Repower风力发电机及其系统培训PPT课件
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风力发电机ppt课件
1
目录
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
2
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
主要部件
Text in here
塔架
基础
3
风力发电机分类
按风轮 结构划分 水平轴风力叶机片围绕一个水平轴旋转，旋转平面 垂直轴风力风机轮围绕一个垂直轴进行旋转。
4
风力发电机分类
目前的大型兆瓦级风电机组普遍采用变桨距控制技术
7
水平轴风力机构造
8
风力机组传动系统
传动系统用来连接风轮与发电机，将风轮
产生的机械转矩传递给发电机，同时实现 图为一种目前风电机组较多采用的带齿轮 转速的变换。 箱风电机组的传动系统结构示意图。包括
风轮主轴（低速轴）、主轴轴承作、用增在速风齿
轮箱、高速轴（齿轮箱输出轴）轮联上轴的器各、
5
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角 不变，风力机的功率调节完 全依靠叶片的失速性能。当
风速超过额定风速时，在叶
优点:
片后端结将构形简成单边界层分离，
使不升能力保系证数功下率降恒，定阻，力并系且数由
缺点:
增于加阻，力从增而大限,制导了致机叶组片功和率塔架 的等进部一件步承增受加的。载荷相应增大 6
17
高，发电质量好。
联轴器
齿轮箱高速轴与发电机轴的连接构件一 般采用柔性联轴器，以弥补机组运行过 程轴系的安装误差，解决主传动链的轴 系不对中问题。同时，柔性联轴器还可 以增加传动链的系统阻尼，减少振动的 传递。
目录
1
风力发电机概述
2
风电机组传动系统
3
偏航系统
4
变桨系统
2
风力机主要部件
风轮
叶片 轮毂
机舱
齿轮箱 发电机 偏航系统 制动系统
主要部件
Text in here
塔架
基础
3
风力发电机分类
按风轮 结构划分 水平轴风力叶机片围绕一个水平轴旋转，旋转平面 垂直轴风力风机轮围绕一个垂直轴进行旋转。
4
风力发电机分类
目前的大型兆瓦级风电机组普遍采用变桨距控制技术
7
水平轴风力机构造
8
风力机组传动系统
传动系统用来连接风轮与发电机，将风轮
产生的机械转矩传递给发电机，同时实现 图为一种目前风电机组较多采用的带齿轮 转速的变换。 箱风电机组的传动系统结构示意图。包括
风轮主轴（低速轴）、主轴轴承作、用增在速风齿
轮箱、高速轴（齿轮箱输出轴）轮联上轴的器各、
5
风力发电机分类
按功率调节方式划分:定桨距与变桨距
定桨距 风力机
叶片固定在轮毂上，桨距角 不变，风力机的功率调节完 全依靠叶片的失速性能。当
风速超过额定风速时，在叶
优点:
片后端结将构形简成单边界层分离，
使不升能力保系证数功下率降恒，定阻，力并系且数由
缺点:
增于加阻，力从增而大限,制导了致机叶组片功和率塔架 的等进部一件步承增受加的。载荷相应增大 6
17
高，发电质量好。
联轴器
齿轮箱高速轴与发电机轴的连接构件一 般采用柔性联轴器，以弥补机组运行过 程轴系的安装误差，解决主传动链的轴 系不对中问题。同时，柔性联轴器还可 以增加传动链的系统阻尼，减少振动的 传递。
Repower风力发电机及其系统培训
输出功率 定子有功 转子有功
800.00
900.00
1000.00
1100.00
发电机转速(r/min)
1200.00
1300.00
此图参考1.5MW风机
双馈发电机的负载电流关系
电流(A)
1200 1000
800 600 400 200
0 0
双馈发电机负载电流曲线
定子电流 转子电流
200
400
600
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 0
双馈发电机效率曲线
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600
负载功率(kW)
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。
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
• 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组 的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路 情况下的损耗就是铜损。
笼型异步发电机的功率表述
pCu1
R1 I1 U1
P1
jX1
jX 2 R2
I0
Rm
pFe
I2 E1 E2
jXm
PM
pCu2
1
s
s
R2
Pm
定子输出功率：
P1m1U1I1cos1
800.00
900.00
1000.00
1100.00
发电机转速(r/min)
1200.00
1300.00
此图参考1.5MW风机
双馈发电机的负载电流关系
电流(A)
1200 1000
800 600 400 200
0 0
双馈发电机负载电流曲线
定子电流 转子电流
200
400
600
100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 0
双馈发电机效率曲线
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600
负载功率(kW)
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。
