风力发电技术1.docx

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风力发电技术1

风力发电技术1

风力发电系统的分类与拓扑结构

风力发电系统首先可以分为两类：

独立型风力发电系统和并网型风力发电系

统。

1.独立型风力发电系统

通常独立型风力发电规模较小，单机容量一般为10kW及以下，通过蓄电池

等储能装置或与其它能源发电技术相结合，用以解决偏远地区的供电问题。

并网

型风力发电：

指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。

单机容量一般在数

百kW及MW。

并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，大功率风

电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，是当今世界利用风能的主

要方式。

小型风力发电系统经常与其他能源混合发电，又可称之为“混合电力系统”。

1）一种是传统的直流混合系统，如图6所示。

小型风力机输出的交流频率

和电压可变的交流电，经过整流后输送到电池组电压等级的直流母线。

能量存储

压器直接连接电网的恒速风

机，如图8所示，双绕组风机也可归于此类。

因为鼠笼式感应电机需要从电网吸

收无功功率，所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿，使用软启动器

可以获得平稳的电网电压。

此类型的缺点是不支持速度控制，需要刚性电网支持，

机械承受应力大。

该类型还具体包括三种类型：

（1）失速控制型。

该机型在上世纪80~90年代被许多丹麦风力机制造商采用。

特点：

简单、坚固、耐用。

不能实现辅助启动，无法控制风力机的功率。

（2）桨距控制型。

优点是可控功率，可控启动和紧急停车。

缺点：

高风速时很

小的风俗变化也会导致很大的输出功率波动。

桨叶调节能补偿份额的缓慢

变化，但阵风情况不能补偿。

（3）主动失速控制型。

低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风力机，高风速时、

使桨叶进入深度失速状态。

优点：

能够获得更平稳的有限功率，不会出现

桨距控制型风力机的高功率波动。

2）B型：

有限变速

指可变转子电阻的有限变速风力机，如图9所示。

OptiSlipTM，该技术是Vestas

公司在20世纪90年代中期开始使用。

使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；

同样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。

由于转子电阻可变使

得转差率可变，因此系统的功率输出史克栋，可变转子电阻的大小决定动态速度

控制的范围。

3）C型：

变速含部分功率变频器

此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如图10所示。

是含绕线转子感应

发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定值约为标称发电机功率的

30%）。

双馈发电机结构类似于三相绕线式异步感应电机，具有定、转子两套绕

组，定子绕组并网，转子绕组外接三相转差频率变频器实现交流励磁。

部分功率

变频器用来进行无功功率补偿。

双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都

参与了励磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。

优点：

1允许发电机在同步速上下30%范围内运行，转子励磁调频。

2简化调整转置，提高运行效率。

变频器仅需对转子功率进行变频控制，而转子功率约为总功率的20%~30%，故变频器功率小，变频损耗小，变频器成本低，控制系统体积小

3良好的稳定性及转速适应能力：

在定子电源频率一定时，通过改变转子励磁频率就可以实现对转速的调节，发电机的运行转速既可高于同步转速，也可低于同步转速，有利于系统最大限度捕获风能。

4变频控制灵活，具有良好的调节特性：

通过调节转子绕组的频率、相位、幅值和相序，可以较为方便、平滑地控制发电机有功、无功、功率因数等，使其具有良好的动态和暂态特性，实现有功和无功的解耦控制

缺点：

1必须用齿轮箱，维护不方便，噪声污染

2需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，维护成本高；

3电机转子有集电环、电刷、且须定期维护、检修或更换。

4）D型：

变速全功率变频器型

此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风力机。

发电机主要有绕线

转子同步风力发电机（WRSG）或永磁同步发电机（PMSG），结构图如图11所示。

其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需要直驱多级发电机，其直

径较大。

直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为：

（1）不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型

DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的范围内，使得

逆变器的输入电压稳定，增大了逆变器的调制深度范围、提高运行效率、减小谐

波。

同时，boost电路还可以控制永磁发电机转矩和转速，提高了性价比。

（2）背靠背双PWM变流器型

电机侧变流器通过调节定子侧的d轴，可以控制发电机的无功功率为零;调

节q轴电流，可以控制发电机的电磁转矩和转速，使转速跟踪参考转速，保持风

力机处于最佳叶尖速比，在额定风速以下捕获最大风能:

电网侧变流器可以维持

直流侧电压恒定，通过调节网侧的d轴和q轴电流，可以对网侧变流器输出到电

网的有功和无功功率进行解藕控制，方便调节系统的功率因数。

优点：

后者中的PWM整流器可以同时实现整流和升压作用，所以效率较高，

通过电流隔离，计策和网侧可以实现各自的控制策略。

缺点：

全控型器件数量增多，控制电路也较复杂，增加了变流系统成本，性

价比不如不控整流+DC-DC升压+PWM逆变器