风电基本原理及大规模风电并网运行问题
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
垂直轴风电机组 20世纪初：电气化的发展使风能应用几乎退出历史舞台 20世纪70年代中叶：世界范围内出现石油危机，许多国家政 府提供基金来帮助进行风力发电研究，
Darrieus （达里厄）机型(1973)
➢ 美国Sandia实验室和加拿大国家空气动力 实验室大量研究,具有了实用价值
➢ 强风时无法承受太大的应力且振动大 ➢ 未得到普遍应用
风力发电技术基本原理及大 规模风电并网运行问题
主要内容
1.风力发电技术的基本原理及其发展 2.大规模风电并网的运行问题 3.风电场故障穿越原理及要求； 4.风电大规模脱网故障机理；
1、风力发电技术的基本原理 及其发展
1.风力发电技术的基本原理及其发展
早期的风车
历史上第一个
确证的风车：
有齿轮箱(半直驱）、直驱（无齿轮箱）
➢ 根据容量 小型（10kW以下）、中型（10-100kW以 下）和大型（100kW以上）
➢ 桨叶数量 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片
➢ 并网方式 并网型和离网型
1.风力发电技术的基本原理及其发展
水平轴风电机组的结 构 ➢ 风机主要由四大部 分组成：叶轮（含 叶片、轮毂等）； 机舱（传动系统（ 主轴、主轴承、齿 轮箱和连接轴）、 偏航系统、液压与 制动系统、电气系 统（发电机、控制 系统、电容补偿柜 等））;塔架；基 础等组成。
阿富汗，公元 644年，直立轴 ，谷物磨坊
1180年，西欧，水平轴风车
人类利用风能的历 史已有几千年。
1792： Jealousie 叶片，可 以调节输 出功率和 转速
16世纪：荷兰风车，通过转动 风车的上部来跟踪风向
图片来源：中国-德国技术合作项目 “中国风电中心“PowerFactory培训
1.风力发电技术的基本原理及其发展
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的基本工作原理
➢ 首先通过风轮把风能转换为机械能，进而借助于发电机再 把机械能转化为电能。由于风轮的转速一般比较低（每分 钟几转到数十转），而发电机的转速通常很高（一般每分 钟超过1000转），因此需要通过齿轮箱变速。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
➢ 1973年石油危机后，风力发电 发展得到欧美一些国家政府的 大力支持，风力发电机逐渐由 小型到大中型发展。
➢ 80年代后，有Gerders风力发电 机改良的古典三叶片、上风向 风力发电机涉及在激烈的竞争 中成为商业赢家。
➢ 90年代，进入到现代风力发电 技术。 —600-750KW风力发电机 —兆瓦级风力发电机组
1.风力发电技术的基本原理及其发展
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风能的计算：
1.风力发电技术的基本原理及其发展
空气动力学模型
Pw
1 2
SCPV
3
1 2
R2CP ( , )V
3
0.5 0.4 0.3
C p 0.2
0.1 0.0 -0.1
兆瓦级风机的出现之前，600和750kW的 风机一直是主流，。兆瓦级风机主要用于 海上或安装地点稀少的地区，因而兆瓦级 风机可以开发利用更多的风资源。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
NEG Micon 2MW 风机， 浆距调节 (72 米/2MW， 1999年)
Nordex 2.5MW风 机,浆距调节(80米 /2MW, 2000年， 德国 Grevenbroich ）
单机容量
现代风电机组: 体积越来越大, 容量越来越大。
容量 轮毂高度 风轮直径
已安装地点
Enercon E-112 6 MW 112 米 114 米
德国埃姆敦、 威廉港等地
Repower 5M 5 MW 120 米 126 米
Multibrid M5000 5 MW 102.6 米 116 米
德国Brunsbüttel 德国不莱梅
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组主要部件
风轮（桨叶、轮毂） 主轴 桨距调节机构（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 并网开关 软并网装置 变频器 控制系统 无功补偿设备 主变压器 转速传感器
