大型风力发电机组系统的结构与特点

风力发电机组的介绍1

• 211 风轮
• 风力机区别于其他机械的最主要特征就是风轮。风轮一般由2～3 个叶片和轮毂所组成, 其功能是将风能转换为机械能。
• 叶片的构造如图125 所示。小型风力机的常用优质木材加工制成, 表面涂上保护漆, 其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。有的采用玻璃纤维或其它复合材料蒙皮则效果更好。
风力发电机的分类
①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行； ②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向垂直。
风力发电机的分类
三一电气的机组特性
主动偏航上风向三叶片水平轴
变桨距
变速衡频
双馈
第三部分风力机的结构组成
风力机的结构组成
从外部结构
风力发电机组风轮
风力发电机组内部结构
结构和功能
变桨电机：每个叶片都有一个变桨电机，并带有刹车、测速传感器、绝对值传送器及强制空冷装置。超级电容：用于电网断电和安全链中断时叶片的变桨控制。充电器：带有充电控制和电压检测装置。转换器：三相两路装置，用于向变桨电机输送直流电。叶片自动变桨控制器除变桨电机，其余部件都在轴控制柜或公用控制柜内，每个叶片都有可控硅片。
（二）沿海抗台风新型高效风电机
我国有很长的海岸线，沿海蕴藏着非常丰富的风能资源，由于台风对风电机的破坏很大，严重阻碍了沿海风能的开发。海上风电技术一直都是国外研发的重点，但在抗台风技术上始终没有重大突破。
我国风电产业发展现状
（三）大规模电网接入
由于风电机的并网稳定性没有保证，所以仍采用分散入网的方式，风电场规模都较小，当风速和风向变化很大时，风电机不稳定，不能满足并网条件，此时风电机可以随时脱网；风电机稳定后，又可以随时入网，不会对电网造成太大的冲击。

风力发电机分类及特点分析

(4)由于控制方案是在转子电路实现的，而流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，它仅仅是额定功率的一小部分，这样就大大降低了变频器的容量，减少了变频器的成本。
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧变换器
网侧变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完全可控，如果是永磁发电机则可独立于电网运行。
缺点是：由于直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为了提高发电效率，发电机的极数非常大，通常在100极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用的越来越广泛。

风力发电机组构成

固定式轮毂：相对固定铰链式轮毂：自由的铰链式轮毂：
2、传动系
将风轮的力和力矩通过变速后传递给发电机，当风轮转速过高时并能限制传动轴转动。
传动系包括低速传动轴、叶片刹车盘、增速箱、耦合器和高速传动轴。
齿轮箱和叶片：中国风电发展限制的主要因素。
2.1齿轮箱
（1）由于发电机转速高，二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，六极三相交流发电机转速约每分钟1000转，而风力机风轮转速低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转。这么大的转速差别，风轮只有通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。
南高齿还与美国通用开展技术合作，专为通用公司做配套。
齿轮箱外资企业主要是弗兰德机电传动（天津）有限公司，2005年被西门子公司收购后改名西门子机械传动（天津）有限公司，主要为外资整机厂供货。
2.2轴承
风电机组主轴承在国内还没有专业制造厂，目前几乎全部依赖进口，主要的国外厂商有 SKF、FAG等；其他部位的轴承，如偏航轴承和变桨轴承，徐州罗特艾德公司可以生产。
风力发电系统构成
一、风力发电机组的系统组成
风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及控制设备的组合。
水平轴发电装置通常包括风叶、传动机构（传动轴、增速器）、停车制动器、发电机、机座、塔架、调速器（或限速器）、对风装置、储能装置和控制器等。
（1）叶轮
将风的动能转换为机械能并带动其它装置。叶轮由叶片与轮毂组成。 1.1叶片数目的确定依据使用目的、当地风能状况决定采用高速或低速风轮后。叶片数选择的基本原则：（1）提高风轮转速就要减少叶片数，这样可使齿轮箱变速比减小，并可降

