风力发电系统的分类及拓扑
风力发电系统结构
特点
该变流器允许转子回路的功率双向流动，从而提高发
电机的转速变化范围
和定速系统及带可变电阻的系统来比，该系统整体功
率转换效率提高了，发电机转速变化范围增大了约 ±30%，动态性能增强了，这些特点使双馈异步发电 机发电发电系统广泛为市场接受
基于双馈异步发电机的商用 风力发电系统实例
带全功率变流器的变速系统
变速风力发电系统，根据变流器容量相比系统总容量
的关系分为两类：部分功率变流器和全功率变流器。
基于部分功率变流器的变速风力系统只能与绕线转子
异步发电机一起运行，通过控制电机转子电流来实现 变速运行，不需要通过系统的全部功率。该绕线转子 异步发电机有两种配置方法：一种是采用可变电阻； 一种是采用部分功率的四象限变流器
带全功率变流器的风力发电 系统
带可变转子电阻的绕线转子异步 发电机
转子回路带可变电阻的绕线转子异步发电机
转子电阻变化会影响发电机的转矩/转速特性，从而实
现变速运行 转子电阻通常由变流器调节 速度调节范围一般限于同步速以上10%
随系统变速运行，风力机可捕获更多风能，但同时在
转子电阻上有能量损失，这种系统一般配软启动器及 无功例
带转子侧变流器的双馈异步发电 机
配置和绕线转子异步发电机基本一样只是
1绕线转子异步发电机转子回路可变电阻换成连接电网
的变流器 2不需要软启动器和无功补偿，该系统功率因数可由变 流器调节，变流器只要处理转子回路中转差功率，因 而容量大约是发电机额定功率的30%。与使用全功率 来比，该成本较低
一个商业运行的定速风力发 电系统
基于部分功率变流器的变速风力 发电系统
变速运行有一系列优点：
他提高能量转换效率，降低阵风引起的机械应力，进 而对风力机的结构和机械设计产生积极影响，使大型风力 发电机组成为可能；还减少变速箱和轴承磨损，延长系统 寿命，降低维护需求 缺点： 需要变流器来控制电机转速，增加了系统成本和复杂 性 然而，变流器使发电机和电网相互独立，并可以控制 电网侧有功和无功功率
风力发电系统的分类及拓扑
并网型风力发电系统
2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。
OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期开 始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同样 需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。由 于转子电阻可变使得转差率可变，因此系统的功率输出稳 定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
4.D型：变速全功率变频器型 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风
力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG） 或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需 要直驱多级发电机，其直径较大。
特点及其拓扑结构
特点及其拓扑结构
该类型还具体包括三种类型： （1） 失速控制型。该机型在上世纪80~90年代被许多丹麦风力机制造
商采用。 特点：简单、坚固、耐用。不能实现辅助启动，无法控制风力机的
功率。 （2） 桨距控制型。
优点是可控功率，可控启动和紧急停车。 缺点：高风速时很小的风速变化也会导致很大的输出功率波动。桨 叶调节能补偿份额的缓慢变化，但阵风情况不能补偿。 （3） 主动失速控制型。低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风机，高 风速时、使桨叶进入深度失速状态。 优点：能够获得更平稳的有限功率，不会出现桨距控制型风力机的 高功率波动。
风力发电系统分类：
1.独立型风力发电系统 2.并网型风力发电系统
小型直流混合系统
小型交流混合系统
A型：恒速恒频 B型：变速恒频 C型：变速含部分功率变频器 D型：变速全功率变频器型
小型直流混合系统
小型风力发电系统经常与其他能源混合发电，又可称之为 “混合电力系统”。
(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。
风力发电系统的分类及拓扑
并网型风力发电系统
• 2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。
OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期 开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同 样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。 由于转子电阻可变使得转差率可变，因此系统的功率输出 稳定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。
接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功
功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励
磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。
• 优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度控制范围快一般为同 步转速的-40%~30%。
• 缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故障保护，具有齿轮箱，结构 笨重，易出现机械故障。
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器
•
此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含
绕线转子感应发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定
值约为标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式
异步感应电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外
The end
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Thank you！
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• 4.D型：变速全功率变频器型 • 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风
力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG） 或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。 • 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需 要直驱多级发电机，其直径较大。
风力发电系统分类：
风力发电监测系统技术参数
风力发电监测系统技术参数
1. 系统概述
- 系统用途: 实时监测风力发电机组运行状态和发电量
- 系统组成: 数据采集终端、通信网络、数据中心
2. 数据采集终端
- 测量参数: 风速、风向、功率输出、转速、机舱温度、振动等 - 数据传输: 通过有线或无线网络传输至数据中心
- 防护等级: IP65以上,适用于户外恶劣环境
3. 通信网络
- 传输介质: 光纤、无线射频、卫星通信等
- 网络拓扑: 星型、环形、总线型等
- 通信协议: Modbus、IEC 61400-25等标准协议
4. 数据中心
- 数据存储: 关系型数据库、NoSQL数据库
- 数据处理: 实时数据分析、故障诊断、发电量统计等
- 可视化: Web端、移动端等多种可视化界面
5. 系统集成
- 与能源管理系统、输电线路监控系统等系统集成
- 支持远程控制、报警和维护功能
- 满足国家电网、发电公司等相关监管要求
6. 安全与可靠性
- 数据加密传输,防止窃取和篡改
- 多级备份和容错机制,确保数据安全可靠
- 支持升级和扩展,满足未来发展需求
以上是风力发电监测系统的典型技术参数,具体参数根据项目需求和预算有所调整。
风力发电--概述课件
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1
风力发电机系统
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
半直驱或直驱
新结构发电机与电力电子变流器相结合，有望大幅度
减小大功率低速直驱发电机的空间尺寸和重量！
.
