风力发电机及其系统培训技术

定、转子铜损耗：
P1
PM
Pm
p Cu2 m1I 22 R2
2 1 s m1I 2
机械输入功率：
Pm
电磁功率： P
M
s
R2
m1E 2 I 2 cos 2 m 2 E 2 I 2 cos 2
2 m1I 2
R2 s
笼型异步发电机的功率流程图
/s R2
R1 jX1
典型风力发电机系统
定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统
转子电流斩波控制电路：
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电流
定速笼型异步风力发电机系统
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三相笼型异步风力发电机
笼型异步风力发电机的内部结构
机座
风扇
定子铁心 定子绕组
端盖
转子铁心
转子绕组 （端环）
笼型异步风力发电机的工作原理
旋转磁场
向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流， 可以产生一个旋转磁场。 如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场 作旋转运动。旋转磁场在一个圆周内，呈现出 的磁极（N、S极）数目称为极数，用2P表示。 旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速 n1取决于电流的频率 f 和极对数 P：
jX 2
R2
I1
I0
Rm
I2
E1 E2
1 s R2 s
U1
jXm
P1
PM
Pm
P2
pCu1
pFe
pCu2
pm+ pa
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发 电 机
电磁转矩：
T
Smax
m1 pU12
2 R2 )2 ] 2πf1[( R1 ) ( X 1 X 2 s
风力发电机及其系统
2014年8月
风力发电机组的内部结构
机舱＋轮毂＋桨叶＋变桨系统＋偏航系统 ＋齿轮箱＋发电2010机＋底座＋塔筒＋控 制柜
典型风力发电机系统
定速笼型异步风力发电机系统 转子电流受控的异步风力发电机系统 双馈异步风力发电机系统 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 变速笼型异步风力发电机系统 电励磁直驱同步风力发电机系统 永磁直驱同步风力发电机系统 混合励磁直驱同步风力发电机系统 横向磁通永磁同步风力发电机系统
发电机状态：
R2 s
0 n1
电 动 机
0＜n1＜n ，s＜0
电动机状态：
T
电磁 制动
－ Tm
1 0
Tm
0＜n＜n1 ，0＜s＜1
s
软特性 vs. 硬特性
笼型异步发电机的运行特点
（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应选用较高 功率因数发电机，并在机端并联电容； （2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负载区效率 较高，希望发电机的效率曲线平坦； （3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的 机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大 ； （4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流， 应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；

绕线型转子异步发电机
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子采用类似于定子的三相交流绕组，一般 接成Y接； 转子三相绕组可在转子内部联接，也可经滑 环—电刷装置将转子三相绕组端接线引出； 转子三相绕组的端接线在转子内部短接时， 发电机的机械特性类似于笼型异步发电机；外 接附加电阻时，机械特性变软。
定义：
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制 （PWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。
系统的结构特征：
（1）采用变桨风力机； （2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环； （3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电 机的机械特性。
笼型异步发电机的功率表述
pCu1
R1 I1 jX 1 I0 jX 2 I2 E1 E2 jXm R2
定子输出功率：
pCu2
P1 m1U 1I 1 cos 1
铁损耗：
2 p Fe m1I 0 Rm
U1
pFe
Rm
1 s 2 p Cu1 m1I 1 R2 R1 s
60 f n1 P
—— 同步转速
笼型异步风力发电机的工作原理
定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1 旋转 在转子导条中产生感应电动势 e e 在转子绕组中产生感应电流 i i 在磁场中产生电磁力f f 产生电磁转矩T 若转子以转速n>n1, 向n1的方向旋转 机械能 →电能，是发电机 n 是否会等于 n1？ 要产生T，必须n≠n1
笼型异步发电机的等值电路
R1 I1 j X1 I0 Rm jXm
R2
jX 2
U 1
' I2
=E ' E 1 2
1 s R2 s
一相等值电路 定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗
转子可变电阻反映发电机的负载状况
铁损和铜损
铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流损失两部分，电机空载时所消 耗的功率。 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组的铜损和副绕组的铜损，一般 电机短路情况下的损耗就是铜损。
则转子转速n可表示为：
n＝(1－s)n1
笼型异步发电机 中转差率S 与运行状态的关系?
笼型异步风力发电机的工作原理
异步电机的运行状态
发电机状态
S n1 n N T
电动机状态
S n1 n T
n
n＞n1＞0 s＜ 0
n1 0
N 0＜n＜n1
0 1
0＜s＜1
s
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
电机 正反 转控 制图
A
n1
Y
S
C
e, i f n
f
T
X
Z
N
B
—— 异步
转子转速大于定子旋转磁场转速， 发电！
笼型异步风力发电机的工作原理

转差率
异步电机的特点之一是转子转速 n和定子旋转磁场的同步转 速n1不同。 把同步转速 n1 与转子转速 n 的差与同步转速 n1 的比值，称为 转差率，用s表示，即
n1 n s n1