【正文】 勵(lì)磁機(jī)的參數(shù)： 勵(lì)磁功率： 勵(lì)磁電流： 29A 頻率： 104200Hz 勵(lì)磁電壓： 3*75V Y 功率因數(shù)： 1 復(fù)勵(lì)電壓： 150V 驅(qū)動(dòng)類型： S162 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 28 轉(zhuǎn)速范圍： 10402021rpm 復(fù)勵(lì)電流： 整流器 整流器的作用是將交流電變?yōu)?直流電，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能是電壓、頻率隨機(jī)變化的交流電，必須經(jīng)過整流電路變?yōu)殡妷?、頻率一定的電能。 （ b） 由于有同步裝置，并網(wǎng)時(shí)沖擊電流很小。 隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)以及對(duì)于可再生資源的需求，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益受到重視。死區(qū)時(shí)間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間來決定。VNu和39。 u UN 39。 U、 V和 W 各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以 U相為例來說明。 ?NNu時(shí)為橋臂 4 導(dǎo)電的時(shí)間，其中 0U?i 時(shí)為 4VD 導(dǎo)通，0U?i 時(shí)為 4V 導(dǎo)通。UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 23 圖 313（ f） 給出了利用式 (38)和式 (310)繪出的 UNu 的波形， VNu 、 WNu 的波形形狀 和 UNu 相同，僅相位依次相差 120176。NNu的波形如圖 313（ e） 所示，它也是矩形波，但其頻率為39。39。39。WNu的波形形狀和39。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 22 2dU2dU 1V 5V2V6V4V3V6VD4VD 2VD1VD 3VD 5VD N39。采用 IGBT 作為開關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路如圖312 所示，可以看成由三個(gè)半橋逆變電路組成。 電壓型逆變電路的特點(diǎn) （ a） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。這就是逆變電路最基本的工作原理。這種并網(wǎng)方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的并網(wǎng)裝置，并網(wǎng)操作簡(jiǎn)單，并網(wǎng)過程迅速。另一種是取消變速齒輪箱，把風(fēng)輪軸與發(fā)電機(jī)直聯(lián)，并把發(fā)電機(jī)做成低速同步發(fā)電機(jī)。 通過并聯(lián)可將幾臺(tái)電機(jī)或幾個(gè)電站并成一個(gè)電網(wǎng)。副勵(lì)磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵(lì)磁機(jī)，而主勵(lì)磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。 b） 如果增加勵(lì)磁電流到 1fI ，則 0E? 將沿直線 AB 右移到 01E? ， aI? 將沿直線 CD 下移至 1aI? ， 1aI? 滯后于 U? ，發(fā)電機(jī)處于過勵(lì)狀態(tài)，輸出功率中除了有功功率外，還有滯后性的無功功率； c） 如將勵(lì)磁電流減少到 2fI ，則 0E? 沿 BA 左移到 02E? ， aI? 沿 DC 上移到 2aI? ， 2aI? 超前于 U? ，發(fā)電機(jī)處于欠勵(lì)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)輸出功率中除了有功功率外，還有超前性的無功功率。因此如果只要求改變發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的有功功率時(shí)，應(yīng)該在調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率的同時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率。而當(dāng) m??? 時(shí)，隨著 ? 的增大， MP 反而減小，電磁功率無法與輸入的機(jī)械功率相平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越來越大，發(fā)電機(jī)將失去同步，故在這一區(qū)間發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 15 圖 33 功角的空間概念 （ 3）功角特性 功角特性指的是電磁功率 MP 隨功角 ? 變化的關(guān)系曲線 ? ??fPM ? 的。它表示發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電勢(shì) 0E? 和端電壓 U?之間相角差。 B 相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又超前 C 相感應(yīng)電陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 14 動(dòng)勢(shì) 120176。轉(zhuǎn)子上有繞組，繞組中通以直流以后便可激勵(lì)磁場(chǎng)。 圖 31 同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型 圖 31 給出了最常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱交流繞組。