风力发电机及其系统讲解
风电机组发电机系统
风电机组发电机系统1. 简介风电机组发电机系统是风能转化为电能的关键部分，它负责将风能转化为旋转机械能，再通过励磁控制使其产生电能。
本文将从风电机组发电机系统的组成、工作原理、性能指标以及维护等方面进行介绍。
2. 组成风电机组发电机系统主要由以下几个部分组成：2.1 风轮风轮是风电机组的关键部件，它通过捕捉和利用风能来转动发电机。
风轮通常由多个叶片组成，这些叶片的形状和数量会对风能的捕捉效率产生影响。
2.2 塔架塔架是支撑整个风电机组的结构，它通常是由钢铁材料构建的，以提供足够的稳定性和抗风能力。
2.3 发电机发电机是风电机组的核心组件，它将风轮产生的旋转机械能转化为电能。
发电机的类型可以分为同步发电机和异步发电机两种，其中同步发电机在风电机组中更加常见。
2.4 变流器变流器是将发电机输出的交流电转化为适用于电网的电能的装置。
它可以将发电机输出的电能进行调整和稳定，以满足电网的要求。
3. 工作原理风电机组发电机系统的工作原理如下：1.风能通过风轮被捕捉和利用，使风轮产生旋转。
2.风轮的旋转通过轴将旋转机械能传递给发电机。
3.发电机接收到机械能后，通过励磁控制产生感应电流。
4.产生的电流经过变流器转化为适用于电网的电能。
5.变流器输出的电能通过电网传输和使用。
4. 性能指标风电机组发电机系统的性能指标通常包括以下几个方面：4.1 发电效率发电效率是指发电机将机械能转化为电能的效率，通常以百分比表示。
高发电效率意味着更多的风能被有效转化为电能。
4.2 功率因数发电机的功率因数是指发电机输出电能的正弦波形与电压波形之间的相位差。
功率因数越接近1，表示发电机输出的电能质量越高。
4.3 响应速度响应速度是指发电机在遇到电网故障或电网负荷变化时，重新建立稳定运行状态所需的时间。
响应速度越快，表示发电机对电网变化的适应能力越强。
4.4 可靠性发电机系统的可靠性是指其在长时间运行中能够保持稳定工作的能力，并且在出现故障时能够自动检测和隔离故障，以保证风电机组的正常发电运行。
(完整版)风力发电机组各系统介绍
步骤：得到指令后，释放叶尖快速刹车， 两个圆 盘刹车全部作用，电机立即切出电网。
该程序用于紧急状况或过转速飞车
调整
刹车系统的控制机构－液压系统
四、支承系统
• 塔架的作用 支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔 架上的力和风载
• 基础的作用 安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各 种载荷。
一、传动系统
• 作用： 1、把风能转化成旋转机械能 2、传递扭矩，并增速达到发电机的同步转速 3、将旋转机械能转化成电能
• 传动系统组成
桨叶、轮毂、主轴、轴承、轴 承座、胀套、齿轮箱、联轴器、 发电机
桨
• 功率控制： • 材料: • 叶片长度: • 风轮直径： • 叶片数量: • 锥角: • 轴倾角:
作用 1、与控制系统相互配合，使机组风轮始终处于迎风状态，
充分利用风能，提高机组的发电效率。 2、提供必要的锁紧力矩，以保障风机的安全运行。
偏航驱动
偏航制动器
回转支承内圈 回转支承外圈
• 偏航动作 1、机组与风向夹角达到某一值以上一定时间段。 2、防止电缆缠绕，偏航角度达到某一值以上时解缆。 3、在大风时停机并需要偏航一定角度以减轻机组的风载。
风力发电机组各系统介绍
浙江运达风力发电工程有限公司
风力发电机组原理
风轮把风作用在桨叶上的力转化为自身 的转速和扭矩，通过主轴——增速箱— —联轴器——高速轴把扭矩和转速传递 到发电机，实现风能－机械能－电能的 转换。
风力发电机组的组成
• 1. 传动系统 • 2. 偏航系统 • 3. 刹车系统 • 4. 支承系统 • 5. 冷却润滑系统 • 6. 电控系统
冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。
风力发电系统组成及技术原理
风力发电系统组成及技术原理
风力发电系统是一种利用风能转化为电能的装置，由风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等组成。
风力发电系统的基本技术原理是利用风能驱动风机，风机通过转轮将机械能转化为旋转能量，旋转能量经过变速器调整后驱动发电机发电，再通过电力传输系统将电能输送到消费者。
风力发电系统的组成包括风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等部分。
风机是风力发电系统的核心部分，其主要功能是将风能转化为机械能。
转轮是固定于风机上的部分，其主要功能是将机械能转化为旋转能量。
变速器的作用是调整风机输出的旋转速度，使其达到与发电机要求的相符。
