两种风力发电机组概述教材
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风力发电机工作原理通用课件
应用领域的拓展
分布式发电
利用小型风力发电机组在家庭、工业和商业领域进行 分布式发电，降低对传统能源的依赖。
海上风电
随着技术的进步和规模化发展，海上风电将成为未来 风能发展的重要方向。
融合其他可再生能源
风能与其他可再生能源（如太阳能、地热能等）的综 合利用，实现多能互补和协同发展。
政策支持与市场前景
02
风力发电机的工作原理
风能转换原理
风能转换原理
风力发电机利用风能转换为机械能，再通过机械 能转换为电能。
风能捕获
风力发电机叶片捕获风能，将风能转换为旋转机 械能。
机械能转换
旋转机械能通过发电机转换为电能。
风能转换过程
风力发电机组
风力发电机组包括风力发电机、传动系统、发电机、控制系统等 部件。
齿轮箱
齿轮箱是风力发电机中的重要传 动部件，其主要功能是将主轴的 低速旋转转化为高速旋转，以驱
动发电机运转。
齿轮箱通常采用行星齿轮结构， 具有高传动效率和可靠性。
齿轮箱内部设有润滑系统，确保 其长期稳定运行。
发电机
01
发电机是风力发电机中的核心部件，其主要功能是 将机械能转化为电能。
02
发电机采用电磁感应原理，通过磁场和导线的相对 运动产生电流。
技术创新
技术创新是提高风能转换效率的 重要途径，如采用新型材料、改 进发电机技术等。
03
风力发电机的主要部件
叶片
叶片是风力发电机的重要组成部件， 其主要功能是捕捉风能并将其转换为 机械能。
叶片通过轮毂与主机轴连接，当风吹 过叶片时，叶片的旋转带动主机轴转 动。
叶片的长度和形状决定了风能转换的 效率，通常采用复合材料制成，具有 轻质、高强度和耐腐蚀的特性。
风力发电讲义 第二章
翼型剖面的阻力特性用阻力系数CD随攻角变化的曲线 （阻力特性曲线）来描述。 在>CDmin时，CD随的增加而逐渐加大。 在<CDmin时，CD随的增加而逐渐减小。 在=CDmin时，CD达最小值CDmin。
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件
水平轴风力发电机组组成： 水平轴风力机部分：主要由风轮、风轮轴、低速联轴器、塔
（4）为了降低成本, 有些中型风力机的叶片采用金属挤 压件, 或者利用玻璃纤维或环氧树脂抽压成型(图d) 。 但整个叶片无法挤压成渐缩形状,即宽度、厚度等不能变 化,难以达到高效率。
第二章 风力机的基本理论与结构
第三节风力机的主要部件
有些小型风力机叶片： 为了达到更经济的效果, 叶片用管梁和具有气动 外形的较厚的玻璃纤维蒙皮做成(图e) 。或者用 铁皮或铝皮预先做成翼型形状, 加上铁管或铝管, 用铆钉装配而成(图f ) 。 今后的趋势： 除小型风力机的叶片部分采用木质 材料外,中、大型风力机的叶片今后的趋势都倾向 于采用玻璃纤维或高强度复合材料。
垂直轴风力机可分为两个主要类别：
一类是利用空气动力的阻力作功,典型的结构是S 型风轮。其优点 是起动转矩较大,缺点是由于围绕着风轮产生不对称气流,从而对 它产生侧向推力。对于较大型的风力机,因为受偏转与安全极限应 力的限制, 采用这种结构形式是比较困难的。 另一类是利用翼型的升力作功,最典型的是达里厄型风力机。是 水平轴风力机的主要竞争者。
（1）风轮的几何参数 有关风轮的几何参数定义如下：
1）风轮轴线：风轮旋转运动的 轴线。 2）旋转平面：与风轮轴垂直， 叶片在旋转时的平面。 3）风轮直径：风轮在旋转平面 上的投影圆的直径。 4）风轮中心高：风轮旋转中心 到基础平面的垂直距离。 5）风轮扫掠面积：风轮在旋转 平面上的投影圆面积。
风力发电机基本结构和原理PPT课件
电机用途及分类
电机：进行机、电能量转换的电磁耦合装置。
分类：
电机
变压器
旋转电机
电机可逆原理。
直流电机
交流电机 同步电机
异步电机
同步发电机原理结构—模型图
返回
小型同步发电机的基本结构
定子：定子铁芯，定子绕组，机座 转子：转子铁芯，转子绕组，轴，集电环 电刷 其它
同步发电机工作原理总结
改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有 一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机 的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功 功率，还可以调节有功功率。
交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电 流。但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，该控制策略可以实现机 组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力 发电机组均是采用此种控制策略。
绕线式
转子绕组接线方式：星型
转子额定电压：
419
V
转子堵转电压：
2018
V
最大转子电流：
450
A
绝缘等级：
H
级
结构型式：
IM B3
极数：
4
极
冷却方式：
机壳水泠
绕组温升限值：
105
K
转向：
从输出轴方向观察
为逆时针
