直接驱动型机组:应用了多极同步风力发电机,省去风力发电系统中常见的齿轮箱,风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。
风电机组工作原理及结构
概述:
随着清洁能源的发展,风力发电逐渐成为一种重要的可再生能源。
风电机组是将风能转化为电能的关键设备。
本文将介绍风电机组的工作原理及其结构。
一、工作原理:
风电机组的工作原理可以简单地描述为将风能转化为电能的过程。
具体来说,风能通过风轮转动传递到发电机,通过发电机的转动产生交流电能。
1. 风轮:
风轮是风电机组的核心组件,也称为风力涡轮机。
其作用是将风能直接转化为机械能。
风轮通常由数片叶片组成,可以根据所在地区的风能特征和设计要求来确定叶片的数量和形状。
当风刮过叶片时,叶片会因风压力的作用而转动,进而驱动传动系统。
2. 传动系统:
传动系统是连接风轮和发电机的重要部分。
其作用是将风轮产生的转动力矩转化为转速和转向适合于发电机的机械能。
传动系统通常包括齿轮箱、扭矩支撑装置等。
齿轮箱由一组齿轮组成,通过合理设置齿轮的大小和布局,可以实现风轮与发电机之间的匹配。
3. 发电机:
发电机是将机械能转化为电能的关键组件。
风电机组中常用的发电机有同步发电机和异步发电机两种。
- 同步发电机采用恒速运行,其转速与电网的基准频率一致。
因此,在风速变化时,需要通过调节传动系统来保持发电机的转速恒定。
同步发电机具有较高的效率和较好的稳定性,但需要额外的调速系统来控制电流输出。
- 异步发电机通过变频器控制转速,可以实现风速变化时的自动调节。
它具有较低的成本和较好的适应性,但在部分负载或低负载情况下,效率较低。
二、结构:。
风力发电机组的介绍风力发电机组是一种利用风能转化成电能的装置。
它由风力发电机、塔架、叶片、发电机、控制系统等组成。
风力发电机的工作原理非常简单。
当风吹过风力发电机的叶片时,叶片开始旋转。
这个旋转的运动使发电机的转子旋转,而转子旋转则产生电流。
风力发电机组常见的设计是三叶式,三个叶片均匀地分布在转子上。
这种设计使风力发电机组更稳定,因为它可以在各个方向的风都能产生动力来旋转叶片。
风力发电机组的塔架通常是由钢铁制成,并具有足够的高度。
这是为了将风力发电机的叶片放置在高处,以便能够捕捉到更强的风能。
塔架的高度对风力发电机组的效率和产能具有重要影响。
发电机是风力发电机组的关键部分之一。
它将风力转化为电能。
发电机通常采用感应发电机,其中转子旋转时产生的电流经过变压器升压后输送到电网。
控制系统是风力发电机组的大脑。
它对风速、发电机负载等进行监测和控制,以确保风力发电机组的安全运行和最佳发电效率。
控制系统还能监测风力发电机组的故障,并及时采取措施进行修复。
风力发电机组的优点是环保可再生、资源丰富,风是免费的,不需要额外的燃料。
它不像燃煤或燃气发电厂会产生大量的二氧化碳和其他有害气体。
并且,风力发电机组的维护成本相对较低,因为没有机械运转和燃料成本。
然而,风力发电机组也存在一些挑战。
首先,其发电能力受限于风速,如果风速过低或过高,发电量就会受到影响。
其次,风力发电机组的可靠性和耐用性需要不断改进。
最后,风力发电机组的建设面临土地、环境和人类因素等多个方面的限制。
总的来说,风力发电机组是一种清洁、可持续发展的能源解决方案。
它具有广阔的应用前景,在减少碳排放和保护环境方面起着重要作用。
随着技术的不断进步和成本的下降,风力发电机组将在未来得到更广泛的应用。
风电机组结构概述风力发电技术发展很快,本人不揣浅陋,在此对风力发电机组的结构略作概述。
风力发电机组的机械件是指机组在各种允许的状态下,始终不带电的零部件。
相应地,风力发电机组中,在各种允许的状态下,有可能带电的零部件,称为电气件。
下面首先介绍风力发电机组的机械结构,然后介绍机组的电气结构。
一、机械结构所有的机械件构成整个风力发电机组的机械结构。
从外观结构上,可以将风电机组划分为以下八个系统:(一)转子又叫叶轮、风轮,包括三个叶片和轮毂,以及相应的附件。
(二)传动系统包括主轴、齿轮箱、联轴器三个部分。
主轴是指叶轮与发电机或者齿轮箱之间的连接部分,起支撑叶轮和传动风转矩的作用;齿轮箱也叫增速齿轮箱,起到增速作用;联轴器是连接传动轴(driving shaft,指齿轮箱高速轴)和非传动轴(driven shaft,指发电机前轴)的弹性部件。
对于直驱型机组,其传动系统由较大区别。
以金风1.5WM系列机组为例,传动系统比较特殊,没有齿轮箱、联轴器、主轴等部件,叶轮直接与发电机外转子(永磁体)相连接。
