风力发电系统结构

可大幅增强风力发电系统性能
发电机通过全功率变流器接入电网 笼型异步发电机、绕线转子同步发电机、永磁同步发
电机都可采用这种方式并网，额定功率可达数兆瓦 变流器额定功率通常和发电机相同
由于使用变流器，发电机和电网完全解耦，并可在全
部转速范围内工作 系统可以和电网平稳连接，并进行无功功率补偿 主要缺点是成本增加，系统更加复杂
下面给出一些商用运行的带全功率变流器的风力发电
系统实例，包括带齿轮箱的系统和直驱系统，详细列 出了系统的额定功率，风力机转速、发电机类型以及 变流器拓扑，在这种类型的风力机中，常见的变流器 拓扑有背靠背结构的两电平电压源变流器(2L VSC)、 二极管整流桥加DC/AC升压变流器和两电平电压源变 流器以及背靠背结构的三电平中点箝位变流器（3L NPC）
带可变转子电阻的绕线转子异步 发电机
转子回路带可变电阻的绕线转子异步发电机
转子电阻变化会影响发电机的转矩/转速特性，从而实
现变速运行 转子电阻通常由变流器调节 速度调节范围一般限于同步速以上10%
随系统变速运行，风力机可捕获更多风能，但同时在
转子电阻上有能量损失，这种系统一般配软启动器及 无功功率补偿
带可变转子电阻的风力发电 系统实例
带转子侧变流器的双馈异步发电 机
配置和绕线转子异步发电机基本一样只是
1绕线转子异步发电机转子回路可变电阻换成连接电网
的变流器 2不需要软启动器和无功补偿，该系统功率因数可由变 流器调节，变流器只要处理转子回路中转差功率，因 而容量大约是发电机额定功率的30%。与使用全功率 来比，该成本较低
风力发电系统结构
在风力发电系统中，电器部件主要有发电机和变 流器。两者不同的设计和组合产生了多种不同的风力 发电系统，可分为三类：1）不带变流器的定速风力发 电系统；2）基于部分功率变流器的风力发电系统；3） 基于全功率变流器的风力发电系统。
不带变流器的定速风力发电系统
定义
发电机通过变压器直接接入电网
动器由一个旁路开关进行旁路。 正常工作时，不需要任何变流器
通常用一组三相电容器来补偿异步电机所吸收无功功
率
特点
功能简单，制造和维护成本
缺点
额定风速下才能提供额定功
低，运行可靠
率，其他风速下，能量转换 效率低
注入电网的功率随风速波动，
对电网造成扰动
尽管有这些缺点，这种发电系统仍然被行业广泛接受，额定功 率可达到兆瓦级
使用笼型异步发电机 发电机的转速取决于电网频率和电子绕组极数
一个4极60HZ的兆瓦级发电机，其运行转速稍高于
1800r/min。在不同转速下，发电机转速稍有变化， 变化小于其额定转速的1%。
原理
为了使风能在额定风速下发出额定功率，风力机于发
电机间接齿轮箱，以配合转速差异
启动时需要软启动器来限制浪涌电流，启动后，软启
一个商业运行的定速风力发 电系统
基于部分功率变流器的变速风力 发电系统
变速运行有一系列优点：
他提高wk.baidu.com量转换效率，降低阵风引起的机械应力，进 而对风力机的结构和机械设计产生积极影响，使大型风力 发电机组成为可能；还减少变速箱和轴承磨损，延长系统 寿命，降低维护需求 缺点： 需要变流器来控制电机转速，增加了系统成本和复杂 性 然而，变流器使发电机和电网相互独立，并可以控制 电网侧有功和无功功率
变速风力发电系统，根据变流器容量相比系统总容量
的关系分为两类：部分功率变流器和全功率变流器。
基于部分功率变流器的变速风力系统只能与绕线转子
异步发电机一起运行，通过控制电机转子电流来实现 变速运行，不需要通过系统的全部功率。该绕线转子 异步发电机有两种配置方法：一种是采用可变电阻； 一种是采用部分功率的四象限变流器
特点
该变流器允许转子回路的功率双向流动，从而提高发
电机的转速变化范围
和定速系统及带可变电阻的系统来比，该系统整体功
率转换效率提高了，发电机转速变化范围增大了约 ±30%，动态性能增强了，这些特点使双馈异步发电 机发电发电系统广泛为市场接受
基于双馈异步发电机的商用 风力发电系统实例
带全功率变流器的变速系统
带全功率变流器的风力发电 系统