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
• 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组 的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路 情况下的损耗就是铜损。
笼型异步发电机的功率表述
pCu1
R1 I1 U1
P1
jX1
jX 2 R2
I0
Rm
pFe
I2 E1 E2
jXm
PM
pCu2
1
s
s
R2
Pm
定子输出功率：
P1m1U1I1cos1
风力发电机及其系统ppt课件
17
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, )
16
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）
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。
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, )
16
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。
风力发电机结构组成和其应用专题培训课件
变速笼型异步风力发电机组
变速笼型异步风力发电机组旳特点
（1）笼型异步风力发电机运营于变速变频发电状态； （2）运营于小转差率范围，发电机机械特征硬，运营
效率高； （3）发电机机端电压可调，轻载运营效率高； （4）发电机与电网被可控旳变流器隔离，系统对电网
波动旳适应性好； （5）变流器与发电机功率容量相等，系统成本高。
双馈型异步风力发电机组
主电路：双馈异步发电机+交直交双向功率变换器
国产1MW双馈型异步风力发电机
双馈异步发电机
➢绕线型转子三相异步发电机旳一种； ➢定子绕组直接接入交流电网； ➢转子绕组端接线由三只滑环引出，接至一台双向 功率变换器； ➢转子绕组通入变频交流励磁； ➢转子转速低于同步转速时也可运营于发电状态； ➢定子绕组端口并网后一直发出电功率；但转子绕 组端口电功率旳流向取决于转差率；
双馈型异步风力发电机组旳原理
➢引入转子交流励磁变流器，控制转子电流； ➢转子电流旳频率为转差频率，跟随转速变化； ➢经过调整转子电流旳相位，控制转子磁场领先于 由电网电压决定旳定子磁场，从而在转速高于和低 于同步转速时都能保持发电状态； ➢经过调整转子电流旳幅值，可控制发电机定子输 出旳无功功率； ➢转子绕组参加有功和无功功率变换，为转差功率， 容量与转差率有关（约为全功率旳S倍）。
高风速时经过调整桨距角，限制输出转 矩与功率。
按风轮转速分类：
• 定速型：
风轮保持一定转速运营，风能转换率较低，与 恒速发电机相应；
• 变速型：
（1）双速型：可在两个设定转速运营，改善风能 转换率，与双速发电机相应； （2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调， 可捕获最大风能功率，与变速发电机相应。
我国风能资源分布
风力发电机结构及原理培训ppt
作用
支撑风轮和发电机等部件，并 作为风力发电机的结构基础。
基础材料
通常采用混凝土或钢材。
塔顶结构
塔顶通常安装有控制柜、变压 器等设备。
其他部件
控制系统
用于控制风力发电机的启动、停机和功率控制等 操作。
冷却系统
用于降低发电机等部件的温度，保证其正常运转 。
防护系统
包括防雷、防冰雹等装置，以保护风力发电机不 受自然灾害的损害。
直驱式风力发电机
直驱式风力发电机取消了传统变速 机构，提高了系统的效率和可靠性 。
多兆瓦级风力发电机
多兆瓦级风力发电机具有更大的单 机容量和更高的能量转换效率，是 未来风力发电的重要发展方向。
02
风力发电机结构
风轮
作用
结构
将风能转化为机械能，通过风轮叶片的旋转 驱动齿轮箱。
由叶片、轮毂和轴承等组成。
目，可以满足当地电力需求，并减少对传统能源的依赖。
海上风电
03
在沿海地区建设海上风电项目，可以利用丰富的海上风能资源
，提高能源利用效率。
风力发电机的种类与特点
水平轴风力发电机
水平轴风力发电机是当前主流的风 力发电机类型，具有较高的能量转 换效率和可靠性。
垂直轴风力发电机
垂直轴风力发电机具有独特
风力发电是一种环保、清洁的能源，对于促进 可持续发展和能源转型具有重要意义。
3
提高能源安全性
风力发电可以在不同地区进行部署，提高能源 的多样性和安全性。
风力发电机的应用场景
大型风电场
01
在风力资源丰富的地区，建设大型风电场是实现风力发电规模
效益的重要途径。
分布式风电
02
在城市和工业区等区域，利用风力发电机组建设分布式风电项
风力发电技术PPT课件
控制策略实施
实施效果评估
采用最大功率点跟踪和电网电压定向控制 策略，确保风力发电机在并网过程中能够 稳定运行，并实现对电网的友好接入。
通过实际运行数据对并网效果进行评估， 结果显示该并网方案和控制策略能够有效 提高风能利用率和电网稳定性。
06
运行维护与故障排除
运行维护管理体系建立
制定运行维护计划
02
风力发电机组成与工作原理
风轮结构与类型
01
02
03
水平轴风轮
风轮旋转轴与地面平行， 适用于大型风力发电机， 具有高风能利用率和稳定 性。
垂直轴风轮
风轮旋转轴与地面垂直， 适用于小型风力发电机， 具有结构简单、维护方便 等优点。
风轮叶片
叶片形状和材料对风能利 用率和噪音等性能有重要 影响，现代风力发电机多 采用复合材料叶片。
运行。
03
