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风力发电站简介

作者:e胜博官网 发布时间:2021-01-01 03:50 点击:

  2014/5/19风力发电专题讲座之一3 风力发电站简介李军徽电气工程学院2014/5/19一、 风力发电站的结构二、 风力发电站的设计三、 风力发电站的设计构思四、 结语一、风力发电站的结构1.塔身和基座电机外壳及其中的部件重达400 吨,需通过塔身加载到基座上。塔身根据材质不同可分为: 钢管式最常用 塔式 水泥柱体常用于小型风力发电站内容提要 风力发电站的结构 风力发电站的设计 风力发电站的设计构思 结语一、风力发电站的结构概览从外部观察,风力发电站的可见部件有转子,转子轴心,电机外壳,以及安装在嵌入地面的基座上的塔身。一、风力发电站的结构1 2014/5...

  2014/5/19风力发电专题讲座之一3风力发电站简介李军徽电气工程学院2014/5/19一、 风力发电站的结构二、 风力发电站的设计三、 风力发电站的设计构思四、 结语一、风力发电站的结构1.塔身和基座电机外壳及其中的部件重达400 吨,需通过塔身加载到基座上。塔身根据材质不同可分为: 钢管式最常用 塔式 水泥柱体常用于小型风力发电站内容提要 风力发电站的结构 风力发电站的设计 风力发电站的设计构思 结语一、风力发电站的结构概览从外部观察,风力发电站的可见部件有转子,转子轴心,电机外壳,以及安装在嵌入地面的基座上的塔身。一、风力发电站的结构1 2014/5/19一、风力发电站的结构2.塔身‑托架的连接风电站要保持高效运行,转子必须始终正对风向。风向时常变化,因此固定着转子的托架通过一个转环安装在塔身上。托架内装有传感器,实时记录风向。风电站的电子设备不断读取传感器输出,使托架随风向变化调整转子方向。一、风力发电站的结构一、风力发电站的结构一、风力发电站的结构3.转子叶片多数分电站使用的转子有三个叶片。这些叶片要承受极大负荷力,即: 自重及风力产生的弯矩 风湍流造成的无规律周期性负荷 气候环境引起的老化 高离心力一、风力发电站的结构4.避雷系统所有大型风电站不可避免会遭受雷击。没有避雷系统,风电站将无法躲过所有雷击。雷电击中转子叶片时一般打在叶尖附近位置。因此叶片上装有接收器,用于吸收雷电能量,通过嵌在叶片中导雷体将能量疏导至托架,经过塔身最终被地面吸收。一、风力发电站的结构5.转子叶片的安装转子叶片与转轴通过转子轴心连接在一起,转子轴心中装有叶片轴承和叶片角度调节装置(对具备此机制的风电站而言)。使用带有内齿的大型滚子轴承将转子叶片安装在转子轴心上,通过滚子轴承可以调整叶片。2 2014/5/19一、风力发电站的结构6.发电机电机外壳中装有产生电能的发电机。此外,电机外壳中还带有附加设备:电子控制器,水力系统,以及一些可选特色部件如变速器,制动器和冷却单元。二、风力发电站的设计风力发电站根据转轴的安装形式,可以构成不同的风车形式:风力发电站的设计垂直式转轴 水平式转轴Savonius转子 Darrieus转子 H型转子 螺旋桨式转子二、风力发电站的设计2.水平式设计目前,几乎所有用于发电的风力发电站均采用水平式设计(即,螺旋桨式设计)。其主要特点如下: 转子叶片的滚动轴可以调整(叶片角度控制),以实现对转子转矩的控制,进而控制输出电压。可调转子叶片还能有效防止风速极高时旋转率过高。 根据空气动力学要求,可将转子叶片设计为理想形状,是效率最大化。 与其他设计形式相比,采用此设计的风力发电站在技术上具有领先地位。1. 风力发电站的结构2. 风力发电站的设计3. 风力发电站的设计构思4. 结语二、风力发电站的设计1.垂直式设计芬兰海军少校Sigurd 法国人GeorgesSavonius 于19世纪末开 Darrieus 于1925 年发明H型转子是Darrieus 转子发出一种以他名字命名的 了一种转子。其优点是能的变型。转子。 在任意风向下运行,所有部件安装在地面上。二、风力发电站的设计风力发电站根据有无变速箱,又可分为:1.使用变速箱的风力发电站风能由风力发电站转子转换为轴的转动:转轴在一定转速下产生转矩,转速单位为圈。在变速箱中,转轴速度递增,即转速值变大。变速箱输出端高速轴驱动发动机转子,使定子提供电压和电流。发电机通过变压器和一些附加设备与主电网耦合。