【正文】 其中得到感 應(yīng)電動勢。在一般同步發(fā)電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)的部分是磁極，以恒定不變的轉(zhuǎn)速在旋轉(zhuǎn)。圖中用 AX、 BY、 CZ 三個在空間錯開 120 電角度分布的線圈代表三相對稱交流繞組。 氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對 電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。這種同步電機(jī)的定子又稱為電樞，定子鐵心和繞組又稱為電樞鐵心和電樞繞組。一般分為轉(zhuǎn)場式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。稍后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，重新切人電網(wǎng)。由于風(fēng)力機(jī)是一個巨大的慣性體，當(dāng)它轉(zhuǎn)速降低時要釋放出巨大的能量，這些能量在過渡過程中將全部加在小發(fā)電機(jī)軸上而轉(zhuǎn)換成電能，這就必然使過渡過程延長。由于存在過速保護(hù)和計算機(jī)超速檢測，因此，應(yīng)迅速投入小發(fā)電機(jī)接觸器，執(zhí)行軟并網(wǎng)，由電網(wǎng)負(fù)荷將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速拖到小發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近。首先斷開大發(fā)電機(jī)接觸器，再斷開旁路接觸器。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)，計時 20 秒，測量小發(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；若 20 秒內(nèi)轉(zhuǎn)速己達(dá)到小發(fā)電機(jī)旁路轉(zhuǎn)速則起動旁路晶閘管軟起動裝置，再根據(jù)系統(tǒng)無功功率情況投入補(bǔ)償電容器。此時，發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，風(fēng)力將帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，在到達(dá)同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 附近時，再次執(zhí)行大小發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)程序。采用瞬時功率參數(shù)時，一般以 5min 內(nèi)測量的功率值全部大于某一預(yù)置值 P1，或 lmin 內(nèi)的功率全部大于預(yù)置 P2 值作為切換的依據(jù)。小發(fā)電機(jī)為 6 極繞組，同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min，大發(fā)電機(jī)為 4 極繞組，同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)切換的控制，一般以平均功率或瞬時功率參數(shù)為預(yù)置切換點。為提高發(fā)電機(jī)運行效率，風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用雙速發(fā)電機(jī)。具體控制方法如下 ： （ 1）從小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)切換 在小發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電期間，控制系統(tǒng)對其輸出功率進(jìn)行檢測，若 1s 內(nèi)瞬時功率超過小發(fā)電機(jī)額定功率的 20%，或 2min 內(nèi)的平均功率大于某一定值時，則 進(jìn)行小發(fā)電機(jī)向大發(fā)電機(jī)的切換。 RCC控制單元則應(yīng)用于風(fēng)速變化較快或風(fēng)速突然發(fā)生變化 時調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的滑差，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化，同時保持轉(zhuǎn)子電流不變，也使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持不變。 RCC 控制是一種快速電氣控制方式，用于克服風(fēng)速的快速變化。 為了減小變槳距調(diào) 節(jié)方式對電網(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 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)。對于變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速后，變槳距機(jī)構(gòu)為了限制發(fā)電機(jī)輸出功率，將調(diào)節(jié)槳距，以調(diào)節(jié)輸出功率。由于風(fēng)車的轉(zhuǎn)速可變，可以通過適當(dāng)?shù)目刂?，使風(fēng)車的周速比處于或接近最佳值，從而最大限度地利用風(fēng)能發(fā)電。 變速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制 [5] 在風(fēng)力發(fā)電過程中，讓風(fēng)車的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化，再通過其它控制方式來得到恒頻電能的方法，被稱之為變速恒頻。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，否則旁路投入失敗，正常停機(jī)。大到 180176。導(dǎo)通角依次變化，可保證起動電流在額定電流以下。 90176。 ， 60176。 30176。晶閘管按照 0176。由于并網(wǎng)過程是在轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行的，這時轉(zhuǎn)差不大，沖擊電流較小，主要是勵磁涌流的存在，持續(xù) 3040ms。如 10min 平均風(fēng)速仍大于起動風(fēng)速，則檢測風(fēng)輪是否已開始轉(zhuǎn)動，并開啟晶閘管限流軟起動裝置快速起動風(fēng)輪機(jī)，并對起動電流進(jìn)行控 制，使其不超過最大限定值。 恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制 風(fēng)電機(jī)組的軟啟動并網(wǎng)是在風(fēng)電機(jī)組啟動時，控制系統(tǒng)對風(fēng)速的變化情況進(jìn)行不間斷的檢測，當(dāng) 10min 平均風(fēng)速大于起動風(fēng)速時，控制風(fēng)電機(jī)組會做好切人電網(wǎng)的一切準(zhǔn)備工作，松開機(jī)械剎車，收回葉尖阻尼板，風(fēng)輪處于迎風(fēng)方向。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 10 為了適應(yīng)大、小風(fēng)速的要求，一般采用兩臺不同容量、不同極數(shù)的發(fā)電機(jī)，風(fēng)速低時用小容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)速高時則用大容量發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時一般通過變槳距系統(tǒng)改變槳葉的攻角以調(diào)整輸出功率。