大型风力发电机组系统的结构与特点
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无刷励磁方法较有刷励磁而言，发电机结构较 为 复 杂 ，但 最 突 出 优 点 是 运 行 维 护 简 单 ，所 以 仍 不 失为一种好的风力发电方式，为用户所喜爱。
第 #$ 卷
器的容量为所有发电机 ,0 1 20 整流器容量总和， 可作到 /".$" *+。这种方式的特点是：直流母线 上的电压是多台发电机整流输出后得到的，由每台 发电机间交流输出电压的相位不同，相当于 %34!/ 相 交 流 电 压 的 整 流 输 出 ，纹 波 系 数 特 别 小 ，尽 管 每 台发电机输出频率很低，约为 $.#" 56，也不会损坏 母线电压的波形效果，所以可以取消风力机与发电 机间的增速齿轮箱，由风力机直接驱动发电机转 子。另外，由于变频器中整流与逆变部分的分离，提 高了风电场的经济整体效益及运行可靠性。
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第 !" 卷
#$$# 年第 # 期
!!!" 大型风力发电机组系统的结构与特点
科技信息
叶启明
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2湖北省电力试验研究院4湖北 武汉 0($$’’3
摘 要 ：简 述 了 大 型 风 力 发 电 机 组 系 统 的 结 构 组 成 及 特 点 ，同 时 也 简 介 了 节 能 变 频 器 在 大 型 风 力 发 电 系 统 中
这种方式的优点是，所用变频器的体积容量大为 减少，变频器容量只有被励发电机容量的 ! . (/! . 0，
1 ,’ 1
!""! 年第 ! 期
图 ! 变频器励磁 而且省去了风力与发电机间的增速齿轮箱，以及发 电机电枢绕组与电网间的可能需要设置的升压变 压器。
除有刷励磁方式外，还有无刷励磁的风力发电 机方式，见图 %。发电机由两台轴连接的绕线转子 异步电机组成&见图 %&’(，一台为发电机，另一台为 励磁机，两套转子绕组 在 电 气 上 直 接 相 联 ，如 图 % &)( 所 示 ，实 质 是 一 种 无 刷 歇 尔 皮 斯 系 统 ，变 频 器 设 置 在 励 磁 机 的 定 子 回 路 ，并 与 工 频 电 源 相 联 ，这 样 便构成无刷励磁系统，图中的励磁机与变频器便是 一种无刷歇尔皮斯电机。通过改变变频器对励磁机 输 出 电 压 的 相 位 、幅 值 和 频 率 ，便 可 达 到 发 电 机 实 现变速恒频恒压运行的目的。
这种方式的风力发电机群，已在瑞典的 ;’<= <>??@3 风电场安装运行，在寿命期终了后，有效材 料可再生利用。
图 " 用变频器进行无刷励磁
" 国外风电机组系统的结构与特点
国外的风电机组和变频器技术起步较早，技术 较国内先进，风力发电机单机容量已能生产 $ *+ 机组，变频器容量也做得较大。据《,-- 技术》杂志 !""" 年第 % 期介绍，单机容量为 %.$ *+ 的风力 发电机群，对变频器的配置方式如图 / 所示。在风 力发电场的几台发电机中，每台电机的电枢绕组输 出端只设置 ,0 1 20 整流器，通过直流母线实现所 并联发电机的同步变速运行，再由风电场中的公用 逆变器把直流母线中的电源转变成电压频率、幅值 及相位与电网一致的交流电源进行传输，公用逆变
C B8 C
图 # 变频器在“$%&’()*+,*”系统中的应用
#结语
风力发电技术是一种无污染再生能源，越来越 受重视，世界各国都竞相开发和应用。据联合国资 料统计，仅 #777 年一年，全世界对风力发电的投资 就超过 !" 亿美元，新装机 % A8" *+，增 长 速 度 为 %A !，成为发展最快的清洁能源技术。作为变速恒 频恒压并网运行的变频器，由于其提高风电场经济 效益及可靠性的特点，必将在风力发电中具有极为 广阔的市场应用前景。