防护等级：
IP54
重量：
不大于 6350 kg
异步电动机的工作原理
(1-s)Pem Pem 变压器 双馈电机
(1+s)Pem 机械功率
(1转+s子)Pe频m 率 机械功率f2 = sf1
风力发电机组概述
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ns），因此称为异步电机。
转子转速n与旋转磁场的转速ns 之差称为转差，转差Δn与同步转速ns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。
GUP3MW双馈风力发电机组培训教材
GUP3MW双馈风力发电机组培训教材一．3MW风力发电机组整机构架二．控制系统2.1 控制系统构成主控系统：塔上控制柜+塔底控制柜核心巴赫曼PLC 控制系统执行机构：变桨系统变流器 +发电机偏航系统信号采集反馈单元（各传感器）：叶轮转速传感器、发电机编码器、风速仪、风向标、PCH 震动传感器等遵循闭环控制原理：2.2 主控系统硬件组成UPC 3MW PLC 系统分为塔上1#站（主站），2#站（从站）和塔底3#站（从站）3部分组成，各站点硬件组成如下图示，因机型不同：海上机型、潮间带、陆上机型，部分模块选型略有不同。
详见图纸2.2.1 PLC 模块介绍背板✓背板作为控制器的组成部分，作用是实现与PLC 模块间的机械和电气连接；通过K-BS240电缆，一个背板可扩展成16个模块连接点；✓背面的后面是滑道，实现与控制柜的固定和可靠的接地点✓一个背板或背板组称为一个站点，一个站点不允许有两个单独背板，一个控制器最多能有16个站点；✓背板的扩展有多种形式：扩展电缆、总线扩展模块（BEM/BES），快速总线模块（FM/FS）、标准的通讯模块（CM/CS）；✓通过FM/FS（光纤通讯）可实现更长距离传输，最多可增加至222个I/O 模块连接点（主站12个+15个从站*每个从站14个）；✓在主站的16个模块连接点中，其中必包含一个处理器和一个电源模块（依据不同的处理器型号，有的是集成在处理器内，有的是外部独立的）；✓每个模块号码的定义是按每个站的从左至右的顺序从“1”开始的。
GUP 3MW 机舱柜用的是BS210，塔底柜用的是BS206。
●处理器模块MPC2XX系列处理器是M1控制器的核心，集成了2个以太网接口，一个PC 卡插口，和2个RS232/422/485接口，一个USB 接口，其中参数40代表CPU主频为400MHZ，需要和电源模块配套使用。
MX207具有供电模块（DC-DC，为背板供电），集成了一个CAN总站和一个100Mbit的以太网接口，（MOOG和能建变桨使用），如果和电源模块一起使用，内部电源将自动关闭。
风力发电--概述课件
风力发电技术
.
1
风力发电机系统
两大核心系统：风力机系统＋ 发电机系统 一个灵魂： 系统控制器
风力机系统： 桨叶 轮毂 主轴 调桨机构（液压或电动伺服
机构） 偏航机构（电动伺服机构） 刹车、制动机构 风速传感器
发电机系统： 发电机 励磁调节器（电力电子变换器） 并网开关 软并网装置 无功补偿器 主变压器 转速传感器
半直驱或直驱
新结构发电机与电力电子变流器相结合，有望大幅度
减小大功率低速直驱发电机的空间尺寸和重量！
.
41
小结
（1）笼型异步风力发电机系统成本低、可靠性高，在定速和变速 全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色； （2）双馈异步发电机系统具有最高的性价比，特别适合于变速恒 频风力发电。将在未来十年内继续成为风电市场上的主流产品； （3）直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速，利用新技术 有望大幅度减小低速发电机的体积和重量。
.
35
变速恒频双馈异步风力发电机系统
系统特点： （1）连续变速运行，风能转换率高； （2）部分功率变换，变频器成本相对较低； （3）电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）； （4）并网简单，无冲击电流； （5）降低桨距控制的动态响应要求； （6）改善作用于风轮桨叶上机械应力状况； （7）双向变频器结构和控制较复杂； （8）电刷与滑环间存在机械磨损。
.
17
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机系统的主要问题: （1）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程 长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的 风力发电机。 （2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性 机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的 风能转换率偏低。 （3）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无 法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。
.
