风力发电机及其系统
风力发电机及其系统
风力发电机的效率
风力发电机的效率是指其将风能转换为电能的效率。影响风力发电机效率的因素有很多，包括风机的 设计、制造质量、安装角度、自然风况等。提高风机的设计水平和制造质量，以及合理选择安装地点 和角度，都是提高风力发电机效率的有效途径。
目前，大型商业风力发电机的主流机型一般为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发 电机的效率相对较高，但受风向影响较大；垂直轴风力发电机的效率略低，但受风向影响较小，适合 在复杂地形和狭小空间中使用。
大型化风力发电机还可以提高电网的稳定性，减少对化石燃料的依赖，降低环境污 染。
海上风电
随着陆上风电资源的逐渐减少，海上 风电成为风力发电的重要发展方向。
海上风电的建设需要克服海洋环境的 影响，如台风、海浪、海流等，因此 需要更高的技术要求和投资成本。
海上风电具有丰富的资源，离岸距离 近，风速稳定，风能品质高等优点。
03
风力发电机系统
风力发电机组
风力发电机组是风力发电系统的核心组成部分，它利 用风能转化为电能，为电网提供清洁能源。
输标02入题
风力发电机组主要包括风轮、发电机、塔筒等部分。 风轮捕获风能，驱动发电机产生电能，塔筒支撑风轮 和发电机，使其能够旋转并从风中获取能量。
01
03
风力发电机组的性能和可靠性对整个风力发电系统的 运行和维护至关重要。
风力发电机的工作流程
风力发电机的工作流程包括以下几个步骤：风的捕获、能量的转换、电能的输送和分配。风的捕获主要依靠风车叶片将自然 风的动力转化为机械能；能量的转换是将机械能转化为电能，这一过程由发电机的电磁场和转子完成；电能的输送和分配则 是将电能输送到电网，供用户使用。
风力发电机的工作流程需要配合控制系统来实现，控制系统能够自动调节风力发电机的运行状态，使其在各种风况下都能保 持高效稳定的工作。
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。
风力发电机及其系统讲解
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
风力发电机及其系统ppt课件
风力发电机系统
恒速恒频同步风力发电机系统
三要素： （1）同步发电机 （2）调速器 （3）励磁调节器
18
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的定、转子结构
定子铁心
定子绕组
转子磁极 19
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生感应电动势
（1）风力机拖着发电机的转子以恒定 转速n1沿发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
7
风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴 线旋转的角度。显然，桨距角的 变动对桨叶的升力影响很大。
8
风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV 3Cp
• 风能转换率
Cp f (TSR, )
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风力发电机系统
风力发电机系统的分类：
恒速恒频风力发电机系统
（1）同步发电机系统 （2）笼型异步发电机系统 （3）绕线转子RCC异步发电机系统
变速恒频风力发电机系统
（1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速） （2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速） （3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速） （4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速） （5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）
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风力发电机组
风电机组的分类：
（3）按传动机构分类 升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。 直驱型：将低速风力机和低速发电机直接连接。
（4）按发电机分类 异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步 发电机；绕线式异步发电机。 同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。