风力发电机组设计与选型
设计原则与方法
01
02
03
04
安全性原则
确保风力发电机组在各种恶劣 环境下的稳定运行，防止意外
事故发生。
经济性原则
在保障安全性的前提下，追求 经济效益最大化，降低度电成
本。
可靠性原则
提高风力发电机组的可利用率 和寿命，减少维护成本和停机
时间。
适应性原则
适应不同风资源和环境条件， 确保风力发电机组的良好运行
控制系统与辅助设备
控制系统
实现对风力发电机的启动、停机 、调速、并网等控制功能，保证
风力发电机的安全稳定运行。
偏航系统
根据风向变化调整风轮迎风角 度，提高风能利用率和减少风 轮载荷。
刹车系统
在紧急情况下实现风力发电机 的快速停机，保证设备安全。
风力发电机培训课件
变频器主回路
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
变频器关键器件简介
• 绝缘栅双极晶体管：IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）
• 金属氧化物半导体场效应晶体管： MOSFET （metallic oxide semiconductor field effect transistor）
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
IGBT 的优势
• 发电机控制系统除了控制发电机“获取最 大能量”外，还要使发电机向电网提供高 品质的电能。因此发电机通过IGPT控制系 统可获得：①尽可能产生较低的谐波电流， ②能够控制功率因数，③使发电机输出电 压适应电网电压的变化，④向电网提供稳 定的功率
变速恒频变桨控制的 理论依据
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
Cp、β、λ的关系曲线
β
β
β
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
沿运动轨道的切线方向，故又称切向速度。它是描述作曲
线运动的质点运动快慢和方向的物理量。物体上各点作曲
线运动时所具有的即时速度，其方向沿运动轨道的切线方
向。在匀速圆周运动中，线速度的大小等于运动质点通过 的弧长（S）和通过这段弧长所用的时间（△T）的比值。 即V=S/△T，在匀速圆周运动中，线速度的大小虽不改变， 但它的方向时刻在改变。它和角速度的关系是V=ωR。线 速度的单位是米/秒。
风力发电机组各系统介绍ppt课件
37
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
38
39
• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
40
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
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。
35
• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
43
• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
44
19
偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油
五、冷却润滑系统
• 作用 1、对齿轮箱各轴承、各齿面提供足够的润滑。 2、对齿轮箱进行冷却散热。
38
39
• 冷却润滑系统组成 润滑油泵：将齿箱润滑油吸入，输出压力油。
40
滤油器：将油液过滤，给齿箱提供清洁的润滑 油，通常精度为10μm。 冷却器：通过与空气的热交换，将热油冷却。 连接管路：连接各个部件。 附件：提供滤油器堵塞报警，显示回油压力。
32
33
刹车系统的控制机构－液压系统
34
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。
35
• 塔架 材料：Q345 轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
36
• 基础 钢筋混凝土
叶
失速、定桨 玻璃钢 23.5m 、24m 49m、50m
3 2.5° 5°
8
轮
毂
• 轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L
• 涂层：
HEMPEL
• 与桨叶连接： 高强度螺栓
9
主轴、轴承、轴承座 • 轴承：SFK 或FAG • 主轴：材料42CrMoA • 轴承座：材料QT400－18AL
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• ３、通过过滤器的油液进入阀组，当油液温度较低时， 油液直接流回齿轮箱各个轴承和齿面的润滑点，这时 系统只起润滑作用。当油液温度达到设定值时，通过 阀的调配，油液全部强行通过冷却器，给油液进行冷 却后再流回齿轮箱各个润滑点。
44
19
偏航齿箱
参数： • 型式： 法兰联接的同轴行星（摆线）齿轮箱 • 额定输入功率: 1.5kW • 额定输入转速: 940rpm • 额定输出转速: 1.245rpm • 额定传动比: 755 • 额定输入扭矩: 15Nm • 使用环境温度 ： -30℃～+40℃ • 噪声（声功率级）：≤90 dB（A） • 润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油