1
风力发电机系统
两大核心系统：风力机系统＋ 发电机系统 一个灵魂： 系统控制器
风力机系统： 桨叶 轮毂 主轴 调桨机构（液压或电动伺服
机构） 偏航机构（电动伺服机构） 刹车、制动机构 风速传感器
发电机系统： 发电机 励磁调节器（电力电子变换器） 并网开关 软并网装置 无功补偿器 主变压器 转速传感器
半直驱或直驱
新结构发电机与电力电子变流器相结合，有望大幅度
减小大功率低速直驱发电机的空间尺寸和重量！
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41
小结
（1）笼型异步风力发电机系统成本低、可靠性高，在定速和变速 全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色； （2）双馈异步发电机系统具有最高的性价比，特别适合于变速恒 频风力发电。将在未来十年内继续成为风电市场上的主流产品； （3）直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速，利用新技术 有望大幅度减小低速发电机的体积和重量。
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35
变速恒频双馈异步风力发电机系统
系统特点： （1）连续变速运行，风能转换率高； （2）部分功率变换，变频器成本相对较低； （3）电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）； （4）并网简单，无冲击电流； （5）降低桨距控制的动态响应要求； （6）改善作用于风轮桨叶上机械应力状况； （7）双向变频器结构和控制较复杂； （8）电刷与滑环间存在机械磨损。
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17
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机系统的主要问题: （1）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程 长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的 风力发电机。 （2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性 机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的 风能转换率偏低。 （3）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无 法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。
《风力发电机概述》课件
风能转换的限制因素
风能的转换受到风速、风向、地形、气候等多种因素的 影响，需要合理选址和设计才能实现高效的风能转换。
风力发电机的工作流程
风车叶片旋转
当风吹过风车叶片时，叶片受到风的压力而 旋转。
发电机发电
传动系统
叶片的旋转通过传动系统传递到发电机转子 ，使转子转动。
发电机转子的转动产生电流，经过整流和变 压后输出电能。
噪音和视觉污染
大型风力发电机组在运行过程中会产生噪音，对周围居民 的生活产生影响，同时其庞大的结构和旋转的叶片也会对 景观造成一定程度的视觉污染。
维护和管理难度
风力发电机组通常安装在偏远地区，维护和管理难度较大 ，需要专业的技术和设备支持。
风力发电的未来发展
技术进步
随着科技的进步，风力发电机组的设计和制造技术将不断改进，提高 发电效率和降低成本。
家庭小型风力发电机
家庭小型风力发电机是一种适 合家庭和小型企业使用的风力
发电机。
家庭小型风力发电机通常采用 垂直轴或水平轴设计，利用小
型涡轮机产生电能。
家庭小型风力发电机具有较低 的安装和维护成本，能够满足 家庭和小型企业的电力需求。
家庭小型风力发电机的发电量 较小，通常用于补充电网供电 或为独立电力系统提供电力。
交通设施
在高速公路、铁路等交通设施中，可以利用 风能资源建设风力发电设施，为交通设施提 供辅助电力。
D
风力发电机的工作原理
02
风能转换原理
01
风能转换原理
风力发电机利用风的动力，通过风车叶片的旋转驱动发 电机转子的转动，从而将风能转换为电能。
02
风能的特点
风能是一种清洁、可再生的能源，具有分布广泛、能量 密度低、不稳定等特点。
风能的转换受到风速、风向、地形、气候等多种因素的 影响，需要合理选址和设计才能实现高效的风能转换。
风力发电机的工作流程
风车叶片旋转
当风吹过风车叶片时，叶片受到风的压力而 旋转。
发电机发电
传动系统
叶片的旋转通过传动系统传递到发电机转子 ，使转子转动。
发电机转子的转动产生电流，经过整流和变 压后输出电能。
噪音和视觉污染
大型风力发电机组在运行过程中会产生噪音，对周围居民 的生活产生影响，同时其庞大的结构和旋转的叶片也会对 景观造成一定程度的视觉污染。
维护和管理难度
风力发电机组通常安装在偏远地区，维护和管理难度较大 ，需要专业的技术和设备支持。
风力发电的未来发展
技术进步
随着科技的进步，风力发电机组的设计和制造技术将不断改进，提高 发电效率和降低成本。
家庭小型风力发电机
家庭小型风力发电机是一种适 合家庭和小型企业使用的风力
发电机。
家庭小型风力发电机通常采用 垂直轴或水平轴设计，利用小
型涡轮机产生电能。
家庭小型风力发电机具有较低 的安装和维护成本，能够满足 家庭和小型企业的电力需求。
家庭小型风力发电机的发电量 较小，通常用于补充电网供电 或为独立电力系统提供电力。
交通设施
在高速公路、铁路等交通设施中，可以利用 风能资源建设风力发电设施，为交通设施提 供辅助电力。
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风力发电机的工作原理
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风能转换原理
