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第五章 风力发电机.doc

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文档介绍:第六章 风力发电机的发电系统

并网型风力发电机主要使用的发电机类型有:异步发电机、同步发电机、双馈异步发电机、永磁发电机。
第一节 异步发电机
一、结构
异步发电机可分为笼型和绕线性两种。
在定桨距并网型风力发电系统中,一般采用笼型异步发电机。
绕线转子异步发电机定子与笼型相同,转子绕组电流通过集电环和电刷流入流出。

当异步机定子绕组与电力系统的三相电压相连时,可产生恒定同步转速的旋转磁场。旋转磁场与转子绕组产生相对运动,在转子与定子之间就会发生功率交换。当转子转速小于定子磁场的同步转速时异步机作为电动机运行,当转子转速大小于定子磁场的同步转速时异步机作为发电机电动机运行。
风力机的转速较低,在风力机与发电机之间需要装设增速齿轮箱来提高转速。

一般并网运行的异步发电机为4极或6极,当电网频率为50Hz时,发电机的转子转速必须高于1500r/min或1000r/min,才能运行在发电机状态。
二、工作原理
同步转速 (6-1)
异步机转差率 (6-2)
当,时,异步机作为电动机运行,电机中的电磁转矩为拖动转矩,拖动转子旋转。这时电机从电网中吸收无功功率建立磁场、吸收有功功率并转换为机械功率。
当,时,异步机作为发电机运行,电机中的电磁转矩为制动转矩,阻碍转子旋转。这时电机仍需从电网中吸收无功功率建立磁场、同时从外界(风力机)获得机械功率推动转子旋转,并将机械功率转换为电功率送入系统。
并网运行的较大容量的异步发电机转速在之间。
三、并网方式
风力异步发电机的并网方式有:直接并网、降压并网、通过晶闸管软并网。三种。
1、直接并网
直接并网条件:①发电机转子的转向与旋转磁场的方向一致;②发电机的转速尽可能接近同步转速。
第①必须严格满足,通过接线调整相序。对第②条,转子转速与同步转速相差越大,并网时式对电网冲击越大,对发电机损害越大。


当风力即将发电机的转速带到同步转速附近(98%~100%)时,测速装置发出自动并网信号,通过断路器合闸完成并网。
缺点:并网前发电机未励磁,定子无电压,并网后有一个吸收无功功率建立磁场的过程。会造成5~6倍额定电流的冲击,引起电网电压的下降。
适用于容量较小的场合。百千瓦级以下。
2、降压并网
在发电机和电网之间串接电阻、电抗器、或变压器,增加发电机与电网之间的电气距离。当并网后,发电机运行稳定时将串联部分切除。
缺点:需要投资、运行中消耗功率,不经济。
用于百千瓦级以上,较大的机组。
3、晶闸管软并网
晶闸管软并网是在异步发电机与电网之间每相串入双向晶闸管,通过控制晶闸管的导通角来控制并网时的冲击电流,可获得一个平滑的并网暂态过程。
过程是:当满足并网条件时,发电机输出端断路器闭合,发电机经双向晶闸管接入电网

。在控制系统的控制下晶闸管导通角由0~180度逐渐增大,通过电流反馈对双向晶闸管的导通角实现闭环控制,将冲击电流限制在允许的范围内。并网暂态过程结束后,当发电机转速与同步转速相同时,控制器发出信号,闭合断路器短接双向晶闸管。

四、并网运行
异步机转矩——转速特性曲线如下:


并网后的发电机运行在直线部分,为稳定运行区。当风力机传给发电机的功率增加时,发电机从原来的稳定运行点A1过度到新的运行点A2,同时转速增加了。
随着风力的增加发电机的运行点会沿着曲线移动,当移动超过最大转矩点后,发电机进入不稳定运行区,随着输入机械转矩的增加,转速增加,电磁转矩反而减少,发电机转速迅速上升而出现十分危险的飞车现象。
风力发电机必须配备可靠的失速叶片或限速保护装置,以确保在风速超过额定或阵风时,风力机输出的机械转矩限制在一定范围内,保证发电机输出的电磁功率不超过最大转矩对应的功率。
运行点还受电网电压的影响,异步电机的电磁转矩与电压的平方成正比,当电网电压降低时,最大电磁功率减小,使得容易出现飞车现象。
电网故障时,往往会伴随着电压降低,风力发电机必须退出运行,这是风力发电机并网运行面临的一个问题。
提高电网电压可以扩大稳定运行范围,当电压过高,发电机从电网吸收的励磁无功增大,功率因数降低,容易曹成可出现发电机过负荷。
五、无功补偿
异步电机运行时必须从电网吸收无功功率建立磁场,大型异步电机的励磁电流约为额定电流的20%~30%。风力发电机的投运加大了电网无功的负担,造成电网功率因数下降、运行电压降低、电网损耗增加等问题。

并网运行的异步发电机必须进行无功补偿,提供无功电源,减轻电网的负担。有同步调相机、有源静止无功补偿器、并联电容器等。并联电容器结构简单、经济、控制和维护方便、运行可靠,

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上传人:rsqcpza 2021/4/11 文件大小:1.63 MB

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