6小學科學演講：風力發(fā)電(編輯修改稿)
2024-09-19 16:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 利用系數(shù)在額定風速以下的整個運行范圍內(nèi)都處于最大值，從而可比恒速運 行獲取更多的能量。尤其是這種變速機組可適應(yīng)不同的風速區(qū)，大大拓寬了風力發(fā)電的地域范圍。即使風速躍升時，所產(chǎn)生的風能也部分被風輪吸收，以動能的形式儲存于高速運轉(zhuǎn)的風輪中，從而避免了主軸及傳動機構(gòu)承受過大的扭矩及應(yīng)力，在電力電子裝置的調(diào)控下，將高速風輪所釋放的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，送入電網(wǎng)，從而使能量傳輸機構(gòu)所受應(yīng)力比較平穩(wěn)，風力機組運行更加平穩(wěn)和安全。 變速恒頻風力機組可在風速低于額定風速時，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，盡可能最大地捕獲風能，同時穩(wěn)定發(fā)電機輸出電能的頻率；在風速高于額定風速時通過變槳距保持額定 發(fā)電功率，仍可捕獲 “ 最大 ” 能量。 變速恒頻這種調(diào)節(jié)方式是目前公認的最優(yōu)化調(diào)節(jié)方式，也是未來風電技術(shù)發(fā)展的主要方向。變速恒頻的優(yōu)點是大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運行轉(zhuǎn)速，來適應(yīng)因風速變化而引起的風力機功率的變化，可以最大限度的吸收風能，因而效率較高；控制系統(tǒng)采取的控制手段可以較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率、無功功率，但控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。 風力發(fā)電機變速恒頻控制方案一般有四種。鼠籠式異步發(fā)電 第 7 頁 共 13 頁 機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 。交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 。無刷雙饋發(fā)電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 。永磁發(fā)電機變速恒頻風力發(fā) 電系統(tǒng)。 鼠籠式異步發(fā)電機變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 采用的發(fā)電機為鼠籠式轉(zhuǎn)子，其變速恒頻控制策略是在定子電路實現(xiàn)的。由于風速是不斷變化的，導致風力機以及發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也是變化的，所以實際上鼠籠式風力發(fā)電機發(fā)出的電是頻率變化的，即為變頻的，通過定子繞組與電網(wǎng)之間的變頻器把變頻的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能。盡管實現(xiàn)了變速恒頻控制，具有變速恒頻的一系列優(yōu)點，但由于變頻器在定子側(cè)，變頻器的容量需要與發(fā)電機的容量相同，使得整個系統(tǒng)的成本、體積和重量顯著增加，尤其對于大容量的風力發(fā)電系統(tǒng)。 雙饋式變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 雙饋式變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)常采用的發(fā)電機為轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機 類似。由于這種變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(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，故所需的雙向變頻器的容量僅為發(fā)電機容量的一小部分，這樣該變頻器的成本以及控制難度大大降低。這種采用交流勵磁雙饋發(fā)電機的控制方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制，減少變頻器的容量外，還可 第 8 頁 共 13 頁 實現(xiàn)對有功、無功功率的靈活控 制，對電網(wǎng)而言可起到無功補償?shù)淖饔谩Ｈ秉c是交流勵磁發(fā)電機仍然有滑環(huán)和電刷。 目前已經(jīng)商用的有齒輪箱的變速恒頻系統(tǒng)，大部分采用繞線式異步電機作為發(fā)電機，由于繞線式異步發(fā)電機有滑環(huán)和電刷，這種摩擦接觸式結(jié)構(gòu)在風力發(fā)電惡劣的運行環(huán)境中較易出現(xiàn)故障。而無刷雙饋電機定子有兩套級數(shù)不同繞組，轉(zhuǎn)子為籠型結(jié)構(gòu)，無須滑環(huán)和電刷，可靠性高。這些優(yōu)點都使得無刷雙饋電機成為當前研究的熱點。但在目前，這種電機在設(shè)計和制造上仍然存在著一些難題。 直驅(qū)型變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng) 近幾年來，直接驅(qū)動技術(shù)在風 電領(lǐng)域得到了重視。這種風力發(fā)電機組采用多極發(fā)電機與葉輪直接連接進行驅(qū)動，從而免去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，由于其具有很多技術(shù)方面的優(yōu)點，特別是采用永磁發(fā)電機技術(shù)，其可靠性和效率更高，處于當今國際上領(lǐng)先地位，在今后風電機組發(fā)展中將有很大的
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