（5）按并网方式分类 并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。 离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。
风力发电机及偏航系统
风力发电机及偏航系统引言：风力发电是一种利用风能将其转化为电能的发电方式。
它是一种环保、可再生的能源，可以帮助减少对传统化石燃料的依赖，并减少排放。
风力发电机是风力发电的核心设备，而偏航系统是确保风力发电机能够高效运行的关键部件。
本文将从风力发电机的原理、构造和工作原理以及偏航系统的功能、原理和优化等方面进行阐述，以帮助读者更好地理解风力发电机及偏航系统的工作原理与应用。
一、风力发电机1.原理2.构造3.工作原理当风力吹过风力发电机的叶片时，叶片产生升力，并形成一个扭转力矩。
这个扭转力矩通过轴传递给发电机，进而带动发电机转子旋转。
转子内部的磁场与绕组相互作用，产生感应电动势，从而产生电能。
二、偏航系统1.功能偏航系统是风力发电机中的重要部分，其主要功能是使风力发电机始终面向风向，以利用风能的最大化。
偏航系统可以通过调整发电机的方向来适应风的变化，确保叶片始终相对于风的方向。
2.原理偏航系统通常由风向传感器、控制器和驱动器等组成。
风向传感器负责感知风的方向，控制器根据风向数据和预设参数进行判断和计算，驱动器则通过调整发电机的方向来控制风力发电机的偏航。
3.优化为了提高风力发电系统的效益，偏航系统的优化也尤为重要。
通过采用更先进的风向传感器、控制算法和驱动器技术，可以提高偏航系统的准确性和响应速度，进而提高风力发电机的发电效率。
结论：风力发电机及偏航系统是风力发电的重要组成部分，其工作原理和优化对风力发电系统的效益起到至关重要的作用。
理解和掌握风力发电机及偏航系统的原理和应用，对于推广和应用风力发电具有重要的指导意义。
随着技术的不断进步，风力发电的效率和可靠性将继续提升，为可持续发展和环境保护做出积极贡献。
风电机组电气系统
风电机组电气系统1. 简介风电机组电气系统是指风力发电机组中包含的所有电气设备和组件，用于将风能转化为电能并进行供电。
它包括风力发电机、变压器、电缆、控制系统等。
本文将对风电机组电气系统的组成、工作原理和常见故障进行介绍。
2. 组成风电机组电气系统主要由以下几个组成部分组成：2.1 风力发电机风力发电机是将风能转化为机械能的关键设备。
它通常由风轮、发电机和传动系统组成。
风轮通过风力的作用转动，驱动发电机发电。
风力发电机的类型有水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种。
2.2 变压器变压器用于将风力发电机输出的低电压电能升压为适用于输送的高电压电能。
它起到了电能传输和分配的关键作用。
常见的变压器包括升压变压器和降压变压器。
2.3 电缆电缆用于将变压器输出的高电压电能输送到外部电网或用于风力发电机组内部的供电。
它要具备良好的绝缘性能和导电性能，以确保电能的安全传输和有效利用。
2.4 控制系统控制系统是风电机组电气系统的大脑，用于监控和控制机组的运行状态。
它由集中控制器、传感器和执行器等组成。
通过对风力发电机和变压器进行监测和调节，控制系统可以确保风电机组的安全运行和最大发电效率。
3. 工作原理风电机组电气系统的工作原理如下：1.风力发电机受到风的作用，风轮开始转动；2.转动的风轮通过传动系统将机械能传递给发电机；3.发电机利用转动的风轮产生的机械能，将其转化为电能；4.通过变压器将低电压的电能升压为高电压，便于输送；5.输送电能的电缆将电能传输到大型电网中，或者供电给其他设备；6.控制系统监测发电机、变压器和电缆的运行状态，并控制风力发电机组的运行。
4. 常见故障及处理风电机组电气系统可能会遇到一些常见故障，下面是其中一些故障及处理方法：4.1 发电机故障发电机故障可能包括电气故障和机械故障。
电气故障可能是由于线圈短路、绝缘破损等原因导致的。
机械故障可能是由于轴承磨损、风轮损坏等原因导致的。
处理方法包括维修或更换故障部件。
风力发电设备的运行与监控系统介绍
风力发电设备的运行与监控系统介绍随着能源需求的不断增长和环境保护的重要性逐渐凸显，可再生能源已成为解决能源危机的重要途径之一。
而风力发电作为最具代表性的可再生能源之一，具有资源广泛、清洁环保的特点，逐渐成为各国能源发展的重要方向。
为了确保风力发电设备的高效运行和可靠性，运行与监控系统起着关键的作用。
一、风力发电设备的运行系统风力发电设备的运行系统主要包括风机传动系统、电力传输系统和液压系统。
1. 风机传动系统风机传动系统由风轮、轴承、风机箱和发电机组成。
风轮通过风力的作用产生转动，随后通过轴承传递转动力矩到发电机，进而将风力转化为电能。
