風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)-閱讀頁
2024-08-26 10:58本頁面
【正文】 發(fā)展同步發(fā)電機(jī)的必要性： ?同步發(fā)電機(jī)用作風(fēng)力發(fā)電機(jī)時 ， 即可直接向交流負(fù)載供電 ， 也可經(jīng)整流器變換為直流電 ， 向直流負(fù)載供電 。 ?近年來 ， 在大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品中 ， 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已暫露頭角 ， 有望成為未來的主力機(jī)型 。 直驅(qū)帶來的問題： ? 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，體積重量明顯增大； ? 全功率整流逆變，變流器成本高。 ]V[lvbe ??同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本工作原理 ?如果發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 n1，單位為 r/min，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子每秒轉(zhuǎn)了 n1/60圈，則定子導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的頻率為： ?當(dāng)發(fā)電機(jī)的極對數(shù) p與轉(zhuǎn)速 n1一定時，發(fā)電機(jī)內(nèi)感應(yīng)電動勢的頻率 f就是固定的數(shù)值。 []Nf b li??同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電動勢方程式 電動勢方程式 : 0 jjd d q qE U I R I X I X? ? ? ?式中 ， Xd＝ Xs＋ Xad Xq＝ Xs＋ Xaq Xad 、 Xaq — 每相電樞繞組的直 軸 、 交軸電樞反應(yīng)電抗 。 UIjddIX?0E??jqqIXdIqIjqIXqE相量圖 （ 忽略 R） 同步發(fā)電機(jī)的空載特性 E0:定子一相感應(yīng)電動勢的有效值 空載特性 E0＝ f ( if ) if:轉(zhuǎn)子勵磁電流 0if ( Ff )E0 空載特性 反映了轉(zhuǎn)子勵磁磁動勢產(chǎn)生磁場 、 并在定子繞組中感應(yīng)電動勢的能力 。 外特性：同步發(fā)電機(jī)在 n＝ nN ， if＝ const， cos?＝const的條件下 ， 端電壓 U和負(fù)載電流 I 的關(guān)系曲線 。 0IUINUNc os ? ?c os 1? ?c os( ) ???同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率 保持發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時（ UN、 IN、 cos?N） 的額定勵磁電流 ifN和轉(zhuǎn)速不變 ， 去掉全部負(fù)載后 ， 空載電動勢為E0 ， 則 電壓調(diào)整率 為 0 IUINE0UNif=if N ,Nc os c os???U?0NN% 1 0 0 %EUUU?? ? ?式中 E0和 UN同為相值或線值 。 對隱極同步發(fā)電機(jī) （ 不計(jì)飽和 ） : 電磁功率的表達(dá)式 00c o sMqP m E I m E I???22 C u c o s( c o s )MP P p m U I m I Rm I U I R??? ? ? ???UIjddIX?0E??jqqIXdIqIjqIXqE同步發(fā)電機(jī)的功角特性 20 11sin sin 22M d q dEU UP m mX X X????? ? ?????功角特性 0 ?PM90。勵磁電磁功率 磁阻電磁功率 隱極同步發(fā)電機(jī) ， 最大電磁功率 出現(xiàn)在 ? ＝ 90?處 。 gearbox brake pitch drive main inverter (full rating) wind turbine control rectifier line coupling transformer grid side breaker Yaw drive generator side breaker converter converter controller SG AVR exciter 電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn)： ?通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，可保持發(fā)電機(jī)的端電壓恒定； ?定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化； ?可采用不控整流和 PWM逆變，成本較低； ?轉(zhuǎn)子可采用無刷旋轉(zhuǎn)勵磁； ?轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勵磁消耗電功率； ?體積大、重量重，效率稍低。采用可控 PWM整流或不控整流后接DC/DC變換，可維持直流母線電壓基本恒定，同時可控制發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速； ? 在電網(wǎng)側(cè)采用 PWM逆變器輸出恒定頻率和電壓的三相交流電，對電網(wǎng)波動的適應(yīng)性好； ? 永磁發(fā)電機(jī)和全容量全控變流器成本高； ? 永磁發(fā)電機(jī)存在定位轉(zhuǎn)矩，給機(jī)組起動造成困難。 典型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 定速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 轉(zhuǎn)子電流受控的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 變速籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 電勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 混合勵磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) ? 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 橫向磁通永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 新結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)與電力電子變流器的結(jié)合，有望大幅度減小大功率低速直驅(qū)發(fā)電機(jī)的空間尺寸和重量！ 小結(jié) （ 1）籠型異步發(fā)電機(jī)成本低、可靠性高，在定速和變速全功率變換風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中將繼續(xù)扮演重要角色； （ 2）雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)具有最高的性價比，特別適合于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電。 謝謝！
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