由于發(fā)電機(jī)在此之前仍處于出力狀態(tài)，轉(zhuǎn)速在 1500r/min 以上，脫網(wǎng)后轉(zhuǎn)速將進(jìn)一步上升。例如 NEGMIicon 750kW機(jī)組以 10min平均功率達(dá)到某一預(yù)置值 P1 或 4min平均功率達(dá)到預(yù)置值 P2 為切換依據(jù)。采用了 RCC 控制的變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，變槳距機(jī)構(gòu)主要用于風(fēng)速緩慢上升或下降時(shí)，通過調(diào)整葉片攻角，調(diào)節(jié)輸出功率。變速恒頻機(jī)組的特點(diǎn)是風(fēng)車和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。180176。因此無需根據(jù)電流反饋調(diào)整導(dǎo)通角。恒速恒頻機(jī)組的風(fēng)車轉(zhuǎn)速保持不變，而風(fēng)速又經(jīng)常變化，顯然 C 不可能保持最佳值。具體形式的保護(hù)功能如下 ： （ 1） 主電路保護(hù)功能 ： 在變壓器低壓側(cè)進(jìn)線處設(shè)置配電低壓斷路器，以實(shí)現(xiàn)變壓器電氣元件的維護(hù)操作安全和短 路過載保護(hù)。等功率下降后脫網(wǎng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路主接觸器動(dòng)作，機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)于變漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制原則與定漿距風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同，即功率調(diào)節(jié)方式不同，它采用變漿距方式來改變風(fēng)輪捕捉得能 量，從而使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率發(fā)生變化，最終達(dá)到限制功率輸出的目的。被動(dòng)偏航是指依靠風(fēng)力通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式，常見的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向三種。偏航系統(tǒng)的偏航動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙和塔架之間的連接電纜發(fā)生紐絞，所以在偏航系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置與方向有關(guān)的計(jì)數(shù)裝置或類似的程序?qū)﹄娎|的紐絞程度進(jìn)行檢測(cè)。 將同步發(fā)電機(jī)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電上有兩種機(jī)械聯(lián)接方式 :一種是通過變速齒輪箱，做成高速同步發(fā)電機(jī)；另一種是取消變速齒輪箱，把風(fēng)輪軸與發(fā)電機(jī)直聯(lián)，并把發(fā)電機(jī)做成低速同步發(fā)電機(jī)。 水平軸風(fēng)力機(jī)為了得到最高的風(fēng)能利用效率，應(yīng)使風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，因此需要對(duì)風(fēng)裝置。各設(shè)計(jì)一套論證充分的并網(wǎng)方案，最后在通過實(shí)踐驗(yàn)證其可行性。目前大中型風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，已經(jīng)成為我國風(fēng)能利用的主要形式，隨著并網(wǎng)機(jī)組需求持續(xù)增長，生產(chǎn)量上升，機(jī)組更新?lián)Q代，單機(jī)容量提高，機(jī)組性能優(yōu)化，故障降低，生產(chǎn)成本下降，風(fēng)電已經(jīng)接近與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的能力。此外，由于運(yùn)行的大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)由國外進(jìn)口，而國外風(fēng)力發(fā)電組的容量、規(guī)格更新很快，我國進(jìn)口的許多型號(hào)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品不再生產(chǎn)，所以風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備的更換、維護(hù)也是一個(gè)問題。設(shè)備的國產(chǎn)化率有了明顯提高。在理論上，最好的風(fēng)輪約 60%的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)是無人值守的。要知道， 600kW 的風(fēng)機(jī)機(jī)艙總重 20多噸，使這樣一個(gè)系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)準(zhǔn)主風(fēng)向也有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。隨著風(fēng)機(jī)制造水平越來越高，成本逐步降低，而機(jī)組自身的可靠性不斷提高，后者已上升為主要原因。 NEGMicon 公司于 1995 年、 Vestas 公司于 1996 年豐別研制成功 1500kW風(fēng)電機(jī)組， 1998 年，兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場(chǎng)開始形成。大規(guī)模的風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓 波 動(dòng)， 諧波污染 等一系列問題。