01
风能转换原理
风力发电机利用风的动力，通过风车叶片的旋转驱动发 电机转子的转动，从而将风能转换为电能。
02
风能的特点
风能是一种清洁、可再生的能源，具有分布广泛、能量 密度低、不稳定等特点。
风力发电机分类及特点演示精品PPT课件
水平轴（风轮）风力发电机组，是指风轮轴线基本与地面平 行安置在垂直地面的塔架上。水平轴风力发电机机舱里主要设 备有主传动轴、齿轮箱、发电机、刹车装置、机架、控制设备 等。
水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高， 技术非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发 电机。
水平风力发电机机舱结构与设备布置图
(2)调节励磁电流的有功分量和无功分量，可以独立调节发电机 的有功功率和无功功率。这样不但可以调节电网的功率因数，补偿 电网的无功需求，还可以提高电力系统的静态和动态性能。
(3)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，精确的 调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电 机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器与电网相连， 如下图所示。
在风力发电中采用交流励磁双馈风力发电方案，可以获得以下 优越的性能：
(1)调节励磁电流的频率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，即变速恒频运行。这样可以从能量最大 利用等角度去调节转速，提高发电机组的经济效益。
双馈式风力发电机基本结构图
双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用4 极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机，定子铁 心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁心的冲片。
在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制， 连接成星形，下图是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流电
源就可在定子内产生旋转磁场。
定子固定在机座内，机座外壳上有通风孔，便于电机散热
在转轴上安装三个集电环的凹槽连接到三 个集电滑环上。在转轴上安装两个轴流风扇用于发电机散热，发电 机整个旋转部分（转子）。
水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高， 技术非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发 电机。
水平风力发电机机舱结构与设备布置图
(2)调节励磁电流的有功分量和无功分量，可以独立调节发电机 的有功功率和无功功率。这样不但可以调节电网的功率因数，补偿 电网的无功需求，还可以提高电力系统的静态和动态性能。
(3)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，精确的 调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电 机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器与电网相连， 如下图所示。
在风力发电中采用交流励磁双馈风力发电方案，可以获得以下 优越的性能：
(1)调节励磁电流的频率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，即变速恒频运行。这样可以从能量最大 利用等角度去调节转速，提高发电机组的经济效益。
双馈式风力发电机基本结构图
双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用4 极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机，定子铁 心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁心的冲片。
在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制， 连接成星形，下图是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流电
源就可在定子内产生旋转磁场。
定子固定在机座内，机座外壳上有通风孔，便于电机散热
在转轴上安装三个集电环的凹槽连接到三 个集电滑环上。在转轴上安装两个轴流风扇用于发电机散热，发电 机整个旋转部分（转子）。
电机学chap13风力发电机课件
c）切向式转子磁路结构 d）混合转子磁路结构
b）磁极凹入式
图13-5 径向磁通永磁风力发电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
二、直驱式永磁风力发电机——结构类型
图13-6 轴向磁通永磁风力发电机
图13-7 横向磁通永磁风力发电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
3）同步运行状态：此时n =ns, f2为零，转子中的电流为直流，电网与转子绕组之 间无功率交换，励磁变换器向转子提供直流励磁，此时可等效为同步发电机。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
三、双馈式异步风力发电机——基本方程
1.假定条件 2.基本方程
U 1 E1 I1(r1 jx1 )