发电机是将旋转能量转化为电能的装置，其输出的电能需要经过电力传输系统输送到消费者。
风力发电系统的基本技术原理是利用风能转化为电能。
风能是一种可再生的、无污染的能源，利用风能发电可以减少对传统能源的依赖，保护环境、降低能源消耗。
风力发电系统的核心技术是风机的设计和优化，以及发电机的高效转换和传输系统的稳定运行。
同时，风力发电系统的建设和运行需要考虑到环境保护、风机的适应性、安全性等多方面因素。
总之，风力发电系统是一种利用风能转化为电能的重要装置，由风机、转轮、变速器、发电机、电力传输系统等组成。
其基本技术原理是利用风能驱动风机产生机械能，再将机械能转化为旋转能量，通过变速器调整旋转速度，最终将旋转能量转化为电能并通过电力传输
系统输送到消费者。
风力发电系统的建设和运行需要考虑到多方面因素，才能实现可持续、高效和安全的发电。
风力发电设备系统及原理概述
风力发电设备系统及原理概述1. 引言风力发电作为一种清洁能源的代表，已经成为世界范围内广泛应用的可再生能源形式。
风力发电设备系统是利用风能转化为电能的装置，其原理是通过风轮叶片转动带动发电机发电。
本文将对风力发电设备系统及其原理进行概述。
2. 风力发电设备系统风力发电设备系统主要由风轮、转轴、传动系统和发电机组成。
2.1 风轮风轮是风力发电设备系统中最核心的部件之一，也是直接接受风能的部分。
它通常由多个叶片和一个中心轴组成。
叶片的数量和形状可以根据实际需求进行设计，以最大程度地捕捉风能。
常见的风轮形式包括水平轴风轮和垂直轴风轮两种。
水平轴风轮是目前应用最广泛的形式，其叶片与地面平行，在风的作用下自由旋转。
垂直轴风轮的叶片垂直于地面，可以接受来自任何方向的风能。
2.2 转轴和传动系统转轴连接风轮和发电机，将风轮旋转的动力传递给发电机。
转轴通常由高强度的材料制成，以承受风轮产生的力。
传动系统由齿轮、轴承等部件组成，起到将风轮的旋转速度提高到适合发电的转速的作用。
2.3 发电机发电机是风力发电设备系统的关键部分，负责将机械能转化为电能。
根据不同的需求，可以采用不同类型的发电机，包括同步发电机、异步发电机等。
发电机的输出电压和频率通常是固定的，需要通过变频器等装置进行调节，以满足电网的要求。
3. 风力发电原理风力发电的原理是利用风的动能转化为机械能，再将机械能转化为电能。
3.1 风能转化为机械能当风吹过风轮的叶片时，叶片受到气流的压力差，并且产生了扭矩。
这个扭矩通过转轴传递给发电机，使发电机开始旋转。
风轮的旋转速度与风的速度、叶片的形状和数量等因素有关，通常需要通过气动学模型进行优化设计。
3.2 机械能转化为电能发电机接收到风轮传递过来的机械能后，将其转换为电能。
发电机的旋转产生电磁感应，导致电流的产生。
这些电流经过整流器等部件处理后，可输出为直流电。
对于连接到电网的风力发电设备，直流电会通过逆变器转换为交流电，以与电网的电压和频率匹配。
风力发电机组整机基础知识
风力发电机组整机基础知识风力发电机组是一种利用风能转化为电能的装置。
它由风力发电机、传动装置、发电机、控制系统和塔架等组成。
风力发电机是风力发电机组的核心部件，它通过叶轮捕获风能并将其转化为机械能。
一般来说，风力发电机的叶轮由三个叶片组成，叶片的形状和材质会直接影响发电机的效率。
同时，叶轮的直径和转速也会影响发电机的性能。
传动装置用于将风力发电机转动的低速轴传递给发电机。
传动装置通常由齿轮、轴和轴承等部件组成。
它的作用是将低速高扭矩的风轮转速转换为高速低扭矩的发电机转速，以提高发电机的效率。
发电机是将机械能转化为电能的装置。
在风力发电机组中，常用的发电机是异步发电机和永磁同步发电机。
异步发电机结构简单、可靠性高，适用于大型风力发电机组；而永磁同步发电机具有高效率和较小的体积，适用于小型风力发电机组。
控制系统是风力发电机组的大脑，它能监测和控制整个发电过程。
控制系统通常包括风向传感器、风速传感器、转速传感器和电气控制器等部件。
通过收集和分析这些传感器的数据，控制系统可以自动调整发电机的转速和输出功率，以适应不同的风速和风向条件。
塔架是将风力发电机组安装在地面或海上的支撑结构。
塔架的高度和材质会直接影响风力发电机组的发电能力。
一般来说，塔架越高，风力发电机组能够捕获到的风能就越多，从而提高发电效率。
风力发电机组的基础知识还包括风能的计算和风场选择。
风能的计算是评估风力发电机组发电潜力和风机选型的重要依据。
而风场选择则是确定风力发电机组安装位置的关键因素，需要考虑到地形、气象条件和电网接入等因素。
风力发电机组的整机基础知识包括风力发电机、传动装置、发电机、控制系统和塔架等组成部分，以及风能的计算和风场选择。
了解这些知识对于设计、安装和运维风力发电机组都具有重要的意义。
通过不断的研究和创新，风力发电技术将会进一步提高，为可持续能源的发展做出更大的贡献。