风机箱在整个系统中起到承载和保护作用，同时也是调整风轮朝向的关键部件。
2. 电力传输系统电力传输系统主要包括发电机、变压器、电缆和配电装置等。
发电机将机械能转化为电能，通过变压器将电压升高，并通过电缆将电能输送到连接电网的地方。
配电装置则用于控制电能的输出和管理。
3. 液压系统液压系统主要包括控制技术、传感器和执行器等，用于实现风机的角度调整和灵活性控制。
通过液压系统，可以迅速调整风机的朝向和角度，以适应不同风向和风力的变化，提高风机的发电效率。
二、风力发电设备的监控系统风力发电设备的监控系统主要用于对设备的运行状态进行实时监测和故障诊断，以实现设备的高效运行和预防性维护。
1. 实时监测系统实时监测系统通过传感器和数据采集设备，对风力发电设备的温度、振动、压力、转速、功率等运行参数进行实时监测。
监测数据通过数据传输网络传输到中央控制中心，实现对风力发电设备运行状态的监控。
2. 故障诊断系统故障诊断系统通过分析监测数据，利用模型和算法识别设备可能存在的故障，并提供相应的预警和诊断报告。
通过对故障进行及时的诊断和处理，可以避免故障进一步发展和对设备的损坏，提高设备的可靠性和可用性。
3. 远程控制系统远程控制系统通过与监测系统和故障诊断系统的集成，实现对风力发电设备的远程控制。
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。
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（3）导体切割磁力线感应出电动势
导体感应电动势的方向可用右手定则判断！
交变频率： f pn1 [Hz] 60
p：磁极的极对数
20
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生电磁制动力
（1）载流导体在磁场中受到电磁力 （2）绕组电流受力形成电磁转矩 （3）电磁转矩阻止转子旋转，是一种
0
IN
I
外特性 U＝f ( I )
负载的 cos不同，U 随I 变化
的趋势有所不同。
24
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的电压调整率
U if=ifN , cos cosN 保 持 发 电 机 额 定 运 行 时 （ UN 、 IN 、
风力发电机及其系统
1
风力发电机及其系统
目的
介绍现代风力发电机组中的发电机及其系统的基本结构、 运行原理和控制方法，说明发电机对风力机和电力系统的 影响。
内容
（1）恒速恒频风力发电机系统 （2）变速恒频风力发电机系统
2
风力发电机组的结构
3
风力发电机组的结构
风力机（轮毂、桨叶），传动机构（齿轮箱），发电机，控制器 （调桨、偏航、启停、并网），结构件（机舱、塔筒、基础）
15
风力发电机组
风电机组的分类：
（3）按传动机构分类 升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。 直驱型：将低速风力机和低速发电机直接连接。
（4）按发电机分类 异步型：笼型单速异步发电机、笼型双速变极异步 发电机；绕线式异步发电机。 同步型：电励磁同步发电机；永磁同步发电机。
（5）按并网方式分类 并网型：直接或间接并入电网，可省却储能环节。 离网型：需配储能环节，也可与柴发、光伏并联运行。
• 叶尖速比
TSRmRV
TSR: Tip Speed Rate
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风力发电机组的功率控制
定桨距桨叶
桨距角固定，大风 速时，翼型的尾部 气流紊乱，升力不 增反降，称为失速 现象。
变桨距桨叶
桨距角可调，大风
速时，增大桨距角，
可保持风力机吸收
功率恒定，也可完
全释放功率。
变桨距有利于大风速下稳定风力机吸收的功率。
风力发电机组
两大核心系统：风力机系统＋ 发电机系统 一个灵魂： 系统控制器
风力机系统：
桨叶 轮毂 主轴 调桨机构（液压或电动伺服机构） 偏航机构（电动伺服机构） 刹车、制动机构 风速传感器
发电机系统：
发电机 励磁调节器（电力电子变换器） 并网开关 软并网装置 无功补偿器 主变压器 转速传感器
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风力发电机组
4
双馈异步风力发电机组
5
风力发电机组的结构
6
直驱永磁同步风力发电机组
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风力发电机组的基础知识
桨叶的升力与阻力
桨叶的距角
桨叶围绕翼展长度方向的轴 线旋转的角度。显然，桨距角的 变动对桨叶的升力影响很大。
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风力机风能转换效率特性