需要风电机组控制系统协调控制
1.风力发电技术的基本原理及其发展
兆瓦级风机的出现之前，600和750kW的 风机一直是主流，。兆瓦级风机主要用于 海上或安装地点稀少的地区，因而兆瓦级 风机可以开发利用更多的风资源。
Bonus 2MW风机, 主动失速型 (72米/2MW, 1998年，德 国威廉港）
GE 3.6M W风 机
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的分类方法：
1.风力发电技术的基本原理及其发展
Vastas 1.5MW风机(63 米/1500kW、68米 /1650/300kW， 1996 年）。ELSAM 2MW测 试风机； NEG Micon 1.5MW风力机
Nortank1.5MW风机 (60 米/2×750kW、64米 /1500/750kW。(1995年 丹麦西部靠近Esbjerg市)
➢ 根据主轴与地面的相对位置 水平轴、垂直轴
➢ 根据桨叶与轮毂的连接方式 定桨（主动失速）、变桨
➢ 根据风轮转速 恒速、变速
➢ 根据发电机 异步机：普通感应电机（鼠笼 型和绕线式）、双馈感应电机 、同步机：同步电机（永磁或 电励磁）
Байду номын сангаас
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的分类方法：
➢ 根据传动系统
陆上：100-120m 海上：90-100m
图片及资料来源：www.Repower.de
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的发展
额定容量 叶轮直径 轮毂高度
过去的20多年里 ，风电机组的单 机容量和尺寸增 长了近100倍。 随着技术、制造 工艺和材料的改 善，风电机组的 性能也有了很大 提高，稳定性和 可靠性不断改善 ，对电网的冲击 逐步减弱。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
Repower 5M 双馈感应电机变速风电机组 其叶片直径126米，机舱重量400吨，轮毂高度100-120米。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
Repower 5M 双馈变速风电机组
德国：Repower公司 额定容量：5MW 变桨距控制 变速风机(双馈电机) 叶片直径：126m 机舱重量：400T 轮毂高度：
Darrieus （达里厄）机型(1973)
➢ 美国Sandia实验室和加拿大国家空气动力 实验室大量研究,具有了实用价值
➢ 强风时无法承受太大的应力且振动大 ➢ 未得到普遍应用
风力发电技术基本原理及大 规模风电并网运行问题
主要内容
1.风力发电技术的基本原理及其发展 2.大规模风电并网的运行问题 3.风电场故障穿越原理及要求； 4.风电大规模脱网故障机理；
1、风力发电技术的基本原理 及其发展
1.风力发电技术的基本原理及其发展
早期的风车
历史上第一个
确证的风车：
有齿轮箱(半直驱）、直驱（无齿轮箱）
➢ 根据容量 小型（10kW以下）、中型（10-100kW以 下）和大型（100kW以上）
➢ 桨叶数量 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片
➢ 并网方式 并网型和离网型
1.风力发电技术的基本原理及其发展
水平轴风电机组的结 构 ➢ 风机主要由四大部 分组成：叶轮（含 叶片、轮毂等）； 机舱（传动系统（ 主轴、主轴承、齿 轮箱和连接轴）、 偏航系统、液压与 制动系统、电气系 统（发电机、控制 系统、电容补偿柜 等））;塔架；基 础等组成。
阿富汗，公元 644年，直立轴 ，谷物磨坊
1180年，西欧，水平轴风车
人类利用风能的历 史已有几千年。
1792： Jealousie 叶片，可 以调节输 出功率和 转速
16世纪：荷兰风车，通过转动 风车的上部来跟踪风向
图片来源：中国-德国技术合作项目 “中国风电中心“PowerFactory培训
1.风力发电技术的基本原理及其发展
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的基本工作原理
➢ 首先通过风轮把风能转换为机械能，进而借助于发电机再 把机械能转化为电能。由于风轮的转速一般比较低（每分 钟几转到数十转），而发电机的转速通常很高（一般每分 钟超过1000转），因此需要通过齿轮箱变速。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