风力发电--控制系统详解
风力发电—发电机控制系统风力发电机由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。
因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。
目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。
对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。
控制系统的组成风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：这就是保证风力发电机组安全可靠运行，获取最大能量，提供良好的电力质量。
控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
当然对于不同类型的风力发电机控制单元会不相同。
控制系统结构示意图如下：针对上述结构，目前绝大多数风力发电机组的控制系统都采用集散型或称分布式控制系统（DCS）工业控制计算机。
采用分布式控制最大优点是许多控制功能模块可以直接布置在控制对象的位置。
就地进行采集、控制、处理。
避免了各类传感器、信号线与主控制器之间的连接。
同时DCS现场适应性强，便于控制程序现场调试及在机组运行时可随时修改控制参数。
并与其他功能模块保持通信，发出各种控制指令。
目前计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。
PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，目前功能上有较大提高。
很多厂家也开始采用PLC构成控制系统。
现场总线技术(FCS)在进入九十年代中期以后发展也十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。
风力发电机控制系统（二）控制系统技术风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。
风电机组工作原理及结构
风电机组工作原理及结构
概述：
随着清洁能源的发展，风力发电逐渐成为一种重要的可再生能源。
风电机组是将风能转化为电能的关键设备。
本文将介绍风电机组的工作原理及其结构。
一、工作原理：
风电机组的工作原理可以简单地描述为将风能转化为电能的过程。
具体来说，风能通过风轮转动传递到发电机，通过发电机的转动产生交流电能。
1. 风轮：
风轮是风电机组的核心组件，也称为风力涡轮机。
其作用是将风能直接转化为机械能。
风轮通常由数片叶片组成，可以根据所在地区的风能特征和设计要求来确定叶片的数量和形状。
当风刮过叶片时，叶片会因风压力的作用而转动，进而驱动传动系统。
2. 传动系统：
传动系统是连接风轮和发电机的重要部分。
其作用是将风轮产生的转动力矩转化为转速和转向适合于发电机的机械能。
传动系统通常包括齿轮箱、扭矩支撑装置等。
齿轮箱由一组齿轮组成，通过合理设置齿轮的大小和布局，可以实现风轮与发电机之间的匹配。
3. 发电机：
发电机是将机械能转化为电能的关键组件。
风电机组中常用的发电机有同步发电机和异步发电机两种。
- 同步发电机采用恒速运行，其转速与电网的基准频率一致。
因此，在风速变化时，需要通过调节传动系统来保持发电机的转速恒定。
同步发电机具有较高的效率和较好的稳定性，但需要额外的调速系统来控制电流输出。
- 异步发电机通过变频器控制转速，可以实现风速变化时的自动调节。
它具有较低的成本和较好的适应性，但在部分负载或低负载情况下，效率较低。
二、结构：。
风力发电系统
风力发电系统1. 引言风力发电系统是一种通过利用风能将其转化为电能的系统，在能源领域扮演着重要的角色。
随着全球对可再生能源的需求不断增长，风力发电系统作为一种清洁、可再生的能源解决方案变得愈发受到关注。
本文将介绍风力发电系统的工作原理、组成部分以及其在能源转换中的应用。
2. 工作原理风力发电系统利用风能将其转化为电能。
其工作原理可简述为：风能通过风机的转动而被转化为机械能，然后通过发电机将机械能转化为电能。
2.1 风机（风轮）风机是风力发电系统中的关键组成部分，其主要任务是将风能转化为机械能。
风机通常由多个叶片组成，当风吹过叶片时，叶片将被推动开始旋转。
目前常见的风机类型包括卧式轴风机和立式轴风机。
2.2 发电机发电机是风力发电系统中的另一关键组成部分。
其主要任务是将机械能转化为电能。
当风机旋转时，通过传动装置将机械能传输到发电机上，发电机则将机械能转化为电能。
一般情况下，发电机采用感应电机或者同步发电机。