• 风轮的功率
P
1 2
AV3Cp
• 风能转换率
Cpf(TS,R )
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风力发电机系统
恒速恒频同步风力发电机系统
三要素： （1）同步发电机 （2）调速器 （3）励磁调节器
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恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的定、转子结构
定子铁心
定子绕组
转子磁极 19
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的基本工作原理 — 产生感应电动势
（1）风力机拖着发电机的转子以恒定 转速n1沿逆时针方向旋转
风电机组对发电机系统的基本要求：
（1）将旋转风力机的机械能高效率地转换为电能 转速、转矩、效率、电压、电流、体积、重量
（2）输出的电能质量应满足电力系统的并网要求 频率、有功、无功、波形畸变率、三相不平衡度、 并网冲击、电压跌落跨越
（3）与风力机系统匹配，最大限度发挥风力机的风能转换率 有无齿轮箱（直驱）、变速（MPPT）、变桨（恒功）
0
if (Ff )
空载特性 E0＝f ( if )
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恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的外特性
U
外特性：同步发电机在n＝nN ，if＝
const，cos＝const的条件下，端电
cos() 0.8 压U和负载电流I 的关系曲线。
UN
cos 1 外特性反映负载性质不同时，端电
cos 0.8 压随负载大小变化而变化的情况。
（4）安全、可靠运行 过压、过流、过速、过热等状态监测与保护
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风力发电机组
风电机组的分类：
（1）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，调整桨距角，限制输出转矩与功率。
（2）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； 变速型： 双速：可在两个设定转速下运行，改善风能转换率； 连续变速：连续可调，可捕捉最大风能功率。
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风力发电机系统
风力发电机系统的分类：
恒速恒频风力发电机系统
（1）同步发电机系统 （2）笼型异步发电机系统 （3）绕线转子RCC异步发电机系统
变速恒频风力发电机系统
（1）变速恒频鼠笼异步发电机系统（高速） （2）变速恒频双馈异步发电机系统（高速） （3）变速恒频电励磁同步发电机系统（中、低速） （4）变速恒频永磁同步发电机系统（中、低速） （5）变速恒频横向磁通发电机系统（中、低速）
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风力发电机组的功率控制
定速发电机
发电机转子转速基 本恒定，例如笼型 转子异步发电机。
变速发电机
发电机转子转速 可在一定范围内变 化。需要变频器保 证馈入电网的电能 频率恒定。
变速发电机有利于小风速下风力机吸收更多的功率。
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风力机的输出功率
定桨定速 vs.变桨变速风力机输出功率的比较：
12
制动转矩，与风力机的拖动转矩 相平衡。
电磁制动力的方向可用左手定则判断！
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恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的电动势方程式 E0
E 0U IRjIdX djIqX q
jId X d
式中， Xd＝ Xs＋Xad Xq＝Xs＋Xaq
Xad 、Xaq — 每相电枢绕组的直轴 和交轴电枢反应电抗。
Xs —每相电枢绕组的漏电抗。 Xd 、Xq —每相电枢绕组的直轴
和交轴同步电抗。
jIId
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恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机的空载电压特性
E0
E0:定子一相感应电动势的有效值
额定点
if:转子励磁电流
空载特性反映了转子励磁磁动势产 生磁场、并在定子绕组中感应电动势 的能力。