独立运行风力发电系统共27页

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• 实用场合： • 高压断路器少，4个回路只需3个断路器，容量较小的发电厂、变电站采用 • 线路有穿越功率时，采用外桥接线
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多角形接线 多角形接线如 所示，是一种 单环形接线， 每个回路都经 两台断路器连 接。角形接线 一般为3～5角 形，最多不超 过6角形。
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倒闸操作
利用开关电器，遵照一定的顺序，对电气设备完成上述 四种状态的转换过程称为倒闸操作。
倒闸操作必须严格遵守基本操作原则
（1）绝对禁止带负荷拉、合隔离开关，停、送电只能用断路器（开 关）接通或断开负荷电流。
（2）停电拉闸操作必须按照断路器 分段负荷侧隔离开关 分段 电源侧隔离开关的顺序操作；送电合闸应与上述相反顺序操作。
变电所的地理位置，电力线路 变电站
的路径，以及他们相互的联结
它是对该系统的宏观印象，
只表示厂站级的基本组成和连接关系，无法表示电气设
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电气主接线
在发电厂和变电所中，各种电气设备必须被合理组织连接
以实现电能的汇集和分配；而根据这一要求由各种电气设备
组对成于，电并气主按接照线一的定描方述式是由导体连接而成的电路被称为电气主 接由线电。气主接线图来实现的。
Hale Waihona Puke 母线单母线以一条母线作为配电装置中的电能汇集节点，
是
有
母
线
接S
线
形
式
中
最简单的接线形式 优点是：接线简单清晰、设备少、操作
简单、便于扩建和采用成套配电装置
缺点：单母线的可靠性较低
单母线接线适用于电源数目较少、容量
较小的场合：
(1) 6～10kV配电装置的出线回路不超

Applicable occasions and system components • Structure of stand-alone DFIG systems offnd turbine
• Wind turbines are the primary energy conversion parts in wind power generation system i. Its used to intercept the air flowing with the kinetic energy, and the part of the kinetic energy of wind turbine blades wind swept area is converted into mechanical energy. It not only determines the effective output power of the wind power generation system, but also directly affecting the safety of the crew and stable operation,which is one of the key components in the wind power generation system.
The research of fixed-pitch wind turbine
• Simulation model of fixed-pitch wind turbine
Vector control strategies based on stator-flux orientation
• Excitation stator flux oriented control strategy is derived under the conditions of the grid voltage symmetry , the motor parameters symmetry, symmetrical line and transformer parameters and symmetry load conditions ,Therefore, each three-phase system of physical quantities (voltage, current, flux, etc.) contains only positive sequence component system in steady-state operation, active power, reactive power, electromagnetic torque, mechanical torque and speed are constants.

The Research of Stand-alone DFIG Systems and It's Control Stratagy
Outline
Applicable occasions and system components The research of fixed-pitch wind turbine
Vector control strategies based on stator-flux orientation
DFIG in independent operationthe excitation vector control strategy
diagram:
decoupled control
• According to the aerodynamics, the input power of the wind turbine:
:air density :airflow through the cross-sectional area of the wind wheel in unit time :wind Speed
Applicable occasions and system components
• system components
• Due to the characteristics of the wind energy instability, for the stable power supply to the regional load,wind power generation system is often combined with other forms of energy such as solar energy, fuel, or adding energy storage devices ( batteries, fly wheels and so on), which can store up the wind energy .

一风力发电机组的分类二风力发电机组的功能原理三风力发电机组的理论基础风力发电机组设计风区分类课程目录2021一风力发电机组的分类风力发电系统的分类风轮轴向垂直轴水平轴2021一风力发电机组的分类风力发电系统的分类叶片数量2021一风力发电机组的分类风力发电系统的分类按功率调节方式定桨距风机
课程目录
一 、风力发电机组的分类 二 、风力发电机组的功能原理 三 、风力发电机组的理论基础 四 、风力发电机组的空气动力基础知识 五、 风力发电机组设计风区分类
运动旋转方向u R 2Rn
dL气流升力
dL
1 2
Cl
w2dS
dD
1 2
Cd
w2dS
dF气流W产生的气动力
轴向推力dFa=dLcosI+dDsinI 旋转力矩dT=r(dLsinI-dDcosI) 驱动功率dPw=ωdT
风输入的总气动功率P=vΣFa 旋转轴得到的功率Pu=Tω 风轮效率η=Pu/P
DC AC
Converter
(c) 永磁直驱同步发电机组
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Grid Filter
Filter
Grid
二、风力发电机组的功能原理
风力发电机组的功能原理：
基本功能原理是风能转换 成电能，这需要两个阶段来 完成。
风能→机械能→电能
风力发电机组 变电站（升压站） 变压器
110 - 220 kV
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三、风力发电机组的理论基础
功率P可表示成风轮获得的总转矩M和风轮角速度
的乘积，由＝V ，得
R
Cp (, )
0.5
0.4
3
C p
2M SV 2R
C p max
0.3 0.2