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整发电机的机械特性。
19
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。
10
电机 正反 转控 制图
11
笼型异步发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
jXm
I2' E1= E'2
1
s
s
R2
➢一相等值电路
➢定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗
➢转子可变电阻反映发电机的负载状况
12
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
3
定速笼型异步风力发电机系统
4
三相笼型异步风力发电机
5
笼型异步风力发电机的内部结构
风扇
机座 定子铁心
定子绕组
端盖
转子铁心
转子绕组 （端环）
6
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， 可以产生一个旋转磁场。
➢ 如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场 作旋转运动。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。
• 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组 的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路 情况下的损耗就是铜损。
13
笼型异步发电机的功率表述
pCu1
R1 I1 U1
P1
jX1
jX 2 R2
I0
Rm
pFe
I2 E1 E2
jXm
PM
pCu2
1
s
s
R2
Pm
定子输出功率：
P1m1U1I1cos1
铁损耗：
pFe m1I02Rm
大唐公司系列培训系列之
风力发电机及其系统
2010年8月
1
风力发电机组的内部结构
机舱＋轮毂＋桨叶＋变桨系统＋偏航系统 ＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜
2
典型风力发电机系统
• 定速笼型异步风力发电机系统 • 转子电流受控的异步风力发电机系统 • 双馈异步风力发电机系统 • 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 • 变速笼型异步风力发电机系统 • 电励磁直驱同步风力发电机系统 • 永磁直驱同步风力发电机系统 • 混合励磁直驱同步风力发电机系统 • 横向磁通永磁同步风力发电机系统
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
1 s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ p1a5
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
电磁 －Tm
10
制动
s
电磁转矩：
T2πf1[(R1mR1s2p)U212R(s2X 1X2)2]
发电机状态： 0＜n1＜n ，s＜0
（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；
（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；
17
典型风力发电机系统
• 定速笼型异步风力发电机系统 • 转子电流受控的异步风力发电机系统 • 双馈异步风力发电机系统 • 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 • 变速笼型异步风力发电机系统 • 电励磁直驱同步风力发电机系统 • 永磁直驱同步风力发电机系统 • 混合励磁直驱同步风力发电机系统 • 横向磁通永磁同步风力发电机系统
定、转子铜损耗：
pCu1 m1I12R1m1I221ssR2
电磁功率： P M m 1 E 2 I 2 c o s2 m 2 E 2 I 2 c o s2 m 1 I 2 2 14R s 2
笼型异步发电机的功率流程图
R1
I1 U1
R2 / s
➢ 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：
n1
60 f P
—— 同步转速
7
笼型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
S
n1 Y
C
e, i f
i 在磁场中产生电磁力f f 产生电磁转矩T
An
T
X
f
若转子以转速n>n1, 向n1的方向旋转 机械能 →电能，是发电机
Z
B
N
n 是否会等于 n1？ 要产生T，必须n≠n1 —— 异步
转子转速大于定子旋转磁场转速， 发电！
8
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
18
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
T Tm
电动机状态： 0＜n＜n1 ，0＜s＜1
软特性 vs. 硬特性 16
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 ；
s n1 n n1
则转子转速n可表示为： n＝(1－s)n1
笼型异步发电机 中转差率S 与运行状态的关系?