(完整版)风力发电机组原理与应用

风轮系统-叶片
• 风机叶片采用德国翼型设计技术，玻璃纤维复合材料制造,最宽弦长达3.1米。
• 优异的翼型可以使风能利用系数达到0.49.
风轮系统-变桨
• 变桨系统作用是风速超过额定风速时，改变迎风角度来控制稳定的功率输出；同时在风机故障或风速过高时顺桨保护风机。
• 变桨系统由变桨控制柜控制变桨电机转动，带动变桨减速箱，通过齿轮传动带动变桨轴承转动，从而带动叶片变桨。
塔架系统
• 各段塔筒间通过L型，高强度合金钢环锻法兰及高强度螺栓连接，保证足够可靠的连接强度。
• 塔筒顶部直径2550mm，底部4200mm，总重量108t，总高度63m。
五、TD-1500风力发电机组优异特点小结
TD-1500机组技术设计优点
✓轮毂的仰角、锥角以及刚性叶片的应用，使机组重心接近塔架中心 ✓变速运行，恒频输出 ✓高可靠性的齿轮箱 ✓优化的控制策略，有效的降低了机组的疲劳和极限载荷 ✓基于载荷计算的设计方案，运行平稳可靠 ✓完善的低电压穿越能力 ✓采用冗余设计、UPS电源与软刹车技术，具有更高的安全性 ✓优异的叶片翼型设计，转换效率高 ✓采用软并网、软启动技术，延长风机使用寿命
• 风机经受住了在较大风速、阵风和风向多变条件的考验；
• 关键部件疲劳寿命均高于20年； • 风机可利用率达97%。
5.3超低温运行
• 环境温度为-35℃时，仍能够继续安全运行。 • 创新点：
– 低温材质。 – 耐低温油品油脂。 – 灵敏的温控系统，优化加热系统、低温启动运行参
数，极端低温能生存，超低温能发电。 – 优化的结构设计，减少大温差范围胀差影响。 – 以5万KW的风电场为例，与目前运行温度为-30℃的
• 强效的抽风系统能对机舱温度过高时，进行有效冷却。

风机各部件的基本介绍

大唐山东风电培训中心第二部分控制系统功能和控制策略介绍
• 各类机型中，变速变距型风电机组控制技术较复杂，其控制系统主要由三部分组成：主控制器、桨距调节器、功率控制器。 • 主控制器主要完成机组运行逻辑控制，如偏航、对风、解绕等，并在桨距调节器和功率控制器之间进行协调控制。 • 桨距调节器主要完成叶片节距调节，控制叶片桨距角，在额定风速之下，保持最大风能捕获效率，在额定风速之上，限制功率输出。 • 功率控制器主要完成变速恒频控制，保证上网电能质量，与电网同压、同频、同相输出，在额定风速之下，在最大升力桨距角位置，调节发电机、叶轮转速，保持最佳叶尖速比运行，达到最大风能捕获效率，在额定风速之上，配合变桨距机构，最大恒功率输出。 • 小范围内的抑制功率波动，由功率控制器驱动变流器完成，大范围内的超功率由变桨距控制完成。
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偏航控制
大多数水平轴风机采用偏航机构旋转风轮顺风，限制功率输出。但这种方法响应速度很慢，原因有：（1）机舱和风轮有很大的惯性力矩；（2）垂直于风轮的风速与偏航角度的变化呈正弦关系，如果偏航角变化10度，功率下降只变化几个百分比，而如果桨距角变化10度，功率下降会很明显。在变速机组上应用主动偏航控制，振风引起的的超功率可以暂时储存在风轮动能里，如果继续超功率，再进行偏航动作，这种设计方法已在Gamma 60试验样机上获得成功，偏航最大速率8度/s。
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（4）偏航系统
偏航系统是水平轴风力发电机组的不可缺少的组成部分, 偏航系统的主要作用有两个：其一是与风力发电机组的控制系统相配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；其二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组的安全运行