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五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
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• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
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滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
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刹车系统的控制机构－液压系统
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四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
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• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
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• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
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轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
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主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
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• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
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偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油

• 风力机的偏航系统也称为对风装置，其作用在于 当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准 风向，以便风轮获得最大的风能。
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• 图12是一些典型对风装置。采用方 法主要有（a）用尾舵控制对风； （b）在风力机两侧装有控制方向 的小型舵轮；（c）用专门设计的 风向传感器和伺服电机相结合。多 用于大型风力机。
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• 由于风力发电条件的种种特殊性，对风力发电机 也就有相应的一些特殊要求： 1）发电机的外壳应为全封闭的； 2）发电机外壳表面应带有散热筋；
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3）发电机的绝缘等级选用F级； 4）发电机底部要有气压平衡孔，此孔又能起到 排出凝露水的作用； 5）发电机振动要小，振速不超过2.8mm／s；噪 声要低，一般要求Lp≤85dB
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图2 永磁式直流发电 机
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图3（a）他励式直流发电机
（b）自励式直流发电机
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• 直流电通常是在发电机内产生交流电，然后通过 电刷和集流环把交流电转变成直流电。现在有一 个更常用的方法，通过二极管，把交流发电机产 生的交流电变成直流电，它无需电刷和集流环， 从而可利用交流电机的低速特性比直流电机好的 优点。
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6）对安装在北方地区的发电机轴承润滑脂选用时 要考虑到冬季的低温； 7）发电机的外形尺寸要小，重量要轻，以减小机 舱的体积，减轻机舱的重量； 8）发电机端电压的波动一般为±5％；
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独立运行风力发电系统的发电机
• 风力发电机所用的发电机可以是直流发电机，也 可以是交流发电机。
• 大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风 轮并使其对准风向。偏航系统一般包括感应风向 的风向标，偏航电机，偏航行星齿轮减速器，回 转体大齿轮等。

轴向-内转子结构同步发电机组示意图
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5.2 同步电机发电原理
发电机： 形式 四极（p=2）双馈异步发电机 额定出力 1560kW 转速(rpm) 1000～1800+11% 额定电压 690V 保护等级 IP54；空-空冷却器
变频器： 形式 IGBT，脉宽调制变频器 额定功率 300kW（1/3-1/4机组功率）
变频器生厂商：ABB；爱默 生；施耐德；西门子
发电机
偏航驱动
机架
塔筒
主控柜
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2）风轮系统 叶片
3叶片
叶片 面积
叶尖 速比
实度
高速 运行
低启动 速度
变桨系统
0°
变桨控 制
90 °
启动 3,11,25
停机
轮毂及轮毂罩
自动润滑系统
轴承和齿轮
最佳 功率
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2.1变桨系统
偏航驱动
机架
塔筒
主控柜
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变桨系统的构成
1.变桨轴承 3套 2.自动润滑系统 1套 3.变桨齿轮葙 3套 4.变桨电气 1套 包括：变桨控制箱 1套
sPem
变流器
P2 n n1
DFIG Pem
s Pem
变流器
1 s Pem
电网
（a）亚同步运行状态
（b）超同步运行状态
（a）亚同步运行状态：n< n 1 ,转差率s>0,频率 f 2 转子电流产生的旋转磁场
转速与转子转速方向相同。 励磁变流器向发电机提供交流励磁，定子发电给
电网。
（b）超同步运行状态: n< n 1 ,转差率s<0,频率 f 2 转子电流产生的旋转磁场
一般可把电力电子换流器和风力发 电机看作一个整体，这样风电机组的接 线大都采用单元接线。

整流器 转子励磁绕组 定子三相绕组
励磁调节器
蓄电池组
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图3-18硅整流自励式交流同步发电机电路原理图
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（4）电容自励式异步发电机
电容自励式异步发电机是在异步发电机定子绕组的输出端接上电
容，以产生超前于电压的容性电流建立磁场，从而建立电压。其电路
示意图如下图所示。
A B
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双馈异步发电机工作原理：
异步发电机中定、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当
发电机转速变化而频率不变时，发电机转子的转速和定、转子电流的频
率关系可表示为：
f1
p n 60
f2
式中
f1——定子电流的频率（Hz），f1=pn1/60，n1 为同步转速；
风力等级与风速的关系： N 0.1 0.824N 1.505
式中 VN——N级风的平均风速(m/s)； N——风的级数。
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4、风能
（1） 风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动
能。
E 0.5 3
表达式为：
（2） 风能，空气在一秒钟时间内以速度ν流过面积为S截面的动能。
SSW S
SSE
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2、风速
由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以 风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力
风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象， 按风力的强度等级来估计风力的大小。国际上采用的为蒲福风级， 从静风到飓风共分为13个等级。