9
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
nT
电动机状态
S n1
nT
N
N
n n＞n1＞0
n1
0＜n＜n1
0
s＜0
0
0＜s＜1
1s
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
20
转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流斩波控制电路：
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电21流
RCC异步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;
19
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。
10
电机 正反 转控 制图
11
笼型异步发电机的等值电路
R1 jX1
R2 jX 2
U1
I1
I0 Rm
jXm
I2' E1= E'2
1
s
s
R2
➢一相等值电路
➢定子漏阻抗、转子漏阻抗（折合）、励磁阻抗
➢转子可变电阻反映发电机的负载状况
12
铁损和铜损
• 铁损：电机的铁损包括磁滞损失和 涡流 损失两部分，电机空载时所消耗的功率 。
3
定速笼型异步风力发电机系统
4
三相笼型异步风力发电机
5
笼型异步风力发电机的内部结构
风扇
机座 定子铁心
定子绕组
端盖
转子铁心
转子绕组 （端环）
6
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， 可以产生一个旋转磁场。
➢ 如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场 作旋转运动。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。
• 铜损：电机绕组上的损耗，包括原绕组 的铜损和副绕组的铜损，一般电机短路 情况下的损耗就是铜损。
13
笼型异步发电机的功率表述
pCu1
R1 I1 U1
P1
jX1
jX 2 R2
I0
Rm
pFe
I2 E1 E2
jXm
PM
pCu2
1
s
s
R2
Pm
定子输出功率：
P1m1U1I1cos1
铁损耗：
pFe m1I02Rm
大唐公司系列培训系列之
风力发电机及其系统
2010年8月
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风力发电机组的内部结构
机舱＋轮毂＋桨叶＋变桨系统＋偏航系统 ＋齿轮箱＋发电机＋底座＋塔筒＋控制柜
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典型风力发电机系统
• 定速笼型异步风力发电机系统 • 转子电流受控的异步风力发电机系统 • 双馈异步风力发电机系统 • 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 • 变速笼型异步风力发电机系统 • 电励磁直驱同步风力发电机系统 • 永磁直驱同步风力发电机系统 • 混合励磁直驱同步风力发电机系统 • 横向磁通永磁同步风力发电机系统
jX1
jX 2
R2
I0
I 2
Rm
E1 E2
jXm
1 s
s
R2
P1 pCu1
PM pFe
pCu2
Pm
P2
pm+ p1a5
笼型异步发电机的机械特性曲线
n
发
电
机
Smax
0 n1
电 动 机
电磁 －Tm
10
制动
s
电磁转矩：
T2πf1[(R1mR1s2p)U212R(s2X 1X2)2]
发电机状态： 0＜n1＜n ，s＜0
（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；
（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；
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典型风力发电机系统
• 定速笼型异步风力发电机系统 • 转子电流受控的异步风力发电机系统 • 双馈异步风力发电机系统 • 转子电流混合控制的异步风力发电机系统 • 变速笼型异步风力发电机系统 • 电励磁直驱同步风力发电机系统 • 永磁直驱同步风力发电机系统 • 混合励磁直驱同步风力发电机系统 • 横向磁通永磁同步风力发电机系统
定、转子铜损耗：
pCu1 m1I12R1m1I221ssR2
电磁功率： P M m 1 E 2 I 2 c o s2 m 2 E 2 I 2 c o s2 m 1 I 2 2 14R s 2
笼型异步发电机的功率流程图
R1
I1 U1
R2 / s
➢ 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：
n1
60 f P
—— 同步转速
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笼型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
S
n1 Y
C
e, i f
i 在磁场中产生电磁力f f 产生电磁转矩T
An
T
X
f
若转子以转速n>n1, 向n1的方向旋转 机械能 →电能，是发电机
Z
B
N
n 是否会等于 n1？ 要产生T，必须n≠n1 —— 异步
转子转速大于定子旋转磁场转速， 发电！
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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
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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
T Tm
电动机状态： 0＜n＜n1 ，0＜s＜1
软特性 vs. 硬特性 16
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 ；
s n1 n n1
则转子转速n可表示为： n＝(1－s)n1
笼型异步发电机 中转差率S 与运行状态的关系?
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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
nT
电动机状态
S n1
nT
N
N
n n＞n1＞0
n1
0＜n＜n1
0
s＜0
0
0＜s＜1
1s
用转差率s可以表示异步电机的运行状态!
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转子电流受控的异步风力发电机 系统(Rotor Current Control， RCC)
转子电流斩波控制电路：
原理： 控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电21流
RCC异步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;