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《雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)組成，其中風(fēng)力機(jī)完成風(fēng)能到[1]機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。本章將首先介紹風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及各主要設(shè)備的運(yùn)行原理，在此基礎(chǔ)上，介紹恒速恒頻式、變速恒頻式和永磁直驅(qū)式等三種典型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性。4.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一般構(gòu)成及分類風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本部件，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還引入了電力電子變換器，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電磁功率[2]與風(fēng)力機(jī)機(jī)械功率的柔性匹配，進(jìn)而改善風(fēng)電機(jī)組的整體運(yùn)行性能。[3
2、]圖4-1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一般構(gòu)成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一般構(gòu)成，主要包括風(fēng)力機(jī)、齒輪箱（可選）、發(fā)電機(jī)、電能變換裝置（可選）等。機(jī)械能電能風(fēng)能葉輪齒輪箱(可選)發(fā)電機(jī)電能變換輸電網(wǎng)(可選)用戶/負(fù)荷能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換能量傳輸能量轉(zhuǎn)換能量傳輸與能量控制與能量控制圖4-1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一般構(gòu)成根據(jù)圖4-1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一般構(gòu)成中各部件類型及組合的不同，目前主要有以下三類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：1)恒速恒頻式（ConstantSpeedConstantFrequency,CSCF）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在有效風(fēng)速范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電能的
3、頻率恒定，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速變化范圍很小，近似恒定；通常該類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組為鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)組。2)變速恒頻式（VariableSpeedConstantFrequency,VSCF）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在有效風(fēng)速范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)組定子發(fā)出的交流電能的頻率恒定，而發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速變化；通常該類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組為雙饋感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)組。3)變速變頻式（VariableSpeedVariableFrequency,VSVF）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，1其特點(diǎn)是在有效風(fēng)速范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)組定子側(cè)產(chǎn)生的交流電能的頻率和發(fā)電
4、機(jī)組轉(zhuǎn)速都是變化的，因此，此類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要串聯(lián)電力變流裝置才能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。通常該類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組為永磁同步發(fā)電機(jī)組。圖4-2～圖4-4是幾種典型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。風(fēng)力機(jī)鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)齒輪箱~圖4-2恒速恒頻式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖背靠背四象限變流器ACDCDCAC風(fēng)力機(jī)電網(wǎng)齒輪箱~雙饋感應(yīng)式異步發(fā)電機(jī)圖4-3變速恒頻式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)力機(jī)背靠背四象限變流器電網(wǎng)ACDC~DCAC永磁同步發(fā)電機(jī)圖4-4變速變頻直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖24.2風(fēng)力機(jī)的功率調(diào)節(jié)原理風(fēng)力機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中
5、的原動機(jī)，其功能是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動后續(xù)裝置——發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。風(fēng)力機(jī)主要包括風(fēng)輪、塔架和對風(fēng)裝置。風(fēng)輪是由輪轂及安裝于輪轂上的葉片組成，是風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的部件；塔架是為了風(fēng)輪能在地面上較高的風(fēng)速中運(yùn)行；對風(fēng)裝置是實(shí)現(xiàn)風(fēng)向跟蹤裝置，使風(fēng)輪總能處于最大迎風(fēng)方向?，F(xiàn)代大容量風(fēng)力機(jī)為水平軸風(fēng)力機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是掃風(fēng)面積大、風(fēng)能利用系數(shù)Cp高（Cp能大于0.5）等。按風(fēng)功率調(diào)節(jié)方式分類，風(fēng)力機(jī)又可分為定槳距風(fēng)力機(jī)和變槳距風(fēng)力機(jī)兩種。定槳距風(fēng)力機(jī)其風(fēng)功率捕獲控制完全依靠葉片的氣動性能，難以對風(fēng)功率的捕獲進(jìn)行精確的控制，其優(yōu)點(diǎn)是
6、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、同時(shí)具有較好的安全系數(shù)。變槳距風(fēng)力機(jī)通過葉片槳距角調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能捕獲控制，在低風(fēng)速條件下具有較高的風(fēng)能捕獲效率，高于額定風(fēng)速時(shí)擁有平穩(wěn)的風(fēng)功率輸出。因此得到了廣泛的應(yīng)用。但其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，對風(fēng)速的跟蹤有一定的延時(shí)，可能導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)的瞬[4]間超載。4.2.1風(fēng)力機(jī)的輸出功率風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收的功率可用下式表示：3Pm?CpPw＝0.5Cp?A1wV（4-1）式中：Pm為風(fēng)輪輸出功率（W），Cp為風(fēng)能利用系數(shù)——表征風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能能223力的參數(shù)，A1=?R為風(fēng)力機(jī)葉片掃略面積（m），?為空氣密度（kg/m
7、），Vw為風(fēng)速（m/s），R為風(fēng)力機(jī)葉片半徑（m）。由式（4-1）可知，風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收的功率與空氣密度?、風(fēng)速Vw、葉片半徑R和風(fēng)能利用系數(shù)Cp等都有關(guān)。在任一時(shí)刻，由于無法對空氣密度、風(fēng)速、葉片半徑等施加控制，因此，為了獲得最大風(fēng)能捕獲，唯一的控制參數(shù)便是風(fēng)能利用系數(shù)Cp。眾所周知，如果接近風(fēng)輪的空氣的全部動能都被轉(zhuǎn)動的風(fēng)輪葉片所吸收，則風(fēng)輪后的空氣就不動了，然而空氣不可能不動，所以風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能捕獲效率總是[5]小于1；根據(jù)Betz理論，風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)的理論最大值是0.59，其實(shí)際值通常在0.47左右。3風(fēng)力機(jī)
8、的風(fēng)能利用系數(shù)Cp與風(fēng)力機(jī)葉片參數(shù)（如攻角、槳距角、葉片翼型）和風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速等有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，往往用Cp-葉尖速比?的關(guān)系曲線來表示該風(fēng)輪的空氣動力特性，其中風(fēng)輪的葉尖速比?定義為風(fēng)輪葉尖的線速度與風(fēng)速之比，即：?=?R/V（4-2）式中：?為風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)角速度；R為風(fēng)輪半徑；V為風(fēng)速。圖4-5現(xiàn)代大功率風(fēng)力機(jī)的Cp-
