【正文】 1998 年秋季， Bonus 公司推出 2MW 機(jī)組，風(fēng)輪直徑 72m，塔筒高度 60m。目前，風(fēng)電場運(yùn)行的主力機(jī)型是 600kW 和 750kW 級的機(jī)組， 兆瓦級和幾個兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也已研制成功。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。 關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電，變速恒頻，同步發(fā)電機(jī)，并網(wǎng) II 850KW Wind Power Distribution System for Research and Design ABSTRACT Wi nd power is a renewable clean energy, and is the most mature and the largest developed conditions of the power generation in new energy power generation technology .In a longterm it may bee an important alternative sources of energy in the world. Access to largescale wind power grid may occur after the voltage fluctuations, harmonic pollution, the system capacity increase shortcircuit and transient stability of system changes in a range of issues. Thus, with a higher proportion of wind power, analyze the characteristics of wind power and its impact on power quality grid to study how to reduce their impact on the power grid and improve grid access to wind power after the power quality, wind power has bee an important research direction. This article has designed a variable speed constant frequency windbased control system from the safe, reliable point of view. The system uses a synchronous generator, through the AC— DC— AC will be issued variable frequency power into constant frequency electricity into the grid. KEY WORDS： Wind power generation, variable speed constant frequency, synchronous generator, connect to grid III 目 錄 摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 1 緒 論 .................................................................. 1 風(fēng)力發(fā)電概況 ...................................................... 1 風(fēng)力發(fā)電的基本原理 ................................................ 2 我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀 ................................................ 3 選題背景 .......................................................... 4 2 風(fēng)力發(fā)電概述 ........................................................... 5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備 ............................................ 5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力機(jī) ........................................ 5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī) .................................. 5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的偏航裝置 ...................................... 6 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制和安全保護(hù)裝置 .............................. 7 控制和安全保護(hù)裝置的控制要求 ................................ 8 控制和安全保護(hù)裝置的保護(hù)功能 ................................ 9 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)控制 ............................................ 9 恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制 ....................................... 10 變速恒頻風(fēng)電機(jī)組控制 ....................................... 10 并網(wǎng)運(yùn)行中大、小發(fā)電機(jī)的切換控制 ........................... 11 3 同步發(fā)電機(jī)和逆變器 .................................................... 13 同步發(fā)電機(jī) [10] ..................................................... 13 同步發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) ....................................... 13 同步發(fā)電機(jī)的工作原理 ....................................... 13 同步發(fā)電機(jī)的功率特性 ....................................... 14 同步發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)簡介 ..................................... 17 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)運(yùn)行 ............................................. 18 并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)勢 ............................................. 18 同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式 ....................................... 19 逆變器 ........................................................... 20 逆變電路的基本工作原理 ..................................... 20 電壓型逆變電路的特點(diǎn) ....................................... 21 三相電壓型逆變電路原理 ..................................... 21 IV 三相橋式 PWM型逆變電路 ..................................... 23 4 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................ 26 設(shè)計(jì)說明 ......................................................... 26 同步發(fā)電機(jī)交 /直 /交系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..................................... 26 設(shè)計(jì)框圖 ................................................... 26 同步發(fā)電機(jī)的參數(shù) ........................................... 27 勵磁機(jī)的參數(shù) ............................................... 27 整流器 ..................................................... 28 逆變器 ..................................................... 29 檢測裝置 ................................................... 30 控制系統(tǒng)說明 ............................................... 32 功率反饋控制電路說明 ....................................... 33 保護(hù)裝置說明 ............................................... 33 系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行 ............................................ 34 6 總 結(jié) ................................................................. 36 致 謝 ................................................................... 37 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................. 38 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 風(fēng)力發(fā)電概況 在工業(yè)化革命以前，風(fēng)能就曾經(jīng)被當(dāng)作一種能源來使用。 因此， 隨著風(fēng)電比例 的提高，分析風(fēng)電的特點(diǎn)和其對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，研究如何減少其對電網(wǎng)的影響，提高風(fēng)電接入電網(wǎng)后的電能質(zhì)量，成為風(fēng)電的重要研究方向。 I 850kW 風(fēng)力發(fā)電供配電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 摘 要 風(fēng)力發(fā)電是一種可再生的清潔能源，也是新能源 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， 在遠(yuǎn)期有可能成為世界重要的替代能源。大規(guī)模的風(fēng)電接入電網(wǎng)后可能會出現(xiàn)電網(wǎng)電壓 波 動， 諧波污染 等一系列問題。 本文從安全、可靠的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一套變速恒頻控制的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用同步發(fā)電機(jī)，通過 交 — 直 — 交 變頻將發(fā)出的頻率可變的電能轉(zhuǎn)換成頻率恒定的工頻電能送入電網(wǎng)。在這次革命過程中，風(fēng)能逐漸被礦物燃 料所代替，因?yàn)檫@些燃料既便宜又可靠，第一次石油危機(jī)重新激起了人們對利用風(fēng)能發(fā)電、風(fēng)力提水等技術(shù)的興趣，并開始考慮將其作為偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源。19801981 年間， 55kW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研制成功是現(xiàn)代風(fēng)機(jī)制造技術(shù)的重大突破，隨著這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的出現(xiàn)，單位千瓦時的風(fēng)力發(fā)電成本大約下降了 50%，在美國加利福尼亞 Palm Springs 安裝了上千臺這樣的風(fēng)機(jī)，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)逐步壯大。 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，兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場開始形成。 1999 年 8 月， NEGMicon 也研制成功2MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 風(fēng)輪直徑 72m，塔筒高度 68m。 在能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，許多國家都制定了關(guān)于可再生能源的未來發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)力發(fā)電由于技術(shù)成熟、利用效率高，受到很大的重視。 另一方面，風(fēng)力發(fā)電在整個能源供應(yīng) 體系中之所以長期處于從屬地位，是由于其自身固有的缺點(diǎn)造成的：可靠性低，成本偏高，與水火電相比沒有競爭力。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。 風(fēng)力發(fā)電的基本原理 先前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電時有時無，電壓和頻率不穩(wěn)定，是沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。為了解決這些問題，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)增加了齒輪箱、 偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。同時也使得發(fā)電機(jī)易于控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的頻率和電壓輸出。要知道， 600kW 的風(fēng)機(jī)機(jī)艙總重 20多噸，使這樣一個系統(tǒng)隨時對準(zhǔn)主風(fēng)向也有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。業(yè)已說明，機(jī)艙在水平面旋轉(zhuǎn)，隨時跟風(fēng)。在變槳矩風(fēng)機(jī)，組成風(fēng)輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉(zhuǎn)，以便適應(yīng)不同的風(fēng) 況。液壓系統(tǒng)就是用于調(diào)節(jié)葉片槳矩、阻尼、停機(jī)、剎車等狀態(tài)下使用?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)是無人值守的。然后，隨著風(fēng)速的增加，一直控制在額定功率附近發(fā)電，直到風(fēng)速達(dá)到 25m/s 時自動停機(jī)。要知道，通常所說的 12 級颶風(fēng)，其風(fēng)速范圍也僅為 。并監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運(yùn)行溫度，液壓系統(tǒng)的油壓，對出現(xiàn)的任何異常進(jìn)行報(bào)警，必要時自動停機(jī)。在理論上，最好的