風(fēng)車將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的效率可用輸出功率系數(shù) C 來表示， C 在某一確定的風(fēng)輪周速比 k(槳葉尖速度與風(fēng)速之比 )下達(dá)到最大值。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。 （ 3） 接地保護(hù)功能 ： 對由于設(shè)備絕緣破壞或其他原因引起出現(xiàn)危險電壓的金屬部分實現(xiàn)保護(hù)。同樣，在發(fā)電機(jī)三相電纜線入口處，裝設(shè)自動空氣開關(guān)斷路器，用來實現(xiàn)發(fā)電機(jī)的過流及短路保護(hù)。同樣，在小風(fēng)速自動脫網(wǎng)停機(jī)后， 5min 內(nèi)不能軟切并網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到停機(jī)風(fēng)速時，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，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航 90176。 （ 7） 軟切入控制 ： 風(fēng)電機(jī)組在進(jìn)行并網(wǎng)和脫網(wǎng)時，必須進(jìn)行軟切入控制，通過大功率晶閘管和有關(guān)控制電路組成。 （ 5） 對風(fēng)控制 ： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行在工作區(qū)時，應(yīng)根據(jù)機(jī)艙的控制靈敏度，確定每次偏航的調(diào)整角度。機(jī)組先起動氣動剎車，同時偏航 90176。故障消除后計算機(jī)可自行恢復(fù)正常開機(jī)。當(dāng)風(fēng)速再次上升達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速時，風(fēng)電機(jī)組又投入運行。 （ 2） 小風(fēng)脫網(wǎng) ： 當(dāng)風(fēng)速 10min 平均值小于脫網(wǎng)風(fēng)速或發(fā)電機(jī)輸出功率為負(fù)值時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須脫網(wǎng)，處于自由狀態(tài)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于 20%的 額定轉(zhuǎn)速持續(xù) 5min，發(fā)電機(jī)進(jìn)入軟并網(wǎng)拖動狀態(tài)。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)組能軟切入自動并網(wǎng)，保證電流沖擊小于額定電流。 控制和安全保護(hù)裝置的控制要求 控制裝置保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運行，同時高質(zhì)量地將不斷變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、電壓恒定的交流電送入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運行是一項復(fù)雜的過程，涉及的問題很多，如風(fēng)速變化、轉(zhuǎn)速變化、溫度變化、振動都將直接威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運行，以下是控制和安全保護(hù)裝置組成圖。所以，定漿距失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的控制原則是功率控制由葉片的失速特性來完成。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。控制裝置由微機(jī)控制器、顯示運行控制器、并網(wǎng)控制器、發(fā)電機(jī)功率控制器、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控器、控制輸出驅(qū)動電路模版等器件組成。主動偏航是指采用電力或液壓拖動來完成對風(fēng)動作 的偏航方式，常見的有齒輪驅(qū)動和滑動兩種形式，對于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常采用主動偏航的齒輪驅(qū)動形式。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航裝置一般分為主動偏航裝置和被動偏航裝置。偏航裝置的主要作用有兩個：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 。終極解纜一旦被觸發(fā)，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)將緊急停機(jī)。對于主動偏航系統(tǒng)來說，檢測裝置或程序應(yīng)在電纜達(dá)到規(guī)定的紐絞角度之前發(fā)出解纜信號。其中，解纜和紐纜是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的主要功能。 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)荷突變時的瞬時 頻率最大值 。同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，必須對發(fā)電機(jī)的電壓、頻率及輸出功率進(jìn)行有效控制，否則會發(fā)生失步現(xiàn)象。無論采用哪種機(jī)械聯(lián)接方式，若發(fā)電機(jī)定子出線端直接接入工頻電網(wǎng)，則需要一套穩(wěn)速裝置。由此可知，旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)的磁場所需勵磁電壓較低，勵磁電流也比較小，因此集電環(huán)和電刷的工作較為可靠且壽命很長，現(xiàn)在大多數(shù)交流同步發(fā)電機(jī)均采用這種方式。旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)的突出優(yōu)點是 :電樞繞組輸出的交流電不必要通過運動的滑環(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。 當(dāng)風(fēng)速增加一倍時，風(fēng)輪從氣流中吸收的能量增加八倍，所以在確定風(fēng)力機(jī)的安裝位置和選擇風(fēng)力機(jī)的型號時，都必須考慮這個因素。大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用專門設(shè)計的風(fēng)向傳感器與伺服電機(jī)相結(jié)合的傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)對風(fēng)。 塔架用 來將風(fēng)輪支撐起來，它主要承受兩個載荷 :一個是風(fēng)力機(jī)的重力，向下壓在塔架上；另一個是阻力，使塔架向風(fēng)的下游方向彎曲；大型風(fēng)力機(jī)的塔架基本上是錐形圓柱鋼塔架。水平軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪由 2 或 3 個葉片組成。垂直軸風(fēng)力機(jī)在風(fēng)向改變時無需對風(fēng)，相對于水平軸風(fēng)力機(jī)是一大優(yōu)點，但其尖速比較低，提供的功率輸出較低。 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 5 2 風(fēng)力發(fā)電概述 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備 [2] 風(fēng) 力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力機(jī) 風(fēng)力機(jī)多種多樣，但歸納起來可分為兩類 :水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。