风电系统图
直驱式风力发电系统
第一章双PWM型变流电路简介本文讨论克驱式风电系统的一种电力变换装拓扑结构，选取背靠背双PWM型变流电路为研究对彖.直驱式风电系统结构原理如图1-1所示。
风轮电机图1-1永磁同步电机直驱式风力发电系统并网结构图双脉宽调制(pulse-width modulation, PWM)变流器是由2个电压源型变流器(voltage source converter, VSC)背靠背连接构成，2 VSC直流侧通过直流母线并联，两极直流母线Z间并联滤波电容器以提高直流电压的电能品质。
由于该电路结构是完全镜面对称的，文献中称这种结构为背靠背连接。
背靠背双PWM变流器以其控制功能灵活、交流侧功率因数可调和直流电压可控等诸多优点，在轻型直流输电、统潮流控制器和柔性功率调节器等柔性交流输电技术领域中获得了广泛的应用。
该电路拓扑结构如图1-2所示，整流和逆变部分都采用PWM三相桥实现，这种结构的优点：输入电流为正弦波，减少了发电机的铜耗和铁耗；发电机功率因数可调节为1,且能够与大阻抗的同步发电机相联接。
凤轮图1-2三相电压型PWM逆变器的拓扑结构第二章双PWM变流器动态数学模型三相桥式拓扑结构构中交流侧采用三相对称的无中线连接方式, 图中L代表交流侧滤波电感参数，R为电感中的寄生电阻，图中直流电压源1｝血代表并网变流器直流母线电压，同时也是与发电机转了绕组相连的变流器直流母线电压。
为建立三相电压源型并网变流器的数学模型，根据其其拓扑结构，首先作以下假设：1.电网电动势为平稳的纯正弦波电动势（e a,e b,e c）o2・主电路开关元器件为理想开关，无损耗。
3・三相参数是对称的。
4・网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和。
以A相为例，当VI导通V2关断时，直流电源Ude正极直接加到节点a处，由图可知，U M1 =U dc/2；当V2导通VI关断时，直流电源Ude负极接于节点a处，同理可知，=-U dc/2,同理易知节点b和c也是根据上下MOS管V5、V6 ）导通情况决定其电位的，由此可见，三相中任一相输出的相电压都有正负两个电平，因此这种结构的逆变器称为三相两电平逆变器。
风力发电电气系统PPT课件
（3）利用等电位原理，可以用隔离开关分、合无电流的并联支路。 （4）隔离开关只能按照规定接通或断开小电流电路。现场严格按照
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1、停电时先拉断路器，再拉负荷侧隔离开关，最后拉母线侧隔离 开关；
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桥型接线
当变配电装置中只有两条线路连接站内两台主变时，常 采用桥形接线，此时这两回进线分别和两条线路连接， 形成了两个线路－变压器的供电路径，在这两个供电路 径由桥断路器联络。
根据桥断路器相对于变压器和线路的安装位置，又分为 内桥接线和外桥接线
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单母线S1分段形式 S2
两台主变作为电源分别给两段母 线供电，两段母线之间由分段断 路器联系，两段母线可以由分段 断路器的闭合而并列运行，也可 以由分段断路器断开而分列运行
分段的数目由电源数量和容量决 定
WL1 WL2 WL3 WL4
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单母线分段
单母线分段的优点：
重要用户可以从两段母线上引出两个回路，由不同的 电源供电（母线）。
（1）6～10kV配电装置，当短路电流较大的时候，出线需 要加装电抗器时。
（ 2 ） 3 5 ～ 6 3 k V 配 电 装 置 ，第当31页出/共线43页回 路 数 超 过 8 回 时 ； 或 连
双母线分段
当220kV进出线回路甚多时，为了减少母线故障时候
的 停 电 范 围 ， 需 要 对 双 母 线 进 行S1分 段
2、送时先合母线侧隔离开关，后合负荷侧隔离开关，最后合断路 器。
原因：这样规定的目的是即使发行意外情况或开关实际不未断开， 造成带负荷拉、合刀闸所引起的故障点始终保持在开关的负荷侧， 这 样 可 由 开 关 保 护 动 作 切 除第故12页障/共，4把3页事 故 影 响 缩 小 在 最 小 范 围 。
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
风力发电机机舱内部传动系统动画,直观!