风力发电-ppt概述

风轮旋转平面与风向垂直叶片径向安装，与风轮旋转平面成一角度大型风力机叶片数少，转速高，用于发电小型风力机叶片数多，转速低，用于提水
5.2 风力机基本型式
5.2 风力机
5.2 风力机基本型式
达里厄式风力机利用翼型的升力做功 Φ型风轮弯叶片只承受张力，不承受离心力载荷 Φ型叶片重量轻，转速高不便采用变桨矩方法实现自启动和控制转速扫掠面积小
功功率；
（3）通过调节转子电流的幅值，可控制发电机定子输出的无
04
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；
（2）通过调节转子电流的相位，控制转子磁场领先于由电网
03
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
（1）转子电流的频率为转差频率，跟随转子转速变化；
风力发电技术
PART 1
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
风力发电机系统
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
风力发电机系统
5.1 风力发电机组分类
02
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双馈异步发电机的运行原理— 转子交流励磁
01
与转差率有关（约为电磁功率的0.3倍，|s|<0.3）
（4）转子绕组参与有功和无功功率变换，为转差功率，容量
05
系统特点：
变速恒频双馈异步风力发电机系统
连续变速运行，风能转换率高；部分功率变换，变频器成本相对较低；电能质量好（输出功率平滑，功率因数高）；并网简单，无冲击电流；降低桨距控制的动态响应要求；改善作用于风轮桨叶上机械应力状况；双向变频器结构和控制较复杂；电刷与滑环间存在机械磨损。

风力发电机组的结构及组成

4 玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度容易成型，易于达到最大气动效果的翼型优良的动力性能和较长的使用寿命维修简便，以节省大量人力物力耐腐蚀性和耐气候性好易于修补
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3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置。它将风轮的力和力矩传递到主传动机构中
• 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变应力引起的焊缝疲劳
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料玻璃纤维复合材料碳纤维复合材料玻璃钢复合材料
3 玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造，又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃钢。
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮轮毂
风轮轴
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
第三讲风力发电机组的结构及组成

风力发电机的简介

浅析风力发电机组一．引言随着全球化石能源的枯竭和供应紧张以及气候变化形势的日益严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性，风能作为清洁可再生能源之一，受到了各国的高度重视，世界风电产业也因此得到了迅速发展。

中国风能资源十分丰富：陆上和近海可供开发和利用的风能储量分别为2.53亿千瓦和7.5亿千瓦,具有发展风能的潜力和得天优厚的优势。

在未来的能源市场上，充分开发和挖掘这一潜力和优势，将有助于持续保持本国的能源活力和维持经济的可持续发展。

在开发利用风能的过程中，风电场的建设是其必须的环节，而风电机组的应用又是建设风电场的重中之重。

二．风力发电机组的分类（1）风力发电机组类型按容量分容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW 为大型机组 ,大于10000kW 为特大型机组。

（2）风力发电机组类型按风轮轴方向分水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。

风轮在塔架前面迎风的称为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。

上风向风力机需利用调向装置来保持风轮迎风。

垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的风，故无需对风。

垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用翼型的升力作功两个主要类别。

（3）风力发电机组类型按功率调节方式分定桨距机组：叶片固定安装在轮毂上，角度不能改变，风力机的功率调节完全依靠叶片的气动特性（失速）或偏航控制。

变桨距（正变距）机组：须配备一套叶片变桨距机构，通过改变翼型桨距角，使翼型升力发生变化从而调节输出功率。

主动失速（负变距）机组：当风力机达到额定功率后，相应地增加攻角，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。

（4）风力发电机组类型按传动形式分高传动比齿轮箱型机组：风轮的转速较低，必须通过齿轮箱、齿轮副的增速来满足发电机转速的要求。

齿轮箱的主要功能是增速和动力传递。

直接驱动型机组：应用了多极同步风力发电机，省去风力发电系统中常见的齿轮箱，风力机直接拖动发电机转子在低速状态下运转。