异步双馈风力发电机的工作原理

控制和调节
• 变频器的控制和调节 • 风力发电机控制规范 • 需记录特别部件的运行数据:
> 电网和发电机电压 > 定子和转子电流 > 中间电路电压 > 转子转速
风力发电机控制 系统 （PLC）
变频器的控制和调节 （CCU）
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主要构造
• IGBT: > 半导体元件 > 绝缘栅双极型晶体管 > 类似电器开关的作用 > 高阻断电压, 高电流 > 使用输入/输出命令控制
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Initial situation初步情况
• 往电网发电的先决条件: > 电压恒定 > 固定的频率(50/60 Hz)
• 电能由交流发电机产生，电压的输出频率依赖于旋转的 速度
• 风机的能量输出波动取决于气候条件
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系统理念
严格的“丹麦”理念
• 叶轮限制在额定的转速； • 发电机定子通过变压器直接连接到
电网 • 缺点:
> 叶轮受到压力较大
齿轮箱
发电机
变压站
无功补偿
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异步双馈发电机的基本理论
• 异步发电机的功能原理: > 转子的旋转磁场使定子上产生交流电压。 > 交流电压的频率 f 依赖于转子的转速n:
n = f x 60 / p
p = 发电机的磁极对数 > 如果频率等于电网频率 fN，这里的转速即同步速度
nsyn,
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异步双反馈发电机的基本理论
技巧:必须使转子磁场以同步速度旋转
• 转子电流滑动频率 fs • 滑动频率:
对应于真实速度和同步速度之间 的差 • 转子电流由四象限变频器产生
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运行方式
同步运行
• 发电机转子以同步转速旋转 • 定子大约反馈系统额定输出的80% 到电网中 • 运行在同步运行中是一个特殊的情形 • 输入转子的是直流
异步双反馈发电机的变频器
内容概览
• 初步情况 • 系统理念 • 异步双反馈发电机的基本理论 • 主要构造 • 实施过程 • 控制和调节 • 运行方式 • 风力发电机变速系统的优势
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Initial situation初步情况
3个可能的过程:
• 尽管风速等级不同，保持转速恒定。 • 转动速度变化，输出电压采用频率保持恒定的方式变换 • 转动速度变化，输出电压波动情况依赖于转子电流，从
而保持频率恒定。
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系统理念
所谓的全功率变频器解决方案
• 变化的旋转速度 • 变频器将频率变化的电压转换为固
有频率的电压 • 用于全部的功率
齿轮箱
发电机
变压器
全功率滤波器
滤波器
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主要构造
• 四象限IGBT变频器组成的两个变 换器
• 能量可以在两个方向流动: > 从电网吸收能量 > 馈送到电网
• 最重要的组成部分: > IGBT 模块
机器变频
Fra Baidu bibliotek
主要变频
直流电压中间电路
IGBT模块
控制和调节电路
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风力发电机变速系统的优势
• 有利于变桨调节 > 较高动态的速度调节和滑差延长了叶片角度的调节响应时间
• 噪声降低 > 精确地调整转速
控制和调节
• 根据风速和发电机转矩对风机进行 监控
• 控制和调节电子装置通过比较设定 参量和测量运行数据来工作
• 发电机控制信号来自这两个变频器 • 设定转子电流和频率, 使定子绕组电
压和频率与电网的电压和频率相匹 配
风力发电机控制 系统 （PLC）
变频器的控制和调节 （CCU）
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运行方式
亚同步运行
• 低风速 • 转速低于同步转速 • 小载荷范围 • 馈送的电能完全来自于定子
• 变频器反馈一部分能量到转子，以补偿他的滑动差 • 转子所需要的能量:
PRot = s x PGen
s = (nsyn – n) / nsyn: 转子滑差率; PGen: 发电机额定功率
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实施过程
实例: 功率消耗
• 主变频器: 交流电压转换为波动的直流电压, 类似于整流器的工作
• 直流电压中间电路: 直流充电线路
• 发电机变频器: > 切换中间电路电压UZK至转子绕 组 > 类似于功率变换器一样工作 > 转子的感应作用在转子内部产 生率正弦电流IR，其频率为滑动频
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• 降低对机械零件的冲击载荷 > 快速调整转矩冲击
• 更高的系统整体效率 > 以最佳效率调整转子叶片的运行速度
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主要构造
其他组成部分: • Crow Bar:
机器变频器在转子电路中的过电压保护装置 • 稳压滤波器:
转子绕组电压变化速度的保护装置 • 线性电抗:
防止主变频器输入过电压 • 电源滤波器:
减少对电网的谐波震荡
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运行方式
• 该系统原则上允许滑动范围为额定转速的± 30 % • 有4 （两对）磁极的发电机的同步转速是1500 rpm，可
运行的区域大约为1000 to 2000 rpm。 • 三种运行方式:
> 亚同步运行 > 同步运行 > 超同步运行
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系统理念
异步双馈发电机
• 转速是变化的 • 发电机定子经由变压器直接连接到
电网 • 通过变频器给转子励磁，所以发电
机的电压频率始终是恒定的。 • 优点:
> 变频器只是设计到发电机功率 的30%
齿轮箱
发电机 变压站
四象限变频器
滤波器
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运行方式
超同步运行
• 转子旋转速度比同步转速快 • 风机变频器以直流电压的形式将多
余的能量转移在中间电路中 • 主变频器同时将能量馈送到电网上