收稿日期：#$$! 1 $% 1 $0 作 者 简 介 ：叶 启 明2!%0$13，男 ，上 海 人 ，高 级 工 程 师+
全额定值变频器。这种方式的最大优点是发电机的 变速范围宽，适用风力变化较大的环境能力强，而 且维护简便。缺点是变频器容量大，体积大，并由于 风力机的机械旋转角频率远远低于电网工频角频 率 ，为 减 轻 发 电 机 的 重 量 ，以 及 变 频 器 中 直 流 环 节 的纹波系数，必须在风力机与发电机之间设置增速 用齿轮箱。
NO PB7MB@G
!引言
自 !%&% 年 ， 新 疆 建 成 全 国 首 座 风 力 发 电 场— ——达坂城风电一场，!! 年来，又相继建成达坂 城风电二场和布尔津风电场。到 #$$$ 年底，新疆风 电装机总容量已达 ’( )*，占全国风电场总装机 容量的 #!+! !，居全国第一位。
从 !%%’ 年初开始，中科院电工所经过三年努 力，完成了国家“九五”科技攻关项目中的《,$$ -* 风 力 发 电 机 组 单 机 电 气 控 制 技 术 及 装 备 的 研 制 》。 与此同时，新疆风能公司也完成项目中的《,$$ -* 国 产 化 风 机 的 研 制 》。 使 我 国 具 备 了 单 机 容 量 为 ,$$ -* 风能发电机的批量生产能力，将有力地推 动我国对环保无污染能源— ——风能的开发。
图 " 变频器与电枢绕组相联 这种方式中的发电机可以用鼠笼型异步发电 机，也可以用永磁同步发电机。若用鼠笼异步电机， 变频器相当于众所周知的异步电机传动系统中所 用 变 频 器 的 可 逆 运 行 ；若 用 永 磁 同 步 发 电 机 ，该 电 机连同变频器及变压器构成一台无换向器发电机。
除上述图 ! 这种方式外，较为受关注的是用变 频器对风力发电机进行励磁方式。图 # 是有刷励磁 方式。发电机为线绕式转子异步电机，转子励磁线 圈通过滑环与电刷和静止变频器相联，所以称为有 刷励磁，通过控制变频器对发电机转子回路输出的 三 相 交 流 低 频 电 压 的 相 位 、幅 值 及 频 率 ，来 达 到 发 电机变速恒频恒压以致联网运行的目的。
பைடு நூலகம்
的作用和重要地位，以推动风力发电的开发和发展。
关键词：风力发电；电网；变频器；特点
中 图 分 类 号 ：5),!0
文 献 标 识 码 ：6
文 章 编 号 ：!$$,7,"!%2#$$#3$#7$$,’7$#
589 :;<=>;=<9 ?@A 68?<?>;9<BC;B> DE F?<G9
*B@A HDI9< J9@9<?;D<KC :LC;9M
大型风电机组也必须通过电网进行传输，一般 大于 !$$ -* 的风电机组就需联网运行，这样就必 须将风电机组输出的电压和频率变换成电网恒定 的电压和频率，而采用电力电子变频器能高效节能 实现理想的变换。
" 风电机组系统结构与特点
要将风电机组输出的电压和频率变为电网的 恒定电压和频率加以传输，目前一般采用全额定值 变换原理，见图 !。风电机组通过全额定值变频器 和变压器与高压电网相联，变频器将风电机组输出 的总是在不停变化的交流电压，首先变换成直流， 再逆变成电压频率和幅值及相位与电网一致的交 流电源电压。显然，变频器的容量必须与发电机的 额 定 容 量 对 等 ，因 此 ，一 些 资 料 把 这 种 变 频 器 称 作
为使直流母线上的电压达到足够高的程度，除 了增大风力机的驱动功率、加大发电机的单机容量 外，据《,-- 技术》杂志 #778 年 ! 期介绍，在发电机 定子线圈绕制上，是由一整条高压电缆绕制而成， 发电机输出电压可高达 #! 9: 以上，从而使逆变器 输出交流电源电压值足够高，不需要升压变压器就 可直接并入当地电网运行。