(三)发电机发电机是风力发电机组最重要的设备之一,是机电一体化的产物。
从机械角度看,发电机的安装、对中、减震等都很重要。
(四)液压系统在风力发电机组中,液压系统是机组重要的执行系统,从液压系统的组成上来说,它主要包括动力元件——液压泵、执行元件——液压缸和液压马达、控制元件——各种控制阀、辅助元件——蓄能器和油箱等;从液压的应用上来说,液压系统主要包括高速轴(或低速轴)机械刹车、液压变桨、叶尖扰流器控制、偏航阻尼控制等四个方面。
(五)偏航系统偏航系统的机械部件主要包括:偏航电机、偏航减速器、偏航驱动齿轮、偏航轴承、偏航卡钳。
其中偏航卡钳分为机械式偏航卡钳和液压式偏航卡两种,偏航轴承分为滑动轴承和滚动轴承两种。
(六)支撑系统机组的主要支撑件构成机组的支撑系统,主要包括机舱架(机架)、塔架与基础三大部分。
(七)电气柜体电气柜体主要包含了机组的电气控制部件,从机械角度来看,电气柜体的布置、固定也非常重要。
风力发电机1)、设备概述:简介:风力发电机是将风能转换为机械功,机械功带动转子旋转,最终输出交流电的电力设备。
风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。
依据目前的风力发电机技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。
2)、设备分类:分类:风力发电机组的分类一般有3种。
(1)按风轮轴的安装型式:水平轴风力发电机组垂直轴风力发电机组(2)按叶片的数目:单片式、双片式、三片式、多片式。
(3)按风力发电机的功率:微型(额定功率50~1000W)小型(额定功率1.0~10kW)中型(额定功率10~100kW)大型(额定功率大于100kW)(4)按运行方式:独立运行、并网运行。
风力机又称为风轮,主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。
(1)水平轴风机:a.荷兰式b .农庄式c.自行车式d.桨叶式a)c)b)d)(2)垂直轴风力机:a)b)c)a.萨窝纽斯式b.达里厄式c.旋翼式(3)、设备结构:风机的主要结构叶轮是由叶片和轮毂组成,其功能是将风能转换为机械能。
其中,叶片是风力机的关键部件之一,其主要作用是将风能转化为机械能,其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风力机正常稳定运行的决定因素。
传动系统一般包括低速轴、高速轴、增速齿轮箱、联轴节和制动器等。
齿轮箱是将风力机轴上的低速旋转输入转变为高速旋转输出,以便与发电机运转所需要的转速相匹配。
偏航系统的功能是跟踪风向变化,驱动机舱围绕塔架中心线旋转,使风轮扫掠面与风向保持垂直。
控制系统是风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障,包括调速、调向和安全控制。
发电机是将风轮的机械能转换为电能。
机舱由底盘和机舱罩组成,底盘上安装除了控制器以外的主要部件。
塔架支撑叶轮达到所需要的高度,它除了要承受风力机的重力外,还要承受吹向风力机和塔架的风压,以及风力机运行的动载荷。
风力发电机组中,水平轴式风力发电机组是目前技术最成熟、产量最大的形式,达98%以上;垂直轴风力发电机组因其效率低、需起动设备等技术原因应用较少,因此下面主要介绍水平轴风力发电机组的结构。
风力发电机组原理及应用风力发电机组是一种通过风力驱动涡轮叶片旋转,进而转化为机械能,最终转化为电能的设备。
它是一种利用可再生能源的电力发电方式,具有环保、可持续等优点,得到了广泛的关注和应用。
风力发电机组原理:风力发电机组的基本原理是利用风的动能和风轮的转动来带动发电机转动,进而将机械能转化为电能。
风力发电机组的主要部分包括风轮、发电机、传动系统和控制系统。
风轮是风力发电机组的核心部件,其作用是将风能转化为机械能。
通常,风轮由多个叶片组成,叶片的角度和形状设计得非常精细,以最大化地利用风的动能。
当风经过叶片时,叶片会受到风压力,从而使风轮开始旋转。
风轮旋转后,通过传动系统将转动能量传递给发电机。
传动系统通常包括风轮轴、变速器和发电机轴。
变速器的作用是根据风轮的转速调整发电机的转速,以使发电机能够工作在最佳状态。
发电机轴将机械能转化为电能,通过电缆将发电机产生的电能输送到外部电网中。
控制系统是风力发电机组的关键部分,其作用是监测和控制风力发电机组的运行状态。