风 转子和轴 变速箱 发电机 变压器气流 转动 速度与 为主电能量 能量 转矩 电能 网提供转换器 电能用于这种风力发电站的发电机是异步电机,要求转子速度高,即需要由高速轴驱动。为产生50Hz 电压,即与主网频率一致,必须满足上述要求。3 2014/5/19二、风力发电站的设计2.不使用变速箱的风力发电站不使用变速箱的风力发电站也被使用了至少10年,其发电机转子直接由低速轴驱动。此类型发电站运动原理如下:风 转子和轴 发电机 变压器气流 转动 为主电能量 能量 电能 网提供电能此类系统装有制作更复杂、价格更昂贵的四象限同步发电机。三、风力发电站的设计构思各种风电站的设计与优化是基于其安装地点的环境进行的,但所有发电站的设计构思可以归纳为以下三种。风力发电站主要设计构思恒速 变速与电网直接耦合 全馈 双馈三、风力发电站的设计构思恒速控制加载到风电站上的风,速度通常是变化的。为了在不同风速下尽可能有效利用风能,现在风电站装有功率控制系统,其中包括转子和发电机。可实现恒速或变速功率控制。在恒速系统中,转子叶片桨距角是可变的。更重要的是,(异步)发电机直接由转子驱动且直接与主电网耦合。1. 风力发电站的结构2. 风力发电站的设计3. 风力发电站的设计构思4. 结语三、风力发电站的设计构思1.恒速风电站异步发电机直接与供电系统相连,在风力发电早期阶段被普遍采用。异步电机与具有时速控制功能,和三个叶片的转子一起,是应用最广泛的风力发电构思,在容量低于千瓦的小型系统中尤其如此。作为此类系统部件之一的鼠笼式异步发电机对维护要求较低,经济性较高。而且,它们不要求具备发杂的浆距角控制功能。三、风力发电站的设计构思2.变速风电站要减少负荷变动的影响,只能允许转子在符合主电网频率要求的前提下,速度在一定范围内可变。微小的速度可变范围就能补偿负荷变化,但成熟的风力发电站至少要求在额定速度40% 的范围内可变。这必须利用变速发电机和变频器来实现。4 2014/5/19三、风力发电站的设计构思3.全馈同步发电机利用背靠背式变频器,使用同步发电机的风电站可以实现变速运行。发电机产生的频率变化的交流电被整流,再由逆变器馈入主电网。同步发电机整流器 逆变器 变压器 三相主电网风G三、风力发电站的设计构思5.控制系统变速系统被应用于现代风轮机。无论负荷是否饱和,都可通过特殊装置、根据风速和发电机功率对转子叶片进行调整,与风向保持理想位置。这种机制称为桨距角调整。用于此类风轮机的发电机与电网不直接耦合,而是通过一个装置相连,对风速变化加以利用。三、风力发电站的设计构思速度控制双馈发电机转子速度变化可达额定转速30% ,提高了风速变化环境下的功率水平,且最大程度地避免了电力网络浮动以及设备电路部件承受的压力。为实现上述目的,用集电环引出转子线圈并通过特殊变流器连到电网。这样,发电机由定子连接和转子连接共同构成,“双馈”由此得名。控制器可以直接改变转子内的磁场情况。变流器能对两个输入端的交流电进行整流,也能把直流逆变为所需频率的交流电。电机励磁通过变频器得以实现,不需要消耗电网的无功功率。相反,因为有控制系统,所以风电站可以根据电网运行手册,按需为电网提供容性和感性无功功率,起到稳定电网的作用。三、风力发电站的设计构思4.双馈异步发电机下面阐述使用双馈异步发电机的风电站是如何运行的。电机的旋转磁场能量既被馈入主电网,也从主电网反馈到转子。这使电机可以在超同步模式和次同步模式下运行。变频器提供的频率叠加在转子旋转磁场频率上,无论转子转速多大,叠加后的旋转磁场频率保持恒定。 优点:交流励磁,可以调节转速和无功功率,气动效率相对高,变流器容量小,噪音低 缺点:部分功率馈入转子,电气效率低,成本较高三、风力发电站的设计构思滑差控制转子磁场使转子与连接到电网的定子耦合。耦合依赖于转子电流。滑差控制利用电阻器分出部分电流,减小磁场强度,弱化耦合,使电机速度增加。 优点:可使发电站保持平稳的功率输出特性 缺点:增加滑变电阻降低了发电机的效率,会产生大量热量因此,这种控制模式必须使用冷却系统。风力发电主要研究方向 风电功率波动特性研究 风电功率预测 风电建模仿真技术 风电机组并网特性、运行控制研究 风电联网对电网影响 风电储能 海上风电 ⋯5 谢谢!欢迎探讨!2014/5/196

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