风力发电机机舱内部传动系统动画，直观！★ 风力发电机将风能转换为机械功的动力机械，将广义地说，它是一以大气为工作介质的能量利用机械。
风力发电利用的是自然能源。
风力发电机由机舱、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成，下面小编来详述详述风力发电机结构图，如下：机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。
维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。
机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。
转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。
现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。
轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。
低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。
在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。
轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。
齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。
高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。
它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。
发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。
在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。
偏航装置:借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。
偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。
图中显示了风力发电机偏航。
通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。
电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。
为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热)，该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。
液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。
冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。
此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。
一些风力发电机具有水冷发电机。
风力发电机结构图
• 提高风力发电机的转换效率，降低成本 • 发展大型化、高效化的风力发电机 • 加强风力发电机的智能化和自适应控制技术
发展方向
• 海上风力发电：利用海上风能资源，建设大型海上风力发电场 • 分布式风力发电：在分散地区建设小型风力发电系统，为电网提供电力支持 • 风能储存技术：研究风能储存设备，实现风能的连续稳定输出
控制系统的作用
• 控制风力发电机的启动、停止和运行 • 保证风力发电机在各种风速下的安全运行 • 实现风力发电机的最大功率输出
控制系统的组成
• 主控制器：负责整个控制系统的管理和协调 • 速度控制器：控制风轮的转速，实现最佳风能转换效率 • 电压控制器：控制发电机的输出电压，保证稳定并网 • 并网控制器：负责风力发电机与电网的并网和脱网
02
风力发电机的主要组成部分
塔筒的结构设计与功能
塔筒的结构设计
• 塔筒为圆柱形或圆锥形结构，高度一般为30-80米 • 塔筒材质一般为钢结构，内壁涂有防腐层 • 塔筒底部设有基础，与地基连接
塔筒的功能
• 支撑风轮和发电机组的重量 • 保证风力发电机在各种风速下的稳定性 • 便于安装和维护
风轮的结构设计与功能
风力发电机的发展前景与挑战
发展前景
• 风力发电机作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景 • 随着技术进步和成本降低，风力发电将在全球能源结构 中占据越来越重要的地位
挑战
• 风力发电机的并网和稳定性问题仍需解决 • 风力发电机的噪音和视觉污染问题需要关注 • 风力发电机的技术创新和市场推广仍需加强
CREATE TOGETHER
风力发电机的应用领域与市场需求
应用领域
• 风力发电：为电网提供电力支持 • 风力提水：利用风力驱动水泵，进行农田灌溉和工业生 产 • 风力热泵：利用风力驱动热泵，提供热水和供暖
风力发电机结构介绍
绍结机构介风力发电风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电该机组通过风力推动叶轮旋转，塔架和基础等组成。
机、控制与安全系统、机舱、有效的将风能转再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，化成电能。
风力发电机组结构示意图如下。
1、叶片2、变浆轴承3、主轴4、机舱吊5、齿轮箱6、高速轴制动器7、发电机8、轴流风机9、机座10、滑环11、偏航轴承12、偏航驱动13、轮毂系统各主要组成部分功能简述如下（1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。
叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。
由叶片、轮毂、变桨系统组成。
每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。
叶片配备雷电保护系统。
风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。
（2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。
（3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。
发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。
明阳）发电机4（．1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。