41
小结
（1）笼型异步风力发电机系统成本低、可靠性高，在定速和变速 全功率变换风力发电系统中将继续扮演重要角色； （2）双馈异步发电机系统具有最高的性价比，特别适合于变速恒 频风力发电。将在未来十年内继续成为风电市场上的主流产品； （3）直驱型同步风力发电机及其变流技术发展迅速，利用新技术 有望大幅度减小低速发电机的体积和重量。
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35
变速恒频双馈异步风力发电机系统
系统特点： （1）连续变速运行，风能转换率高； （2）部分功率变换，变频器成本相对较低； （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）双向变频器结构和控制较复杂； （8）电刷与滑环间存在机械磨损。
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17
恒速恒频同步风力发电机系统
同步风力发电机系统的主要问题: （1）并网问题：并网控制复杂，对调速器要求过高，并网过程 长，成功率较低，冲击电流不易控制，不适合于频繁脱、并网的 风力发电机。 （2）运行问题：转子转速受电网频率的钳制，发电机呈现刚性 机械特性。转子受到的冲击应力大，电磁功率波动快，风力机的 风能转换率偏低。 （3）过载问题：高风速时，对变桨调节的动态响应要求高，无 法利用转子惯量缓冲。留给过速保护的响应时间太短。
永磁直驱风电系统变流器拓扑结构分析
永磁直驱风电系统变流器拓扑结构分析摘要：交流器作为永磁直驱风电系统中不可或缺的一节，其拓扑结构直接影响了系统的整体性能。
因此，本文介绍了五种拓扑结构，并分析了各自的原理以及优缺点。
关键词：永磁直驱风电；变流器；拓扑结构一、研究背景随着人类社会的不断进步，能源成为了全球范围内人们最为关注的问题之一。
天然气、石油以及煤炭是全球消耗最多的能源，但是由于其不可再生的特点，全球储备量正在急剧下降，价格也因此不断攀升。
与此同时，化石燃料的使用带来的环境问题也不容小觑。
因此发展风能等清洁的可再生的能源，是未来能源发展的必然趋势[1]。
风力发电因其可再生、清洁、储量大等特点，受到全球的广泛关注，进入21世纪以后已经发展的相当成熟。
风力发电的商业潜力巨大，开发规模也逐年攀升，我国作为风机发电总装机容量最大的国家，每年的风力发电量都在不断增加。
据国家统计局发布的数据，2020年1月至8月份我国风力发电总装机容量已经达到2696亿千万时，同比增长9.6%，2020年8月份单月，我国风力发电容量达到281亿千万时，同比增长18.7%。
变速恒频风电系统中，双馈感应发电机的使用较为广泛，而永磁同步发电机的直驱式系统也逐渐开始崭露头角。
双馈式系统需要配备增速齿轮箱，齿轮箱的噪音较大且容易发生故障，检修也很复杂。
但是双馈式系统具也有体积小、重量轻、成本低等优点。
相比之下，永磁直驱式风电系统需要全功率变流器，体积和重量相对双馈式系统大一些，因而具有较高的成本。
但是永磁直驱式风电系统不需要配备齿轮箱，因此也不必经常维修，机械效率也较高。
在电网电压故障时，能更好的实现风电系统的不间断并网。
二、变流器拓扑结构分析永磁直驱式风电系统要想顺利运行，其中的变流器必不可少。
变流器起到了减少谐波，使输出电流保持正弦以及保持系统高频恒压运行的作用。
电流器在保证系统输出电能质量以及隔离系统故障等方面有着举足轻重的作用，因此关于变流器拓扑结构的研究变得十分有必要[2]。
第四讲风力发电机的结构与分类
第四讲风力发电机的结构与分类风力发电机是一种将风能转化为电能的设备。
其结构主要包括风轮、传动系统和发电机组成。
根据风轮的类型和形状不同，风力发电机可分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机两大类。
垂直轴风力发电机一般由多个垂直排列的叶片组成，风轮呈直立状态，因此也被称为直立式风力发电机。
其特点是风向变化时，无需对风轮进行调整，能够自动跟踪风向。
垂直轴风力发电机的结构相对简单，容易安装和维护，适用于各种风向的地区。
但由于叶片受风阻力较大，垂直轴风力发电机的效率相对较低，发电能力也较小。
水平轴风力发电机是目前应用较广泛的一种风力发电机。
其风轮呈水平放置状态，由三个或更多的叶片组成。
风向变化时，需要通过转动整个风力发电机来调整风轮朝向。
水平轴风力发电机的结构复杂，需要配备风向传感器和伺服系统来实现风向调整。
但由于叶片在运动过程中受风力影响较小，水平轴风力发电机具有较高的效率和发电能力。
根据风力发电机的功率大小，还可以将其分为小型风力发电机和大型风力发电机。
小型风力发电机一般功率在几千瓦到几十千瓦之间，适用于家庭、农村、岛屿等地区的独立供电。
大型风力发电机功率通常在数百千瓦到数百兆瓦之间，主要用于商业发电和集中式电网供电。
除了以上常见的结构和分类外，风力发电机还可以根据其叶片形状、叶片材料等因素进行细分。
例如，叶片形状可以分为直线型、弯曲型、扇形等。
不同的叶片形状对风力发电机的效率和风能捕捉能力有着重要影响。
叶片材料通常选用玻璃纤维增强塑料、复合材料等，以提高叶片的强度和耐腐蚀能力。
总而言之，风力发电机是一种将风能转化为电能的设备，其结构主要包括风轮、传动系统和发电机。
根据风轮的类型和形状不同，风力发电机可分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机。
根据功率大小，可将其分为小型风力发电机和大型风力发电机。
此外，还可以根据叶片形状、材料等因素进行进一步细分。
风力发电机的分类和结构多样化，能够适应不同环境和需求。
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特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器 • 此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含 绕线转子感应发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定 值约为标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式 异步感应电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外 接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功 功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励 磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。