本課題以目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中較普遍使用的 MW 級風(fēng)力發(fā)電機(jī)為研究對象，主要研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的單機(jī)并網(wǎng)方案和風(fēng)電場集中并網(wǎng)方案。同時，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。毋庸置疑，用風(fēng)能、太陽能和生物能等形式的可再生清潔能源代替以化石燃料為代表的常規(guī)能源，為子孫后代留下一片碧水藍(lán)天，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和人類的可持續(xù)發(fā)展，已是世界各國的共識。 選題背景 自工業(yè)化革命以來，人類社會的生產(chǎn)力水平達(dá)到了空前的高度，但與此同時對能源的不合理利用，對環(huán)境的破壞也達(dá)到了空前的規(guī)模和程度，已經(jīng)直接危及到了人類自身的生存：溫室氣體過度排放造成南極臭氧空洞越來越大，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站泄漏的事故影響至今。對并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本要求是在當(dāng)?shù)仫L(fēng)況、氣候、和電網(wǎng)條件下能夠長期安全 運行，取得最大的年發(fā)電量和最低的成本。隨著對能源需求和環(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，在提高單機(jī)容量，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝，以及減輕部件重量上，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，它的優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)性必將日益發(fā)揮出來。我國風(fēng)電場年利用小時數(shù)一般為 2700 小時 。在今后我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造和維護(hù)必將成為一種新興的產(chǎn)業(yè)，成為世界主要風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造國。19971998 年，我國風(fēng)電場投產(chǎn) 209 臺機(jī)組，合計容量 114200kW 全部為進(jìn)口，設(shè)備價格高，風(fēng)電場單位 kW 造價約 80009000 元，其中機(jī)組占投資的 7580%，只有逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，才能把風(fēng)電場造價和運行成本降下來。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)的措施和對策，是促進(jìn)我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項緊迫任務(wù)。發(fā)展的實踐證明，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還面臨一系列障礙和問題，其中既有政策問題，也有技術(shù)問題 。風(fēng) 電的優(yōu)越性愈來愈多地受到人們的認(rèn)識與重視。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，風(fēng)力發(fā)電的成本效益也逐漸改善。到風(fēng)的地方往往是荒灘或山地，建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場的同時也開發(fā)了旅游資源 。 風(fēng)力發(fā)電的突出優(yōu)點是：環(huán)境效益好，不排放任何有害氣體和廢氣物?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪效率可達(dá) 40%。 風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。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行，自動地并網(wǎng)和脫網(wǎng)?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)的存活風(fēng)速為 6070m/s，也就是說在這么大的風(fēng)速下風(fēng)機(jī)也不會被吹壞。就 600kW 風(fēng)機(jī)而言，一般在 4m/s 左右的風(fēng)速自動啟動，在 14m/s 左右發(fā)出額定功率。 控制系統(tǒng)是現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的神經(jīng)中樞。在停機(jī)時，葉片尖部要甩出，以便形成阻尼。風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn)，以便產(chǎn)生動力。 風(fēng)機(jī)是有許多轉(zhuǎn)動部件的。偏航系統(tǒng)可以使風(fēng)輪掃掠面積總是垂直于主風(fēng)向。 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）。一陣狂風(fēng)吹來，風(fēng)輪越轉(zhuǎn)越快，系統(tǒng)就會被吹跨。與水火帶你機(jī)組相比，風(fēng)電機(jī)組的出力可靠性差（取決于風(fēng)速條件），風(fēng)電的并網(wǎng)運行對多年形成的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行機(jī)制是個嚴(yán)重的沖擊： （ a） 隨著風(fēng)電場的裝機(jī)容量越來越大，人們越來越關(guān)心一個系統(tǒng)到底能夠接受多少風(fēng)電，即所謂的穿透功率極限問題，這個問題不解決，人們在觀 念上對風(fēng)電的抵觸和阻礙也不會消失； （ b） 由于風(fēng)電場的處理是大幅度頻繁波動的，為了保證整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)運行，需要增加系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量和調(diào)頻機(jī)組容量，其后果是增加了系統(tǒng)的運行成本，如果增加的這部分成本大于風(fēng)電節(jié)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 2 省的燃料成本，對系統(tǒng)而言就是虧本的，這是哪個電力系統(tǒng)都不愿接受的，因此需要研究風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行方式。這種局面的出現(xiàn)既有風(fēng)機(jī)制造技術(shù)水平的原因，也有運行管理上的原因。例如《丹麥政府 21世紀(jì)能源行動計劃》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，丹麥電力消費總量的一半將由風(fēng)力發(fā)電提供。 在風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)不斷取得重要突破并日趨成熟的同時，大型風(fēng)電場的建設(shè)和運行也取得了很大的成功，截止到2021 年底，全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到 17706MW，排在前三位的國家分別是：德國 6113MW，美國 2555MW，西班牙 2402MW，德國、美國、西班牙、丹麥和印度的裝機(jī)容量占到世界風(fēng)電裝機(jī)容量的 80%。