控制系统能够根据风力的强弱调整风轮的转速,并根据电网的负荷情况控制发电机的输出功率。
风力发电机组的应用:风力发电机组广泛应用于各种规模的电力系统中,包括家庭、工业、商业和公共领域。
以下是一些常见的应用领域:1.分布式发电:风力发电机组可以安装在建筑物的屋顶、农田或其他适合的地方,用于为当地供电。
这种分布式发电方式可以减少电力输送过程中的能量损失,并减轻电力系统的负荷。
2.大规模发电场:在适合的地区建设大规模的风力发电场,可以大幅度增加电力的产量。
这些发电场通常由数十至数百台风力发电机组组成,可以为城市和地区提供大量的电力。
3.农村电力供应:在偏远的农村地区,由于电力供应不稳定或无法普及,可以利用风力发电机组为当地居民提供电力。
这种方式不仅能够满足居民的基本用电需求,还可改善农村经济发展和生活条件。
4.工业用电:许多大型工业企业需要大量的电力供应,通过建设自己的风力发电场,可以大幅度降低能源成本,并减少对传统能源的依赖。
风力发电机组构成与机组简介1.风电机组构成风力发电机组主要由风力机、传动装置、发电机、控制系统等部分组成。
电网风力机是风力发电机组的重要部件,风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上,使风轮受到旋转力矩的作用而旋转,同时将风能转化为机械能来驱动发电机旋转。
有定桨距和变桨距风力机之分。
风力机的转速很低,一般在十几r/min~几十r/min范围内,需要经过传动装置升速后,才能驱动发电机运行。
直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转,省去中间的传动机构,显著提高了风电转换效率,同时降低了噪声和维护费用,也提高了风力发电系统运行的可靠性。
发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。
发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。
目前,风力发电机广泛采用感应发电机、双馈(绕线转子)感应发电机和同步发电机。
对于定桨距风力机,系统采用恒频恒速控制时,应选用感应发电机,为提高风电转换效率,感应发电机常采用双速型。
对于变桨距风力机,系统采用变速恒频控制时,应选用双馈(绕线转子)感应发电机或同步发电机。
同步发电机中,一般采用永磁同步发电机,为降低控制成本,提高系统的控制性能,也可采用混合励磁(既有电励磁又有永磁)同步发电机。
对于直驱式风力发电机组,一般采用低速(多级)永磁同步发电机。
控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。
风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心,包括硬件系统和软件系统。
传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态,当与机组的给定状态不相一致时,经过PLC的适当运算和处理后,由控制器发出控制指令,是系统能够在给定的状态下运行,从而完成各种控制功能。
主要的控制功能有:变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。
控制的执行机构可以采用电动执行机构,也可能采用液压执行机构。
目前,风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。
前者采用“恒速风力机+感应发电机”,常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。
风力发电机组概述
风力发电机组的发电机按照发电机型式可分为笼型异步发电机、双馈异步发电机和永磁型同步发电机。
双馈异步风力发电机是目前应用最为广泛的风力发电机。
由定子绕组直连定频三相电网的绕线式异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。
双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机,是变速恒频风力发电机组的核心部件,也是风力发电机组国产化的关键部件之一。
发电机本体主要由定子、转子和轴承系统组成。
为了避免由于潮湿、结露而对发电机造成损害,发电机绕组内埋有加热线圈,此外,在发电机内装有温度传感器,检测发电机绕组的温度和发电机轴承的温度。
风力发电机组或系统结构简图如图2-14所示。