转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。
（5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。
同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。
（6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。
轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。
轮箱转速比：）发电机：（41550kw 发电机额定功率：发电机额定电压：690v发电机额定电流：1120A发电机额定频率：50Hz发电机转速：1750rpm发电机冷却方式：空-空冷却发电机绝缘等级：H级主刹车系统：变浆制动。
第3章风力发电机组的结构
3.2.1 3.2.2 3.2.3
ห้องสมุดไป่ตู้
叶片 轮毂 变桨机构
3.2 风轮
3.2.1 叶片
1)良好的空气动力外形，能够充分利用风电场的风资源条件，获得尽可能多的风能。 2)可靠的结构强度，具备足够的承受极限载荷和疲劳载荷能力；合理的叶片刚度、叶 尖变形位移，避免叶片与塔架碰撞。 3)良好的结构动力学特性和气动稳定性，避免发生共振和颤振现象，振动和噪声小。 4)耐腐蚀、防雷击性能好，方便维护。 5)在满足上述目标的前提下，优化设计结构，尽可能减轻叶片重量、降低制造成本。 1.叶片几何形状及翼型 2.叶片结构、材料及制造 3.气动制动系统 4.叶根连接 5.叶片失效与防护措施
2.基本性能
图3-3 变速风力发电机组的功率曲线
3.主要机组类型
(1)上风向机组和下风向机组 水平轴风电机组根据在运行中风轮与塔架的相对位置， 分为上风向风力发电机组和下风向风力发电机组，如图3-4所示。 (2)失速机组与变桨机组 当风速超过额定风速时，为了保证发电机的输出功率维持 在额定功率附近，需要对风轮叶片吸收的气动功率进行控制。 (3)带增速齿轮箱的风电机组、直驱风电机组和半直驱风电机组 风电机组通过传动 系统连接风轮和发电机，把风轮产生的旋转机械能传输到发电机，并使发电机转子达 到所需要的转速。 (4)陆地风电机组和海上风电机组 由于陆地地形地貌限制以及风电场噪声等对环境 的影响，自20世纪90年代起，国外开始建造近海风电场，并且成为未来风电发展的一 个趋势。
5.叶片失效与防护措施
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图3-17 叶片故障实例 0.TIF
5.叶片失效与防护措施
0318.TIF 图3-18 叶片故障统计
5.叶片失效与防护措施
图3-19 叶片对气动性能的影响
风电场的二次系统接线图PPT课件
LW2 H手柄可取出、定位，适合同期开关
2）中间环节 连接控制、信号、保护、自动装置、执行和电源等元件组成的控制电路。
3）操作机构 与控制电路相连的合闸线圈和跳闸线圈。
（四）、音响监视的断路器控制回路
合闸动作过程： 将SA打到预合闸位， SA的13—14节点通，闪光继电器接入，电从(+)SA13— 14节点K2.1绿灯直至3L–，则绿灯闪光。再将SA打到合闸位，其9—12节点通， 电
电气防跳原理：
同上图。
五、 信号系统
要求：掌握重复动作的中央信号回路原理。
（一）、信号分类
位置信号 电站信号分故 事障 故信 信号 号
指挥联系信号
其中事故和故障信号统称中央信号。
重复动作中央信号：出现故障信号，复归音响后，若此故障还存在，光字牌还亮时，
中央信号分 相继发生的故障仍能启动音响，点亮光字牌。
跳闸动作过程：
手动分闸时，首先将控制开关的手柄旋转至预备分闸位置，其触点13 —14接通，红灯闪光，表明分闸回路完好，然后将控制开关手柄转至分闸位置， 其触点6—7闭合，使分闸线圈Y2通电，断路器分闸。分闸后，Q2断开，Q1 闭合，SA11—10接点接通，电从1L+经过SA11—10、GN、S11、Q1、直 至1L–，则绿灯 GN发平光。
❖ 回路编号应用遵循一定的规则，主要为： 1）对不同用途的直流回路，使用不同的数字范
围，如控制与保护回路用1～399（400～599），励 磁回路用600～699。
2）保护与控制回路使用的数字按熔断器（或小 开关）分组，每一百为一组，如101～199，301～ 399等，其中正极性回路编为单数，由小至大，负极 性回路编为双数，由大至小。
K的内阻大得多，故电压基本降在K2上，则K2励磁，则K2.1闭合，而此时
风力发电系统 ppt课件
29
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
16
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
17
2.1变桨系统
偏航驱动
机架
塔筒
主控柜
18
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。
1.5SE风机机舱柜原理图
OMF.870.001
+CN -X0\400 1 2 3 4 PE
400V输出至机舱柜 Supply Cabinet Nacelle
用于KL3403端口测量 Power Measurement with KL3403
Transformer 690/400VAC 变压器690/400VAC 广东明阳风电产业集团有限公司
2
设计 校对 批准
日期
690/400V变压器52KVA
Transformer 690/400VAC
MY1.5Se风力发电机组电控系统原理图 2010通用版（低温型）
OMF.870.001
+CN -X0\400 1 2 3 4 PE
400V输出至机舱柜 Supply Cabinet Nacelle
用于KL3403端口测量 Power Measurement with KL3403
/ 12.0 / 12.0 / 12.0
8
设计 校对 批准
日期
=-X3.1\230 1 2
PE
3
4
L
N
-10M3 M
230VAC
˜
SL
50.4 / =-L1\230fan1 50.4 / =-L1\230fan2
自动温度调节装置 Thermostat
柜体风扇 Filter fan
2
工厂代号： 安装位置： 页：
= WEC + CT
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
690VAC 50Hz
=-1L1/690VAC / 4.1 =-1L2/690VAC / 4.1 =-1L3/690VAC / 4.1
风机系统原理图（共19张图纸）
风力发电机工作原理及原理图
风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机. 最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。