3. 组成部分风力发电系统由多个组成部分构成，下面将介绍其中的一些关键组件：3.1 塔架塔架是风力发电系统的支撑结构，主要用于稳定风机和发电机的位置。
塔架的高度是一个重要参数，通常需要根据风力资源的特点来进行合理选择。
3.2 控制系统控制系统用于监测和控制风力发电系统的运行状态。
通过对风力、风速和发电机的输出进行监测和调整，可以实现最大化能量捕获和系统的安全运行。
3.3 电气系统电气系统是将发电机产生的电能转化为实用电力的一部分。
电气系统通常包括变压器、电缆和开关设备等组件，用于将发电机输出的电能接入到电网中。
3.4 监测系统监测系统用于对风力发电系统的运行状况进行实时监控。
通过监测系统，可以获取各种运行参数，比如风速、转速、功率、温度等，并进行数据分析和故障诊断。
4. 应用风力发电系统在能源转换领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：4.1 风电场风电场是指由多个风力发电系统组成的大规模发电设施。
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双馈异步风力发电机系统
系统主回路构成： 双馈异步发电机 ＋交直交双向功率变换器
双馈异步风力发电机系统
国产1MW双馈异步风力发电机
双馈异步风力发电机的运行原理
引入转子交流励磁变流器，控制转子电流； 转子电流的频率为转差频率，跟随转速变化； 通过调节转子电流的相位，控制转子磁场领先 于由电网电压决定的定子磁场，从而在转速高 于和低于同步转速时都能保持发电状态； 通过调节转子电流的幅值，可控制发电机定子 输出的无功功率； 转子绕组参与有功和无功功率变换，为转差功 率，容量与转差率有关（约为全功率的S倍）。
双馈发电机的功率转速关系
双馈发电机功率转速曲线
1600 1400 1200 1000
输出功率 定子有功 转子有功
功率(kW)
800 600 400 200 0 -200 700.00
800.00
900.00
1000.00 发电机转速(r/min)
1100.00
1200.00
1300.00
双馈发电机的负载电流关系
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
绕线型转子异步发电机
转子采用类似于定子的三相交流绕组，一般 接成Y接； 转子三相绕组可在转子内部联接，也可经滑 环—电刷装置将转子三相绕组端接线引出； 转子三相绕组的端接线在转子内部短接时， 发电机的机械特性类似于笼型异步发电机；外 接附加电阻时，机械特性变软。
• 叶尖速比
TSR m R V
TSR: Tip Speed Rate
风力发电机组及其分类
• • • • • • 风力发电机组的分类： 按风轮桨叶分类 按风轮转速分类 按传动机构分类 按发电机分类 按并网方式分类
风力发电机组的分类
按风轮桨叶分类： • 失速型： 高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰 流器动作，限制风力机的输出转矩与功率； • 变桨型： 高风速时通过调整桨距角，限制输出转 矩与功率。
风力发电机组的分类
按风轮转速分类： • 定速型：
风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与 恒速发电机对应；
• 变速型：
（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能 转换率，与双速发电机对应； （2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调， 可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。
风力发电机组的分类
按传动机构分类： • 齿轮箱升速型：
A Y
n1
S
C
e, i f n
f
T
X
Z
N
B
—— 异步
转子转速大于定子旋转磁场转速， 发电！
笼型异步风力发电机的内部结构
机座
风扇
定子铁心 定子绕组
端盖
转子铁心
转子绕组 （端环）
笼型异步风力发电机的工作原理
旋转磁场
向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流，可以产 生一个行波磁场。 如果三相绕组分布在一个圆周上，则行波磁场作旋转 运动，即旋转磁场。 旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（N、S极）数 目称为极数，用2P表示。 旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决 于电流的频率 f 和极对数 P：
笼型异步发电机 中转差率S 与运行状态的关系?