3. 比较永磁风力发电机和双馈式异步发电机的结构差异。 4. 试分析直驱式永磁发电机中采用永磁材料所带来的问题。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2
定速度，45段对应恒功率阶段。 0
1
ωs
并网阶段
恒功率阶段
4
5
3
ωn
ω
图13-20 双馈式异步发电机的运行区间
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
13.风力发电机
➢思考题
1. 低速运行对直驱式永磁风力发电机的设计提出了什么样 的要求？
2. 为什么双馈式异步发电系统变流器的体积、容量一般要 小于同功率等级直驱式风力发电系统变流器？
➢ 直驱式永磁风力发电机由定子 和转子两部分组成，定、转子 之间为气隙。
➢ 电机定子包括铁心和绕组，绕 组为三相对称绕组，各相绕组 轴线空间相差120角度。
➢ 电机转子包括转轴、转子轭和 永磁材料。
《风力发电机组介绍》PPT课件
当电网发生故障时，电网电压跌落，导致转子 侧过流，同时由于转子电流的上升使直流侧 电压升高，为保护变流器，当直流侧电压达 到允许最大值时，可控硅导通实现转子侧短 路；同时转子回路与转子侧变频器断开，与 Crowbar回路连接，保持短路状态，直到定 子回路与电网断开为止。
ppt课件
43
谢谢大家！
ppt课件
ppt课件
40
变频变速系统
❖ 变频器组成： ❖ 包括功率模块
序号 名称 功能说明
1
信号转 外部信号和内部检测板间的转 接板 接
2
DSP控 相关侧信号的检测，功率模块 制板 的控制
3
检测板
信号的调理，信号反馈和驱动 信号的输出等
4
电源板
给DSP控制板和机侧板提供 ±15VDC辅助电源
Crowba Crowbar模块的控制单元，在母
ppt课件
20
风速仪
ppt课件
21
风速仪
ppt课件
22
温度传感器
ppt课件
23
油位传感器
ppt课件
24
振动传感器
ppt课件
25
转速传感器
ppt课件
26
电气系统
❖ 偏航计数器
ppt课件
27
电气系统
ppt课件
28
电气系统
❖ 位移传感器（桨叶角度）为一磁致收缩位置传感器， 变桨角度的位置传感器是一长度的线性测量。测量 长度通过在保护管内部波导管内传输的一电流脉冲 完成；
❖ 波导管是一种波导物质边界装置，形状是一根固体 电介质杆或充满电介质的管状导体，可导引高频电 磁波
❖ 磁致伸缩指一些金属（如铁或镍），在磁场作用下 具有伸缩能力，
ppt课件
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变频变速系统
❖ 变频器组成： ❖ 包括功率模块
序号 名称 功能说明
1
信号转 外部信号和内部检测板间的转 接板 接
2
DSP控 相关侧信号的检测，功率模块 制板 的控制
3
检测板
信号的调理，信号反馈和驱动 信号的输出等
4
电源板
给DSP控制板和机侧板提供 ±15VDC辅助电源
Crowba Crowbar模块的控制单元，在母
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风速仪
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风速仪
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温度传感器
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油位传感器
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振动传感器
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转速传感器
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电气系统
❖ 偏航计数器
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电气系统
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电气系统
❖ 位移传感器（桨叶角度）为一磁致收缩位置传感器， 变桨角度的位置传感器是一长度的线性测量。测量 长度通过在保护管内部波导管内传输的一电流脉冲 完成；
❖ 波导管是一种波导物质边界装置，形状是一根固体 电介质杆或充满电介质的管状导体，可导引高频电 磁波
❖ 磁致伸缩指一些金属（如铁或镍），在磁场作用下 具有伸缩能力，
风力发电机组运行课件
通过测量风力发电机组 的电气参数，如电压、 电流和绝缘电阻等，可 以判断出电气系统的运 行状态。电气测试还包 括对控制系统的编程和 调试等。
通过监测风力发电机组 各部件的温度变化，可 以判断出其工作状态是 否正常。温度检测包括 接触式测温和非接触式 测温等。
故障排除流程
• 初步检查：首先对风力发电机组进行外观检查，查看是否有明显的损坏或异常 情况，如断裂、变形或泄漏等。同时检查控制面板上的故障代码和指示灯，了 解故障的大致范围。
安全操作规程
01
02
03
04
启动前检查
每次启动前，必须对风力发电 机组进行全面检查，确保没有
障碍物影响正常运行。
定期维护
按照制造商的推荐，定期进行 维护和保养，包括润滑、清洁
和检ห้องสมุดไป่ตู้等。
紧急停止
在遇到紧急情况时，应立即按 下紧急停止按钮，停止风力发
电机组的运行。
记录与报告
所有操作和维护活动都应记录 在案，以便于追踪和发现问题。
风力发电机组的启动与停止
根据风向调整机舱位 置，使风轮迎风。
逐步增加发电机组转 速，直至达到额定转 速。
启动发电机组控制系 统，使风轮开始旋转。
风力发电机组的启动与停止
将发电机组并入电网，开始发电。 停止步骤
将发电机组从电网中脱开。
风力发电机组的启动与停止
逐步降低发电机组转速，直至停止转动。
01
控制系统应能够自动识别异常状态，采取相应措 施，如停机或降载。
