風(fēng)力發(fā)電概況論文正稿(編輯修改稿)
2025-07-15 14:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，減小陣風(fēng)對電網(wǎng)的擾動。然而，由于外接電阻消耗了大量能量，電機效率降低了。有些文獻(xiàn)也把這種發(fā)電系統(tǒng)稱為高轉(zhuǎn)差率異步發(fā)電機系統(tǒng)。圖2 繞線式有限變速發(fā)電機系統(tǒng) 變速風(fēng)力發(fā)電機 由雙饋異步發(fā)電機(Doubly fed induction gener—ator，DFIG)構(gòu)成的變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的，如圖3所示。流過轉(zhuǎn)子回路的功率是雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)速運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分。一般來說，轉(zhuǎn)差率為同步速附近30％左右，因此，與轉(zhuǎn)子繞組相連的勵磁變換器的容量也僅為發(fā)電機容量的30％左右，這大大降低了變換器的體積和重量。采用雙饋發(fā)電方式，突破了機電系統(tǒng)必須嚴(yán)格同步運行的傳統(tǒng)觀念，使原動機轉(zhuǎn)速不受發(fā)電機輸出頻率限制，而發(fā)電機輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉(zhuǎn)子速度和瞬時位置的影響，變機電系統(tǒng)之問的剛性連接為柔性連接。圖3 饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)相對于繞線式發(fā)電機，雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子能量沒有被消耗掉，而是可以通過變換器在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)之間雙向流通。變換器可以提供無功補償，平滑并網(wǎng)電流．正是DFIG具有上述優(yōu)點，目前大多數(shù)大可變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都采用這種方式，例如Vestas，Gamesa，GE，Nordex等公司都有此類產(chǎn)品。但其控制系統(tǒng)也相對復(fù)雜，尤其是雙向變換器的DFIG勵磁控制技術(shù)和雙向并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)，對于DFIG系統(tǒng)而言，是至關(guān)重要的難點之一。雙饋發(fā)電機系統(tǒng)具有的缺點：存在多級齒輪箱及滑環(huán)、電刷，不可避免地帶來摩擦損耗，增大了維護(hù)量及噪聲等；在電網(wǎng)故障瞬間，驟然變大的定子和轉(zhuǎn)子電流要求變換器增加保護(hù)措施，增大了軟硬件投入，而且大的故障電流增加了風(fēng)力機的扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。 電勵磁同步發(fā)電機(Electrically excited synchro—BOLLS generator，EESG)變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖4所示，電壓源型逆變器的直流側(cè)提供電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流，發(fā)電機發(fā)出的是電壓和頻率都在變化的交流電，經(jīng)整流逆變后變成恒壓恒頻的電能輸入電網(wǎng)。通過調(diào)節(jié)逆變裝置的控制信號可以改變系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率，實時滿足電網(wǎng)的功率需要。在變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組中，整流逆變裝置的容量需要與發(fā)電機容量相等。圖4 電勵磁同步發(fā)電機直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采取直驅(qū)方式，發(fā)電機運行在低速狀態(tài)，其電磁轉(zhuǎn)矩相對較大，同時發(fā)電機極對數(shù)較多，意味著發(fā)電機的體積也較大。但由于省去了齒輪箱，系統(tǒng)的效率和可靠性都得到了提高。變換器為全功率變換器，在整個調(diào)速范圍能使并網(wǎng)電流平滑，具有噪聲低、電網(wǎng)電壓閃變小及功率因數(shù)高等優(yōu)點。該系統(tǒng)主要缺點是系統(tǒng)成本較高，功率變換器損耗較大。 永磁同步發(fā)電機(Permanent magnet synchronous generator，PMSG)變速恒頻直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，它采用的電機是永磁發(fā)電機，無需外加勵磁裝置，減少了勵磁損耗；同時它無需電刷與滑環(huán)，因此具有效率高、壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點。在定子側(cè)采用全功率變換器，實現(xiàn)變速恒頻控制。系統(tǒng)省去了齒輪箱，這樣可大大減小系統(tǒng)運行噪聲，提高效率和可靠性，降低維護(hù)成本。所以，盡管直接驅(qū)動會使永磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)速很低，導(dǎo)致發(fā)電機體積很大，成本較高，但其運行維護(hù)成本卻得到了降低。采用直接驅(qū)動永磁發(fā)電機具有傳動系統(tǒng)簡單、效率高以及控制魯棒性好等優(yōu)點，因此具有越來越大的吸引力。目前已有多家公司可以提供商業(yè)化的多極永磁風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，如Enercon，WinWind等公司。該系統(tǒng)的主要缺點是永磁材料價格較高，且在高溫下易被去磁，功率變換器容量與發(fā)電機容量相同，變換器成本較高。圖5 磁同步發(fā)電機直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)隨著風(fēng)機單機容量的增大，齒輪箱的高速傳動部件故障問題日益突出，于是沒有齒輪箱而將主軸與低速多極同步發(fā)電機直接相接的直驅(qū)式布局應(yīng)運而生。但是，低速多極發(fā)電機重量和體積均大幅增加。為此，采用折中理念的半直驅(qū)布局在大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，如圖6所示。圖6 級齒輪箱驅(qū)動永磁同步發(fā)電系統(tǒng)與直驅(qū)永磁同步發(fā)電系統(tǒng)不同是，半直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)力機和PMSG之間增加了單級齒輪箱，綜合了DFIG和直驅(qū)PMSG系統(tǒng)的優(yōu)點。與DGIG系統(tǒng)相比，減小了機械損耗；與直驅(qū)PMSG系統(tǒng)相比，提高了發(fā)電機轉(zhuǎn)速，減小了電機體積。采用全功率變換器，平滑了并網(wǎng)電流，電網(wǎng)故障穿越能力得到提高。4 風(fēng)力發(fā)電場及投資在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機安裝場地選址時，首先應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)氐哪茉词袌龅墓┣笄闆r、負(fù)載的性質(zhì)和每晝夜負(fù)載的動態(tài)變化；在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)風(fēng)能資源的情況選擇有利的場地，以獲得盡可能多的發(fā)電量。另外，也應(yīng)考慮風(fēng)力發(fā)電機安裝和運輸方面的情況，以盡可能降低風(fēng)力發(fā)電成本。因此，如何選擇有利的氣象條件，對獲得風(fēng)力發(fā)電機組最佳氣動性能和最好的經(jīng)濟效益有著重要意義。第一階段：參照國家風(fēng)能資源
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