笼型异步风力发电机的工作原理
异步电机的运行状态
发电机状态
S n1 n N T
电动机状态
S n1 n T
n
n＞n1＞0 s＜ 0
n1 0
N 0＜n＜n1
0 1
0＜s＜1
s
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
笼型异步发电机的运行特点
（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。应 选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容； （2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负 载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦； （3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机 有较软的机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大 ； （4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲 击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起 动限流装置；
双馈发电机的效率曲线
双馈发电机效率曲线
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 0 200 400 600 800 负载功率(kW) 1000 1200 1400 1600
效率(%)
双馈异步风力发电机系统的特点
（1）连续变速运行，风能转换率高； （2）部分功率变换，变流器成本相对较低； （3）电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）； （4）并网简单，无冲击电流； （5）降低桨距控制的动态响应要求； （6）改善作用于风轮桨叶上机械应力 状况 ； （7）双向变流器结构和控制较复杂； （8）电刷与滑环间存在机械磨损。
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
定义：
转子电流控制技术是指通过电力电子开关和 脉宽调制（PWM）来控制绕线型异步发电机转子 电流的一项技术。
系统的结构特征：
（1）采用变桨风力机； （2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环； （3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调 整发电机的机械特性。
转子电流混合控制的特点
• 优点： （1）简化了主回路结构和控制策略，成本低； （2）兼具双馈控制和RCC控制的优点。 • 缺点： （1）转速范围缩小； （2）超同步速运行时，无功功率不可调，功率 因数略低。
变速笼型异步风力发电机系统
generator side breaker Converter (full rating) rectifier inverter grid side breaker
双馈发电机负载电流曲线
1200
定子电流
1000
转子电流
800
电流(A)
600 400
200 0 0 200 400 600 800 负载功率(kW) 1000 1200 1400 1600
双馈发电机的负载转子电压关系
发电机负载转子电压曲线
400 350 300
转子电压(V)
250 200 150 100 50 0 0 200 400 600 800 负载功率(kW) 1000 1200 1400 1600
风力发电机组的分类
按并网方式分类： • 并网型：
并入电网，可省却储能环节。
• 离网型：
一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、 直流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运行。
异步风力发电机的工作原理
定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1 旋转 在转子导条中产生感应电动势 e e 在转子绕组中产生感应电流 i i 在磁场中产生电磁力f f 产生电磁转矩T 若转子以转速n>n1, 向n1的方向旋转 机械能 →电能，是发电机 n 是否会等于 n1？ 要产生T，必须n≠n1
风力发电机及其系统
• 代贤涛
风力发电机及其系统
主要内容 绪论 风力发电机组及其分类 典型风力发电机系统
绪论
风力发电机组的内部结构
机舱＋轮毂＋桨叶＋调桨系统＋偏航系统 ＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率 1 P AV 3C p 2
• 风能转换率
C p f (TSR, )
60 f n1 P
—— 同步转速
笼型异步风力发电机的工作原理
转差率
异步电机的特点之一是转子转速 n和定子旋转磁场的同步转 速n1不同。 把同步转速 n1 与转子转速 n 的差与同步转速 n1 的比值，称为 转差率，用s表示，即
n1 n s n1
则转子转速n可表示为：
n＝(1－s)n1
谢谢！
line coupling transformer brake Cage Induction generator
gearbox
converter controller pitch drive
Yaw drive
wind turbine controller
变速笼型异步风力发电机系统
系统特点
笼型异步风力发电机运行于变速变频发电状态； 运行于小转差率范围，发电机机械特性硬，运 行效率高； 发电机机端电压可调，轻载运行效率高； 发电机与电网被可控的变流器隔离，系统对电 网波动的适应性好； 变流器与发电机功率容量相等，系统成本高。RCC异Biblioteka 风力发电机系统的特点优点：
（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变 桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可 明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率; （2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子 转速变化形成的动能，提高风能利用率； （3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电 源。
缺点：
用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机； （减小发电机体积重量，降低电气系统成本）
• 直驱型：
直接连接低速风力机和低速发电机。 （避免齿轮箱故障）
风力发电机组的分类
按发电机分类： • 异步型：
（1）笼型单速异步发电机； （2）笼型双速变极异步发电机； （3）绕线式双馈异步发电机；
• 同步型：
（1）电励磁同步发电机； （2）永磁同步发电机。