自1975 年以來，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制取得了長足的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電的成本不斷降低。例如《丹麥政府 21世紀(jì)能源行動(dòng)計(jì)劃》中宣布：到 2030 年，丹麥的離岸風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到 4000MW，陸上風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到 1500MW，到那時(shí)，丹麥電力消費(fèi)總量的一半將由風(fēng)力發(fā)電提供。 齒輪箱可以將很低的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（ 600kW 的風(fēng)機(jī)通常為 27r/min）變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（通常為 1500 r/min）。在停機(jī)時(shí)，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，要在這樣 惡劣的條件下，根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ο到y(tǒng)加以控制，在穩(wěn)定的電壓和頻率下運(yùn)行，自動(dòng)地并網(wǎng)和脫網(wǎng)。到風(fēng)的地方往往是荒灘或山地，建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的同時(shí)也開發(fā)了旅游資源 。因此，研究分析風(fēng)電發(fā)展存在的問題和影響因素，提出相應(yīng)的措施和對(duì)策，是促進(jìn)我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。隨著對(duì)能源需求和環(huán)保法規(guī)執(zhí)法力度不斷加大，而風(fēng)電技術(shù)是一門不斷發(fā)展和完善中的多學(xué)科的高新技術(shù)，為降低造價(jià)，在提高單機(jī)容量，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝，以及減輕部件重量上，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，它的優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)性必將日益發(fā)揮出來。同時(shí)，風(fēng)力 發(fā)電 又是新能源 發(fā)電 技術(shù)中最成熟和最具規(guī)模開發(fā)條件的 發(fā)電 方式之一。水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪由 2 或 3 個(gè)葉片組成。旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是 :電樞繞組輸出的交流電不必要通過運(yùn)動(dòng)的滑環(huán)和電刷，而是直接由固定的電樞繞組引線電纜送往負(fù)荷，所以其機(jī)械強(qiáng)度和絕緣條件都比較好，因而提高了電樞繞組的安全性和可靠性。 穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率 = %100*01f ff ? （ 23） 瞬態(tài)頻率調(diào)整率 = %100*03f ff ? （ 24） 式中 ： 0f 為負(fù)荷變化前的頻率； 1f 為負(fù)荷變化后的穩(wěn)態(tài)頻率最大值； f 為額定頻率； 3f 為負(fù)荷突變時(shí)的瞬時(shí) 頻率最大值 。偏航裝置的主要作用有兩個(gè)：其一是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率 。安全保護(hù)裝 置由大風(fēng)保護(hù)、電壓保護(hù)、電流保護(hù)、參數(shù)越限保護(hù)、抗干擾保護(hù)、機(jī)組接地保護(hù)等器件組成。大于開機(jī)風(fēng)速并且轉(zhuǎn)速達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能軟切入自動(dòng)并網(wǎng)，保證電流沖擊小于額定電流。故障消除后計(jì)算機(jī)可自行恢復(fù)正常開機(jī)。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到停機(jī)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)葉尖限速脫網(wǎng)抱液壓機(jī)械閘停機(jī)，而且在脫網(wǎng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航 90176。恒速恒頻即在風(fēng)力發(fā)電過程中，保持風(fēng)車的轉(zhuǎn)速 (即發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 )不變，從而得到恒頻的電能。如 10min 平均風(fēng)速仍大于起動(dòng)風(fēng)速，則檢測(cè)風(fēng)輪是否已開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并開啟晶閘管限流軟起動(dòng)裝置快速起動(dòng)風(fēng)輪機(jī)，并對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行控 制，使其不超過最大限定值。 ， 60176。晶閘管完全導(dǎo)通 1s 后 ，旁路接觸器吸合，發(fā)出吸合命令 1s 內(nèi)應(yīng)收到旁路反饋信號(hào)，否則旁路投入失敗，正常停機(jī)。 