• 优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度控制范围快一般为同 步转速的-40%~30%。
• 缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故障保护，具有齿轮箱，结构 笨重，易出现机械故障。
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• 4.D型：变速全功率变频器型 • 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风 力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG） 或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。 • 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需 要直驱多级发电机，其直径较大。
风力发电系统的分类及 拓扑结构
兰国军 电力系统及其自动化 20111100351
风力发电系统分类：
1.独立型风力发电系统
通常独立型风力发电规模较小，单机容量一般为10kW及以下， 通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合，用以解决偏远 地区的供电问题。
2.并网型风力发电系统。
指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。单机容量一般在 数百kW及MW。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑， 大功率风电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，是当 今世界利用风能的主要方式。
The end
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特点及其拓扑结构
1.小型直流混合系统
小型交流混合系统
以交流母线为主体的小发电系统。光伏和风力 发电系统通过专用快速逆变器接入交流电网。
特点及其拓扑结构
2.小型交流混合系统
并网型风力发电系统
• A型：恒速恒频 • 此类型主要指鼠笼式感应发电机（SCIG）通过变压器 直接连接电网的恒速风机，如下图所示，双绕组风机也可 归于此类。因为鼠笼式感应电机需要从电网吸收无功功率， 所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿，使用 软启动器可以获得平稳的电网电压。此类型的缺点是不支 持速度控制，需要刚性电网支持，机械承受应力大。
特点及其拓扑结构
特点及其拓扑结构
该类型还具体包括三种类型： （1） 失速控制型。该机型在上世纪80~90年代被许多丹麦风力机制造 商采用。 特点：简单、坚固、耐用。不能实现辅助启动，无法控制风力机 的功率。 （2） 桨距控制型。
优点是可控功率，可控启动和紧急停车。
缺点：高风速时很小的风速变化也会导致很大的输出功率波动。桨 叶调节能补偿份额的缓慢变化，但阵风情况不能补偿。 （3） 主动失速控制型。低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风机，高 风速时、使桨叶进入深度失速状态。 优点：能够获得更平稳的有限功率，不会出现桨距控制型风力机 的高功率波动。
并网型风力发电系统
• 2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。 OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期 开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同 样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。 由于转子电阻可变使得转差率可变，因此系统的功率输出 稳定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。
风力发电系统分类：
小型直流混合系统
• 1.独立型风力发电系统
小型交流混合系统A型：恒速恒频源自• 2.并网型风力发电系统
B型：变速恒频 C型：变速含部分功率变频器 D型：变速全功率变频器型
小型直流混合系统
• 小型风力发电系统经常与其他能源混合发电，又可称之为 “混合电力系统”。 • 1.传统的直流混合系统，如下图所示。小型风力机输出的 交流频率和电压可变的交流电，经过整流后输送到电池组 电压等级的直流母线。能量存储在电池中或通过逆变器转 换成交流提供给负荷。电池组被用来平滑风力机的功率波 动，存储有风时产生的能量以备不时之需。
• 直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为： （1）不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型
DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的 范围内，使得逆变器的输入电压稳定，提高运行效率、减小谐 波。
• （2）背靠背双PWM变流器型
优点：后者中的PWM整流器可同时实现整流和升压，效率较高，通 过电流隔离，机侧和网侧可以实现各自的控制策略。 缺点：全控型器件数量多，控制电路复杂，增加了变流系统成本