图2-14 风力发电机组或系统结构简图
1—联轴器;2—发电机;3—磁粉过滤器;4—弹性支承双馈异步发电机将定子、转子三相绕组分别接入独立的三相对称电源,定子绕组直接和电网连接,转子绕组通过变流器与电网连接,转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节,机组可以在不同的转速下实现恒频发电,满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁,发电机和电力系统构成了“柔性连接”,即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流,精确地调节发电机输出电压,使其能满足要求。
变频器采用交—直—交的形式与电网连接,控制发电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态并随着风速的变化调节发电机的转速,进行能量交换。
发电机的转速范围是1000~
2000r/min,同步转速是1500r/min。
电压频率和转子电流与转速差(实际转速和同步转速之差)相对应。
在正常情况下,异步发电机的转子转速总是略高或低于旋转磁场的转速(同步转速n
s
),因此称为异步电机。
转子转速n与旋转磁场
的转速n
s 之差称为转差,转差Δn与同步转速n
s
的比值称为转差率,转差率是表
征异步发电机运行状态的一个基本变量。
定子电压等于电网电压,转子电压与转差率及堵转电压成正比,堵转电压取决于定子与转子的匝数比。
当发电机以同步转速转动时,转差率为零,这就意味着转子的电压为零。
集电环系统用了4个集电环,其中3个是转子的U、V、W 相集电环,第4个集电环是用于泄放轴电流的集电环。
集电环系统有磨损电刷和监控电刷寿命的微电子开关。
某变速恒频风力发电机发电系统结构如图2-15所示,其中省略了变压器、滤波器等构件。
其中定子接入电网,转子绕组由频率、相位、幅值都可以调节的三相低频交流电流励磁。
图2-15 某变速恒频风力发电机发电系统结构
发电机的主要组成部分有定子、转子、静止加热器、抗磨滚珠轴承端盖及轴承、冷却和通风系统、炭刷及滑环室、测速编码器、端子接线盒、温度传感器。
1.定子
机座为焊接结构,内部铁芯叠压后由轴向扣片拉紧;定子线圈为三相成型线圈,嵌线后整体真空压力浸漆,绝缘等级H;三相绕组由电缆线引固定在机座上的大接线盒内。
2.转子
转子为绕线式,转子铁芯采用压力安装在轴上;转子绕组为波形绕组,绕组K、L、M端头通过轴孔引出与非传动端滑环连接;轴接地采用接地炭刷,炭刷装在滑环室,并有炭刷磨损报警单元;编码器安装于轴的非传动端。
3.静止加热器
电机装配有4个加热器,与高压电机用防潮加热带通过辅助接线盒与控制系统连接。
4.抗磨滚珠轴承端盖及轴承
抗磨滚珠轴承端盖采用铸造结构,轴承采用两个绝缘深沟球轴承。
轴承通过圆形端罩支撑安装在机座正中。
一个深沟球轴承安装在定位轴承的轴承端盖上;另一个深沟轴承安装在非定位轴承的轴承端盖上。
两个轴承完全绝缘并带预紧,主要作用是降低运行噪声,并在主轴锁紧后传递锁紧力。
油脂排出口位于两个轴承端盖处,可以收集从轴承端盖内排出的多余油脂。
轴承端盖的底部有多个开口和一个油脂收集装置。
5.冷却和通风系统
发电机采用机壳水内冷却。
发电机内部风扇使空气循环流动,把热量传到发电机机壳,机壳中循环的冷却水将热量带走;滑环室内部空气自然流动,热量传递给滑环室,再经过顶部装的水冷机构进行冷却。
6.炭刷及滑环室
滑环室装在电机外部的非传动端,防护等级IP23;滑环装在轴上,刷架系统装配于滑环室内,然后固定在非传动端端盖上,用传感器监控主炭刷和轴接地炭刷磨损,外接信号电缆固定于辅助接线盒内。
滑环室内有3个独立滑环和1个非独立滑环(用于主轴接地的连接)。
滑环室内连接电缆直接接至罩体上的转子接线盒内。
通过一个微型开关监视炭刷磨损情况(包括主炭刷和主轴接地炭刷),两个用于监测炭刷磨损的信号通过辅助接线盒连接到PLC主控制器。
7.测速编码器
在主轴的非驱动端安装有一个双通道转速编码器,用于监测发电机轴的转速,一是为变频器提供转速信号,二是为PLC提供转速信号。
图2-16所示即为测速编码器。
图2-16 测速编码器
8.端子接线盒
发电机上一共有3个端子接线盒(定子、转子、辅助接线盒)。
电机定子、转子三相绕组由外接电缆引出固定于接线盒内。
大接线盒位于电机传动端顶部,接线盒从右侧出线(从传动端看)。
9.温度传感器
温度传感器用于监测发电机的外部温度。