风力发电机组的运行状态
紧急停机状态
1
2
当出现危及人员、设备安全的紧急情况时，应立 即按下紧急停机按钮，使发电机组停机。
3
紧急停机后，应检查风力发电机组各部分是否正 常，并记录异常情况。
风力发电机及其系统知识讲解课件
分布式风电技术的应用
分布式风电技术的应用场景广泛，如农村、岛屿、城 市等地区。在实践中，分布式风电技术的应用已经取 得了一定的成果。例如，在丹麦等国家，分布式风电 已经成为主要的供电方式之一；在国内，也有越来越 多的企业和个人开始利用分布式风电技术实现自给自 足的供电方式。分布式风电技术的应用有助于提高能 源利用效率和降低碳排放量，为推动可持续发展做出 了积极贡献。
靠性，维护成本相对较低。
02
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机与水平轴风力发电机不同，其风轮轴与地面垂直，利
用风向旋转风轮叶片发电。垂直轴风力发电机具有较广的风能利用率范
围，尤其适合在低风速地区使用。
03
大型和小型风力发电机
根据功率大小，风力发电机可分为大型和小型两类。大型风力发电机通
常用于并网发电，而小型风力发电机则适用于家庭、小型商业和离网应
Part
02
风力发电机系统组成
风力发电机组的主要部件
风轮
捕获风能并将其转换为机械能的 主要部件，包括叶片和轮毂。
塔筒
支撑整个风力发电机组，包括风 轮、齿轮箱和发电机，使其能够 捕获风能。
齿轮箱
将风轮的低转速提升到发电机所 需的高转速，以驱动发电机产生 电能。
发电机
将风轮捕获的机械能转换为电能 ，通过磁场和导线的相对运动产 生电流。
维修更换
对损坏或磨损严重的部件进行 维修或更换，保证系统性能。
备件管理
建立备件管理制度，储备必要 的备件，确保维护保养工作的
顺利进行。
风力发电机系统的故障诊断与处理
故障识别
通过监控系统或其他手段，及时发现风力发电机 系统的异常情况。
故障诊断
采用专业的诊断工具和方法，对故障进行准确定 位和性质判断。
风力发电教程PPT课件
3、叶素上的受力分析 • 在W的作用下，叶素受到一个气动合力元dR，可分解为平行于W的阻力元dD和垂直于
W的升力元dL。 • 另一方面，dR还可分解为推力元dF和扭矩元dT，由几何关系可得：
dF＝dLcos + dDsin dT＝r(dLsin - dD cos )
• 由于可利用阻力系数CD和升力系数Cl 分别求得dD和dL: 2 dL = 1/2 CLW C dr 2 dD = 1/2 CD W C dr 故dF和dT可求。
• 安装角：桨叶剖面上的翼 弦线与旋转平面的夹角， 又称桨距角，记为。
• 半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋线的螺距。 可以从几个方面来理解：
—几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 —此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 —该几何螺旋线
与r处翼剖面 的弦线相切。 —桨距值： H=2r tg r
—气动力矩：合力R对（除自己的作用点外）其它点的力矩，记为M。又称扭转力矩。
• 为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动特性，故定义几个气动力系数： 2 升力系数： CL=L / (1/2 V C) 2 阻力系数： CD=D / (1/2 V C) 22 气动力矩系数： CM=M / (1/2 V C )
—厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。 • 弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。
—弯度分布：沿着翼弦方向的弯度变化。
2、作用在翼型上的气动力
重要概念：攻角 气流速度与翼弦间所夹的角度，记做，又称迎角。 M
V C
L
R
• 由于机翼上下表面所受的压力差，实际上存在着一个指向上翼面的合力，记为R。
—阻力与升力：R在风速方向的投影称为阻力，记为D；而在垂直于风速方向上的投影称 为升力，记为L。
W的升力元dL。 • 另一方面，dR还可分解为推力元dF和扭矩元dT，由几何关系可得：
dF＝dLcos + dDsin dT＝r(dLsin - dD cos )
• 由于可利用阻力系数CD和升力系数Cl 分别求得dD和dL: 2 dL = 1/2 CLW C dr 2 dD = 1/2 CD W C dr 故dF和dT可求。
• 安装角：桨叶剖面上的翼 弦线与旋转平面的夹角， 又称桨距角，记为。
• 半径r处叶片截面的几何桨距：在r处几何螺旋线的螺距。 可以从几个方面来理解：
—几何螺旋线的描述：半径r，螺旋升角。 —此处的螺旋升角为该半径处的安装角r。 —该几何螺旋线
与r处翼剖面 的弦线相切。 —桨距值： H=2r tg r
—气动力矩：合力R对（除自己的作用点外）其它点的力矩，记为M。又称扭转力矩。
• 为方便使用，通常用无量刚数值表示翼剖面的气动特性，故定义几个气动力系数： 2 升力系数： CL=L / (1/2 V C) 2 阻力系数： CD=D / (1/2 V C) 22 气动力矩系数： CM=M / (1/2 V C )
—厚度分布：沿着翼弦方向的厚度变化。 • 弯度：翼型中弧线与翼弦间的距离。
—弯度分布：沿着翼弦方向的弯度变化。
2、作用在翼型上的气动力
重要概念：攻角 气流速度与翼弦间所夹的角度，记做，又称迎角。 M
V C
L
R
• 由于机翼上下表面所受的压力差，实际上存在着一个指向上翼面的合力，记为R。
—阻力与升力：R在风速方向的投影称为阻力，记为D；而在垂直于风速方向上的投影称 为升力，记为L。
风力发电机组简介讲解学习
风力发电机组简介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。