第 #$ 卷
器的容量为所有发电机 ,0 1 20 整流器容量总和， 可作到 /".$" *+。这种方式的特点是：直流母线 上的电压是多台发电机整流输出后得到的，由每台 发电机间交流输出电压的相位不同，相当于 %34!/ 相 交 流 电 压 的 整 流 输 出 ，纹 波 系 数 特 别 小 ，尽 管 每 台发电机输出频率很低，约为 $.#" 56，也不会损坏 母线电压的波形效果，所以可以取消风力机与发电 机间的增速齿轮箱，由风力机直接驱动发电机转 子。另外，由于变频器中整流与逆变部分的分离，提 高了风电场的经济整体效益及运行可靠性。
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2湖北省电力试验研究院4湖北 武汉 0($$’’3
摘 要 ：简 述 了 大 型 风 力 发 电 机 组 系 统 的 结 构 组 成 及 特 点 ，同 时 也 简 介 了 节 能 变 频 器 在 大 型 风 力 发 电 系 统 中
这种方式的优点是，所用变频器的体积容量大为 减少，变频器容量只有被励发电机容量的 ! . (/! . 0，
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图 ! 变频器励磁 而且省去了风力与发电机间的增速齿轮箱，以及发 电机电枢绕组与电网间的可能需要设置的升压变 压器。
除有刷励磁方式外，还有无刷励磁的风力发电 机方式，见图 %。发电机由两台轴连接的绕线转子 异步电机组成&见图 %&’(，一台为发电机，另一台为 励磁机，两套转子绕组 在 电 气 上 直 接 相 联 ，如 图 % &)( 所 示 ，实 质 是 一 种 无 刷 歇 尔 皮 斯 系 统 ，变 频 器 设 置 在 励 磁 机 的 定 子 回 路 ，并 与 工 频 电 源 相 联 ，这 样 便构成无刷励磁系统，图中的励磁机与变频器便是 一种无刷歇尔皮斯电机。通过改变变频器对励磁机 输 出 电 压 的 相 位 、幅 值 和 频 率 ，便 可 达 到 发 电 机 实 现变速恒频恒压运行的目的。
这种方式的风力发电机群，已在瑞典的 ;’<= <>??@3 风电场安装运行，在寿命期终了后，有效材 料可再生利用。
图 " 用变频器进行无刷励磁
" 国外风电机组系统的结构与特点
国外的风电机组和变频器技术起步较早，技术 较国内先进，风力发电机单机容量已能生产 $ *+ 机组，变频器容量也做得较大。据《,-- 技术》杂志 !""" 年第 % 期介绍，单机容量为 %.$ *+ 的风力 发电机群，对变频器的配置方式如图 / 所示。在风 力发电场的几台发电机中，每台电机的电枢绕组输 出端只设置 ,0 1 20 整流器，通过直流母线实现所 并联发电机的同步变速运行，再由风电场中的公用 逆变器把直流母线中的电源转变成电压频率、幅值 及相位与电网一致的交流电源进行传输，公用逆变
C B8 C
图 # 变频器在“$%&’()*+,*”系统中的应用
#结语
风力发电技术是一种无污染再生能源，越来越 受重视，世界各国都竞相开发和应用。据联合国资 料统计，仅 #777 年一年，全世界对风力发电的投资 就超过 !" 亿美元，新装机 % A8" *+，增 长 速 度 为 %A !，成为发展最快的清洁能源技术。作为变速恒 频恒压并网运行的变频器，由于其提高风电场经济 效益及可靠性的特点，必将在风力发电中具有极为 广阔的市场应用前景。
收稿日期：#$$! 1 $% 1 $0 作 者 简 介 ：叶 启 明2!%0$13，男 ，上 海 人 ，高 级 工 程 师+