➢ 1973年石油危机后，风力发电 发展得到欧美一些国家政府的 大力支持，风力发电机逐渐由 小型到大中型发展。
➢ 80年代后，有Gerders风力发电 机改良的古典三叶片、上风向 风力发电机涉及在激烈的竞争 中成为商业赢家。
➢ 90年代，进入到现代风力发电 技术。 —600-750KW风力发电机 —兆瓦级风力发电机组
1.风力发电技术的基本原理及其发展
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风能的计算：
1.风力发电技术的基本原理及其发展
空气动力学模型
Pw
1 2
SCPV
3
1 2
R2CP ( , )V
3
0.5 0.4 0.3
C p 0.2
0.1 0.0 -0.1
兆瓦级风机的出现之前，600和750kW的 风机一直是主流，。兆瓦级风机主要用于 海上或安装地点稀少的地区，因而兆瓦级 风机可以开发利用更多的风资源。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
NEG Micon 2MW 风机， 浆距调节 (72 米/2MW， 1999年)
Nordex 2.5MW风 机,浆距调节(80米 /2MW, 2000年， 德国 Grevenbroich ）
单机容量
现代风电机组: 体积越来越大, 容量越来越大。
容量 轮毂高度 风轮直径
已安装地点
Enercon E-112 6 MW 112 米 114 米
德国埃姆敦、 威廉港等地
Repower 5M 5 MW 120 米 126 米
Multibrid M5000 5 MW 102.6 米 116 米
德国Brunsbüttel 德国不莱梅
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组主要部件
风轮（桨叶、轮毂） 主轴 桨距调节机构（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 并网开关 软并网装置 变频器 控制系统 无功补偿设备 主变压器 转速传感器
需要风电机组控制系统协调控制
1.风力发电技术的基本原理及其发展
兆瓦级风机的出现之前，600和750kW的 风机一直是主流，。兆瓦级风机主要用于 海上或安装地点稀少的地区，因而兆瓦级 风机可以开发利用更多的风资源。
Bonus 2MW风机, 主动失速型 (72米/2MW, 1998年，德 国威廉港）
GE 3.6M W风 机
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的分类方法：
1.风力发电技术的基本原理及其发展
Vastas 1.5MW风机(63 米/1500kW、68米 /1650/300kW， 1996 年）。ELSAM 2MW测 试风机； NEG Micon 1.5MW风力机
Nortank1.5MW风机 (60 米/2×750kW、64米 /1500/750kW。(1995年 丹麦西部靠近Esbjerg市)
➢ 根据主轴与地面的相对位置 水平轴、垂直轴
➢ 根据桨叶与轮毂的连接方式 定桨（主动失速）、变桨
➢ 根据风轮转速 恒速、变速
➢ 根据发电机 异步机：普通感应电机（鼠笼 型和绕线式）、双馈感应电机 、同步机：同步电机（永磁或 电励磁）
Байду номын сангаас
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的分类方法：
➢ 根据传动系统
陆上：100-120m 海上：90-100m
图片及资料来源：www.Repower.de
1.风力发电技术的基本原理及其发展
风电机组的发展
额定容量 叶轮直径 轮毂高度
过去的20多年里 ，风电机组的单 机容量和尺寸增 长了近100倍。 随着技术、制造 工艺和材料的改 善，风电机组的 性能也有了很大 提高，稳定性和 可靠性不断改善 ，对电网的冲击 逐步减弱。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
Repower 5M 双馈感应电机变速风电机组 其叶片直径126米，机舱重量400吨，轮毂高度100-120米。
1.风力发电技术的基本原理及其发展
Repower 5M 双馈变速风电机组
德国：Repower公司 额定容量：5MW 变桨距控制 变速风机(双馈电机) 叶片直径：126m 机舱重量：400T 轮毂高度：