第二章双馈风力发电机的原理及设计ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
2.4双馈电机的额定功率
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
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2.3 双馈异步发电机运行特点
双馈异步发电机的结构与绕线式异步电动机 完全相同，定转子都具有三相对称绕组。但在 运行上具有以下两个特点： 1）、双励磁
定子绕组与电网相联，接受电网励磁使电 机运行在异步状态。转子绕组与变频器相联， 接受由变频器提供的交流励磁，使电机运行在 同步状态。 2）、双反馈
的核心技术 2.3 双馈异步发电机运行特点 2.4双馈电机的额定功率
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
2.1 交流励磁变速恒频发电
交流励磁变速恒频发电是20世纪末发展起 来的一种全新高效的发电方式，适用于风力、 潮汐等可再生能源的开发利用，尤其在风力发 电中得到广发应用。伴随着电力电子技术、交 流调速理论、矢量控制理论和现代微机控制技 术的不断发展和完善，风力发电技术日趋成熟， 风力发电机单机容量不断增大，发电质量不断 提高，已成为一种安全可靠的能源，具备了大 规模开发的条件。
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1.2 双馈风力发电机研究方法
三相异步电机数学模型
• 作如下的假设： • （1）忽略空间谐波，三相绕组对称，产生
的磁动势沿气隙按正弦规律分布。 • （2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感
都是恒定的。 • （3）忽略铁心损耗。 • （4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电
阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的 ，都可以等效成三相绕线转子，并折算到 定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相 等。
运动方程 转角方程
J np
d
dt
Te
TL
d
dt
异步电动机三相原始模型的性质
非线性强耦合性 非线性耦合体现在电压方程、磁链方程与 转矩方程。既存在定子和转子间的耦合， 也存在三相绕组间的交叉耦合。
非线性变参数 旋转电动势和电磁转矩中都包含变量之间 的乘积，这是非线性的基本因素。定转子 间的相对运动，导致其夹角不断变化， 使得互感矩阵为非线性变参数矩阵。
目录
一、异步绕线双馈风力发电机概述 二、直驱永磁同步风力发电机概述 三、两种风力发电机组的简单比较 四、浅谈两种风力发电机的建模
• 双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱传输到发电 机主轴的机械能转化为电能，通过发电机定子、 转子传送给电网。发电机定子绕组直接和电网连 接，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要 求进行调节的变频器相连。变频器控制电机在亚 同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步 发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送能 量，这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。在亚 同步发电时，通过定子向电网馈送能量、转子吸 收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态，变 流系统双向馈电，故称双馈技术。
磁链方程和转矩方程为代数方程 电压方程和运动方程为微分方程
磁链方程
异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自 感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和
A LAA LAB LAC LAa LAb LAc iA
B
LBA
LBB
LBC
LBa
LBb
LBc
iB
C a
LCA LaA
LCB LaB
）
图6-6 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系中的 磁动势矢量
静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换
）
旋转正交变换
id iq
cos sin
sin cos
i
i
C2s /
2r
i i
静止两相正交坐标系到旋转正交坐标系
的变换阵
cos sin
C2s/2r sin
cos
静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换 ）
虽然电枢本身是旋转的，但由于换向器和电 刷的作用，闭合的电枢绕组分成两条支路。 电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相 同的。
坐标变换的基本思路
当电刷位于磁极的中性线上时，电枢磁动势 的轴线始终被电刷限定在q轴位置上，其效果 好象一个在q轴上静止的绕组一样。
但它实际上是旋转的，会切割d轴的磁通而产 生旋转电动势，这又和真正静止的绕组不同 。
如果控制磁通的空间位置在d轴上，就和 直流电动机物理模型没有本质上的区别 了。
绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止 的电枢绕组。
坐标变换的基本思路
图 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物 理模型
三相-两相变换（3/2变换）
