风力发电机组培训教材

1. 原理
总体上是一个带有三相定子线圈的异步发电机，定子线圈直接与 电网相连；
并且三相转子线圈通过滑环和PEC与电网相连，这里的PEC仅承担 额定功率的30%；
风机转子电路中的能量通过回收、处理和转换，最后通过部分范 围的背靠背PEC输送给电网（替代了WRIG中的无源wenku.baidu.com阻器）；
大风时，桨矩调节和PEC控制协调进行；转子电路的PEC通过给风 机转子电路注入频率可变的电流来补偿风机机械频率和电气频率 的差额；
Suzlon 2.1MW 4极WRIG风机转速甚至可以变化到额定转速的
转子16.电7%；气上看起来和SCIG相同时，将电阻器旁路
借助于调转差率的变速运行，比调桨要快； 将电阻器旁路，转子电气上看起来和SCIG相同；
4. 优点与局限（1）
4.1 优点： 与相同额定输出功率的SCIG相比，WRIG在强惯性负荷和低起动电
这个“转差”提供阻尼动作，帮助抑制机械振荡； 不要求与电网同步。构造简单，成本低廉，维护方便。它的成本是相同
等级的同步电机的十分之一； 这种发电机可以用在变速场合； 它有一定的超载容量和风速变化容量，机组坚实、可靠； 鼠笼转子的极数与定子极数有自适应能力。
4.2 缺点： 缺少同时控制有功和无功的可能性； 因为电网的励磁电流，这些SCIG也消耗无功，总的负荷功率因数（cosφ ）
1. 原理 2. 构成 3. 特点 4. 优点与局限 5. 感应机的无功补偿
1.绕线式感应发电机原理
• WRIG本质上是一台带有定子和转子的感应电机。基
本的不同点在转子结构中。
• WRIG用铜绕组代替了鼠笼结构，有3相星形连接的 绝缘铜绕组，缠绕出与定子相同的极数。
• 通过滑环和电刷连接外部可调电阻器。高于额定转 速时，有效地控制外部电阻，使转差率可控。
4. 优缺点（2）
4.2 缺点（续） 变化的旋转速度会造成大的输出功率振荡，致使电压振荡，可能
造成小的闪变； 大的风机转轮机械负荷振荡以及电能振荡被转化成转矩振荡，可
能致使齿轮箱故障； 用VSI（变速感应机）技术，即使它工作在大的变速范围，它的
尺寸也太大了，因而非常昂贵。
二、绕线式感应发电机组
相对低。常用电容组或者静态无功补偿装置（SVC）可以用来补偿无功； 对于一个大范围风速，风机叶片不是运行在最佳运行点； 它不能提供电压或者频率控制，它需要有一个强劲的电网； SCIG的功率不能很快地进行调整，除非对于变桨距风机进行变桨距操作； 它没有故障穿越特性。在故障期间，它们需要被断开。
目录
绪论 第一讲 风能资源 第二讲 电工基础 第三讲 风力发电中的输变电 第四讲 风力发电机组的基本结构 第五讲 风力发电中的空气动力学原理 第六讲 风力发电机的原理与机组构成 第七讲 风力发电机组的运行与维护
第六讲 风力发电机的原理与机组构成
一、鼠笼感应风力发电机组 二、绕线式感应发电机组 三、双馈异步发电机组 四、绕线式同步机的直驱机组 五、绕线式同步机齿轮驱动机组 六、永磁直驱同步发电机组 七、半齿轮驱动永磁机组
• 是发电还是电动取决于转差率S, 当S为负值，则为发 电机，对风电S为-1%至-2%
• 转差率S是同步旋转速度Ns和
实际转子转速N间的相对差，即
风厂力S=发(N电s -N)/Ns
2. 鼠笼风电机组的构成
3. 应用范围
单一鼠笼感应机在MW级以下的定速风机中获得了广泛的应用； 带有单一具备双速绕组的鼠笼感应机；通过改变绕组改变极对数。
例如，高速时用4极，低速时用6极； 带有两台分开的具有不同等级的鼠笼感应机，应用较少； 带有单一鼠笼感应机（SCIG）的风机，其定子通过电力电子变换
器（PEC）与电网相联，可以大范围的变速。这是后面将介绍的 变速恒频发电机中的一种。
应用鼠笼机的变速恒频机组
4. 优缺点（1）
4.1 优点： 它有一些很好的机械和电气特性，可以在风机中使用，即发电机转差。
5. 感应机的无功补偿手段
机械开关旁路电容 静态无功补偿装置（SVCs），例如
——可控硅开关电容器（TSCs） ——晶闸管控制电抗器（TCR） 静态补偿器（STATCOMs） 动态电压补偿（DVR）
电力电子接口取决于输入参数的特性
三、双馈异步发电机组
1. 原理 2. 构成 3. 特点 4. PEC在风电机组中的作用 5. 优点与局限
流下有更好的起动转矩，更高的效率和功率因数。 与SCIGs相比，因为增加了转差率，它对电网的运行变得比较灵
活。转子动力阻尼得到了很大的改进。阵风时如果感应电机有高 的转差率，阵风中的部分能量可以转换成转子的加速度，因此叶 片转矩角不需要瞬间变小。阵风不仅能通过机械惯性缓冲，也能 将能量存储在中间电容器里。 控制更简单，因为不管转子的频率为多少，磁化电流是几乎恒定 的。
一、鼠笼感应风力发电机组
1. 原理 2. 构成 3. 应用范围 4. 优缺点
1. 鼠笼机原理
• 转子类似鼠笼，定子类似同步电机定子。
• 定子通电后，旋转磁场在转子鼠笼条中产生感应电流；
• 转子电流与气隙旋转磁场相互作用，从而在转子上产 生转矩，这就是电动机原理；如果外力拖动转子，当转 速超过同步速时，反电势就会在定子中感生出电流。
• 通过设定更大的转子电阻或更大的漏电抗，获得更 大的滑差，适于较大容量的风机。
• 能在狭窄的变速范围内变速，WRIG是恒速运行和变 速运行之间的折中方法。
可调电阻通过滑环 串入转子绕组中
2. WRIG风力发电机组的构成
3. WRIG的特点
保留了SCIG的优点，能能在狭窄范围内变速； 转差率直接正比于转子电阻，输出转矩正比于转差率； 由于转差率有较大改变，以致电机的转速可改变10%以上。
4. 优点与局限（2）
每提高1%的转差率，就会有1%的附加损耗。转子的转差功率以热 损失的形式丢失。又加重了机舱的冷却负担。
增加了可调电阻，增加了滑环，从而增加了维护费用。 WRIG 不像SCIG那样坚固耐用；增加了绕线转子和控制器件，造
价也比SCIG高了。同时，增加了维护成本。 对有功功率和无功功率的控制不是很优质的。