风力发电机组及其控制系统--资料

发电系统基础理论
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独立运行风力发电机组中的发电机
直流发电机
永磁式直流发电机： 定子采用永磁体 电磁式直流发电机： 定子采用励磁绕组，通以直流电
永磁式交流同步发电机：转子采用永磁体，有凸极式和爪极式两种， 定子与普通交流电机相同
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风力发电机的结构
独立运行的风力发电机组 水平轴独立运行的风力发电机组由 风轮、尾舵、发电机、支架、 电缆、充电器、逆变器、蓄电池组成
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风力发电机的结构
2
T U Uw AdUd
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风力机的气动原理
在风机上游： 在风机下游： 风机上获得的推力： 风轮盘面气流速度：
1 2
U 2

p

1 2
dUd 2

pd
1 2
WUW
2

pW

1 2
dU
风力机的气动原理（叶素理论）
作用在叶素上的合力流速为： W U2 (1 a)2 2r2 (1 a')2
其中Βιβλιοθήκη Baidu 是合力流与旋转平面的夹角，可以称之为入流角。
sin U (1 a)
W
cos r(1 a')
W
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风力机的气动原理（叶素理论）
攻角 可表示为：

作用在单位圆环径向宽上的升力分量r ，与合力流方向垂直，
表达式为：
L

1 2
W
2cCLrr
阻力分量与合力流W 方向平行，表达式为：
D

1 2
W
2cCd
rr
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风力发电机组的工作原理
在并网运行风力发电机组中，当风以一定的速度吹向风力 机时，在风轮的叶片上产生的力驱动风轮叶片低速转动， 将风能转换成机械能，通过传动系统由增速箱增速，将动 力传递给发电机，发电机将机械能转变为电能。
由于风向经常变化，为了有效的利用风能，在风机上装有 迎风装置。 迎风装置根据风向传感器测得的风向信号， 由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮相啮合的小 齿轮转动，使机舱始终对准风向方向。
垂直轴风机：风轮的旋转轴与地面或气流方向垂直
（1）
（2）
（3）
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风机的分类
按运行方式分 独立运行风力发电机组 并网运行风力发电机组
按功率分：微型（50～1000W） 小型（1～10KW） 中型（10～100KW) 大型（>100KW)
风力发电机组及其控制系统
内容提要
风力发电基本原理 发电系统基础理论 控制系统设计 防雷接地系统
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风力发电基本原理
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风的特性
风的产生 风的特性
d
2

pd
T A* pd pd
Ud U UW 2
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风力机的气动原理
风机损失的能量：
轴向诱导因子
a va U
风轮处速度
Ud U 1 a
风轮尾流速度
UW U 1 2a
硅整流自励式交流同步发电机：定子由铁心和三相定子绕组组成，定 子绕组为星型联接，转子由转子铁心、转子绕组、集电环和转子轴组 成，励磁绕组通过集电环和电刷与整流器的直流输出端相连，以后的 直流电流励磁
电容自励式异步发电机： 在异步发电机定子绕组输出端接电容，以产 生超前于电压的容性电流产生磁场，从而建立电压
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风力机的气动原理
风车简化为一维流管：
一维动量方程，风轮轴向推力：
T U Uw AdUd
一维不可压缩流的连续方程：
V * A const.
伯努力方程：
1 U 2 p gh const.
并网运行的风力发电机组
并网运行的发电机组由风轮、增速箱、发电机、偏航装置、控制系 统、塔架等部件组成
1 2
3 4
56 7
10 11
89
12
叶
轮承 主 主电 偏筒箱塔齿底器机联 机 发 柜 主 罩 机
片
毂 轴 轴机 航 轮盘 舱轴 电 控 舱
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可以看出，一半的轴向气流损失发生在流经制动桨盘时，另一半在下风向。
风轮上获得的功率 风能利用系数
P FUd 2AdU3a1 a2
CP

P
1 2
U
3
Ad
4a1 a2
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风力机的气动原理（叶素理论）
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并网运行风力发电机组中的发电机
叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些 微段为叶素，如图所述，多个圆环，半径，径向宽。在每个叶素上 作用的气流相互之间没有干扰，作用在叶片上的力可分解为升力和 阻力二维模型，作用在每个叶素单元的合力流速与叶片平面的夹角 为攻角。翼型特征系数和随攻角的改变而改变。
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风的表示法： 风向、风速、风级 风的特性：
1）风的随机性 2）风随高度变化而变化 风能：风能密度、风能
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风机的分类
以风轮轴安装形式分
水平轴风机：风轮的旋转轴与风向平行 -> 升力型风机：旋转速度较快 -> 阻力型风机：旋转速度较慢 -> 上风向：风轮在塔架前面 -> 下风向：风轮在塔架后面