三相绕组A、B、C和两相绕组之间的 变换，称作三相坐标系和两相正交坐 标系间的变换，简称3/2变换。
ABC和两个坐标系中的磁动势矢量， 将两个坐标系原点重合，并使A轴和 轴重合。
三相-两相变换（3/2变换）
按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁 动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组 磁动势在αβ轴上的投影应相等。
N2i
N3iA
N3iB
cos
3
N3iC
cos
3
N3 (iA
1 2
iB
1 2
iC
3
cos cos( 2 )
3
cos( cos(
2
3
2
3
) )
cos
变参数、非线性、时变
电压方程
三相绕组电压平衡方程
uA
iA Rs
d A
dt
uB
iB Rs
d B
dt
uC
iC Rs
d C
dt
ua
ia Rr
d a
dt
ub
ib Rr
d b
dt
uc
ic Rr
d c
dt
电压方程
将电压方程写成矩阵形式
1 2
Lms
1 2 Lms
Lms
Lls
Lms
Llr
Lrr
1 2
Lms
1 2
Lms
1 2
Lms
Lms Llrຫໍສະໝຸດ 1 2Lms1 2
Lms
1 2 Lms
Lms
Llr
转子电感矩阵
电感矩阵
定、转子互感矩阵
cos
Lrs
LTsr
Lms
cos(
2
3
)
cos(
2
)
3
cos( 2 )
如果人为地让包含两个绕组在内的铁心 以同步转速旋转，磁动势F自然也随之旋 转起来，成为旋转磁动势。
如果旋转磁动势的大小和转速与固定的 交流绕组产生的旋转磁动势相等，那么 这套旋转的直流绕组也就和前面两套固 定的交流绕组都等效了。
坐标变换的基本思路
当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转 时，在他看来，d和q是两个通入直流而 相互垂直的静止绕组。
把这种等效的静止绕组称作“伪静止绕组” 。
6.3.1 坐标变换的基本思路
电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵 消，或者由于其作用方向与d轴垂直而对主磁 通影响甚微。
所以直流电动机的主磁通基本上由励磁绕组 的励磁电流决定，这是直流电动机的数学模 型及其控制系统比较简单的根本原因。
6.3.1 坐标变换的基本思路
)
N2i N3iB sin 3 N3iC sin 3
3 2
N3
(iB
iC
)
三相-两相变换（3/2变换）
N2i N3iA N3iB cos 3 N3iC cos 3
N3 (iA
1 2
iB
1 2
iC
)
N2i N3iB sin 3 N3iC sin 3
3 2
N3 (iB
iC
)
图6-5 三相坐标系和两相正交坐标系中的磁动势矢量
LCC LaC
LCa Laa
LCb Lab
LCc Lac
iiCa
b
LbA
LbB
LbC
Lba
Lbb
Lbc
ib
c LcA LcB LcC Lca Lcb Lcc ic
电感矩阵
定子电感矩阵
Lms
Lls
L ss
1 2 Lms
1 2
Lms
1 2
Lms
Lms Lls
1 2 Lms
• 变换关系
设两相坐标 d 轴 与三相坐标 A 轴的 B
夹角为 s ， 而 ps = dqs 为 d q
坐标系相对于定子
的角转速，dqr
为 dq 坐标系相对 于转子的角转速。 C
如果能将交流电动机的物理模型等效地变换 成类似直流电动机的模式，分析和控制就可 以大大简化。
坐标变换正是按照这条思路进行的。 不同坐标系中电动机模型等效的原则是：在
不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等。
坐标变换的基本思路
在交流电动机三相对称的静止绕组A、B、C 中，通以三相平衡的正弦电流，所产生的合 成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦 分布，以同步转速（即电流的角频率）顺着 A-B-C的相序旋转。
异步电动机三相原始模型的非独立性
三相变量中只有两相是独立的，因此 三相原始数学模型并不是物理对象最 简洁的描述。
完全可以而且也有必要用两相模型代 替。
坐标变换
异步电动机三相原始动态模型相当复杂 ，简化的基本方法就是坐标变换。
异步电动机数学模型之所以复杂，关键 是因为有一个复杂的电感矩阵和转矩方 程，它们体现了异步电动机的电磁耦合 和能量转换的复杂关系。
1.1 双馈风力发电机原理概述
f0
p 60
nr
f2
n0 nr n2
• 其工作原理为 : 绕线转子双馈异步发电机的
转子通入三相低频励磁电流形成低速旋转 磁场 ,该磁场的旋转速度 与转子机械转速 相 叠加 ,等于定子的同步转速 ,即。从而在定子 绕组中感应出相应于同步转速 的工频电压
。当发电机转速随风速变化而变化时 (一般 的变化范围为的30% ,可双向调节 ) ,调节转 子励磁电流的频率即可调节,以补偿 的变化 , 保持输出电能频率恒定。
u Ri d (Li) Ri L di dL i
dt
dt dt
Ri L di dL i dt d
转矩方程和运动方程
转矩方程
Te np Lms (iAia iBib iCic ) sin (iAib iBic iCia ) sin( 120) (iAic iBia iCib )sin( 120)
旋转正交坐标系到静止两相正交坐标系 的变换阵
cos sin
C2r / 2s
sin
cos
电压和磁链的旋转变换阵与电流旋转变 换阵相同
1. 异步电机在两相任意旋转坐 标系（dq坐标系）上的数学模型
两相坐标系可以是静止的，也可以是旋 转的，其中以任意转速旋转的坐标系为最 一般的情况，有了这种情况下的数学模型 ，要求出某一具体两相坐标系上的模型就 比较容易了。
任意对称的多相绕组，通入平衡的多相电流 ，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简 单。