為了減小變槳距調(diào) 節(jié)方式對(duì)電網(wǎng)的不良影響，可采用一種新的功率輔助調(diào)節(jié)方式850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 11 轉(zhuǎn)子電流控制 RCC(Rotor Current Control)方式來配合變槳距機(jī)構(gòu)，共同完成發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)節(jié)。為提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用雙速發(fā)電機(jī)。切換過程為 :切除大發(fā)電機(jī)的補(bǔ)償電容器，脫網(wǎng)，然后小發(fā)電機(jī)軟并網(wǎng)，計(jì)時(shí) 20 秒，測(cè)量小發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若 20 秒后未達(dá)到小發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，則停機(jī)，控制系統(tǒng)復(fù)位，重新起動(dòng)；若 20 秒內(nèi)轉(zhuǎn)速己達(dá)到小發(fā)電機(jī)旁路轉(zhuǎn)速則起動(dòng)旁路晶閘管軟起動(dòng)裝置，再根據(jù)系統(tǒng)無功功率情況投入補(bǔ)償電容器。稍后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，重新切人電網(wǎng)。圖中用 AX、 BY、 CZ 三個(gè)在空間錯(cuò)開 120 電角度分布的線圈代表三相對(duì)稱交流繞組。及 240176。 1P 為自原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)的輸入的機(jī)械功率，其中一部分提供軸與軸承間的摩擦、轉(zhuǎn)動(dòng)部分與空氣的摩擦及通風(fēng)設(shè)備的損耗，總計(jì)為機(jī)械損耗 mp ，另一部分供給定子鐵心中的渦流和磁滯損耗，總計(jì)為鐵心損耗 Fep , MP 為通過電磁感應(yīng)作用轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組上的電功率，稱為電磁功率 。 可見功角 ? 在時(shí)間上表示端電壓和勵(lì)磁磁勢(shì)之間的相位差，在空間上表現(xiàn)為合成磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間夾角。電磁轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩相平衡 01 TTT M ?? ，其中 0T 為空載轉(zhuǎn)矩因摩擦、風(fēng)阻等引起的阻力轉(zhuǎn)矩。而且電機(jī)承擔(dān)的有功功率的極限是 maxMP ，當(dāng) m?? ??0 時(shí)發(fā)電機(jī)可以穩(wěn)定運(yùn)行； m??? 發(fā)電機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)行。 如果保持原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變 (即不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的汽門、油門或水門 )，那么發(fā)電機(jī)輸出的有功功率亦將保持不變。如圖 36 所示。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。 電網(wǎng)對(duì)單臺(tái)發(fā)電機(jī)來說可視為無窮大電網(wǎng)或無窮大匯流排。為使沖擊電流不超過允許范圍，國家電網(wǎng)公司規(guī)定準(zhǔn)同步并網(wǎng)時(shí)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓差不超過 5%10%而頻率差不超過 %%。圖中 41 ~SS 是橋式電路的 4 個(gè)臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。但是，因?yàn)樨?fù)載中有電感，其電流方向不能立刻改變而仍維持原方向。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。UNu的波形是幅值為 2dU 的矩形波。WNu的波形如圖 313 的 （ a） 、 （ b） 、 （ c） 所示。 設(shè)負(fù)載 中點(diǎn) N 與直流電源假想中點(diǎn) 39。39。39。負(fù)載阻抗角 ? 越大， 4VD 導(dǎo)通時(shí)間就越長。這也是電壓型逆變電路的一個(gè)特點(diǎn)。 1V 和 4V 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。N?? U V W??調(diào) 制電 路rUucu rWrVCC2dU2dU圖 314 三相橋式 PWM 型逆變電路 電路的波形如圖 315 所示。因此，逆變器的輸出線電壓 PWM 波由 dU? 和 0 三種電平構(gòu)成。uUV000000d2Ud/3d/2Ud/2 Ud/2urUurVurWucωtωtωtωtωtωt 圖 315 三相橋式 PWM 逆變電路波形 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 26 4 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以使風(fēng)力機(jī)在很大風(fēng)速范圍內(nèi)按最佳效率運(yùn)行。 （ b） 因?yàn)椴捎?交 — 直 — 交 轉(zhuǎn)換方式，同步發(fā)電機(jī)的工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨(dú)立的，風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以變化，不必?fù)?dān)心發(fā)生同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)