全额定值变频器。这种方式的最大优点是发电机的 变速范围宽，适用风力变化较大的环境能力强，而 且维护简便。缺点是变频器容量大，体积大，并由于 风力机的机械旋转角频率远远低于电网工频角频 率 ，为 减 轻 发 电 机 的 重 量 ，以 及 变 频 器 中 直 流 环 节 的纹波系数，必须在风力机与发电机之间设置增速 用齿轮箱。
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自 !%&% 年 ， 新 疆 建 成 全 国 首 座 风 力 发 电 场— ——达坂城风电一场，!! 年来，又相继建成达坂 城风电二场和布尔津风电场。到 #$$$ 年底，新疆风 电装机总容量已达 ’( )*，占全国风电场总装机 容量的 #!+! !，居全国第一位。
从 !%%’ 年初开始，中科院电工所经过三年努 力，完成了国家“九五”科技攻关项目中的《,$$ -* 风 力 发 电 机 组 单 机 电 气 控 制 技 术 及 装 备 的 研 制 》。 与此同时，新疆风能公司也完成项目中的《,$$ -* 国 产 化 风 机 的 研 制 》。 使 我 国 具 备 了 单 机 容 量 为 ,$$ -* 风能发电机的批量生产能力，将有力地推 动我国对环保无污染能源— ——风能的开发。
图 " 变频器与电枢绕组相联 这种方式中的发电机可以用鼠笼型异步发电 机，也可以用永磁同步发电机。若用鼠笼异步电机， 变频器相当于众所周知的异步电机传动系统中所 用 变 频 器 的 可 逆 运 行 ；若 用 永 磁 同 步 发 电 机 ，该 电 机连同变频器及变压器构成一台无换向器发电机。
除上述图 ! 这种方式外，较为受关注的是用变 频器对风力发电机进行励磁方式。图 # 是有刷励磁 方式。发电机为线绕式转子异步电机，转子励磁线 圈通过滑环与电刷和静止变频器相联，所以称为有 刷励磁，通过控制变频器对发电机转子回路输出的 三 相 交 流 低 频 电 压 的 相 位 、幅 值 及 频 率 ，来 达 到 发 电机变速恒频恒压以致联网运行的目的。
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的作用和重要地位，以推动风力发电的开发和发展。
关键词：风力发电；电网；变频器；特点
中 图 分 类 号 ：5),!0
文 献 标 识 码 ：6
文 章 编 号 ：!$$,7,"!%2#$$#3$#7$$,’7$#
589 :;<=>;=<9 ?@A 68?<?>;9<BC;B> DE F?<G9
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大型风电机组也必须通过电网进行传输，一般 大于 !$$ -* 的风电机组就需联网运行，这样就必 须将风电机组输出的电压和频率变换成电网恒定 的电压和频率，而采用电力电子变频器能高效节能 实现理想的变换。
" 风电机组系统结构与特点
要将风电机组输出的电压和频率变为电网的 恒定电压和频率加以传输，目前一般采用全额定值 变换原理，见图 !。风电机组通过全额定值变频器 和变压器与高压电网相联，变频器将风电机组输出 的总是在不停变化的交流电压，首先变换成直流， 再逆变成电压频率和幅值及相位与电网一致的交 流电源电压。显然，变频器的容量必须与发电机的 额 定 容 量 对 等 ，因 此 ，一 些 资 料 把 这 种 变 频 器 称 作
为使直流母线上的电压达到足够高的程度，除 了增大风力机的驱动功率、加大发电机的单机容量 外，据《,-- 技术》杂志 #778 年 ! 期介绍，在发电机 定子线圈绕制上，是由一整条高压电缆绕制而成， 发电机输出电压可高达 #! 9: 以上，从而使逆变器 输出交流电源电压值足够高，不需要升压变压器就 可直接并入当地电网运行。