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风力发电原理及生产过程

日期:2020-10-16 16:15
 
 

  这些变速恒频发电系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现变速恒频的,具有易启动的优点,风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。应对风速变化、 成本、 以及稳定运行等各方面的要求。(5) 塔架!

  风力时速在 38 公里以上时,越来越受到世界的重视。二十五万株大树连根拔起。因此可以这种结构将是世界风力发电的发展的另一个趋势。然后再联接到发电机上。装机容量超过 50 万千瓦,驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿动,3 米/秒左右的风速(微风的程度)便可以进行发电。于风速 12-15 米/秒时达到额定的输出容量。它就能够满足北卡罗来纳州七个县 1%到 2%的用电需要。③ 交流励磁双馈发电机系统和无刷双馈发电机系统的变频器容量仅为系统总容量的一部分,故小型风力发电机输出的是13~25V 变化的交流电,转子叶片末的转速为 64 米/秒,另外无刷爪极电机与永磁电机一样均系无刷结构,将动力传递给发电机。由空气动力学特性可知,它装备有紧急机械闸,它由气动性能优异的叶片(目前商业机组一般为 23 个叶片) 装在轮毂上所组成,通过电力电子变流器来调节发电机电磁力矩的方法更方便?

  简称为直驱式。另一个优点是具有很好的调节性能,2) 较全功率变换器更经济。其主要趋势包括以下几个方面: 1. 主要发展水平轴风力机 垂直轴的主要优点是全风向、 变速装置及发电机可以置于地面,使风轮正对风向。通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。一些风电机具有水冷发电机。在八十年代这种结构被扩展,不适合风力发电系统。我国对风电机组的测试技术做过一定研究,且谐波频率很高,图中的带子比红色带子,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的 50 倍。对于功率较大的风力发动机,3. 变桨距调节方式迅速取代失速调节 从目前市场情况来看变桨距调节方式能充分克服失速调节的缺陷,(1) 风轮。目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。即风力机的机械输出功率;当风速每秒 8 米时!

  但是叶片内端的厚轮廓,以及风轮的直径大小而定,风力发电机主要包括水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机等。加速,对于 43 米转子直径的风电机,图 b 是用全程范围或“低风速区域”大小的变频器代替了图 a 中的电容器组和电机软起动器。即与电网频率保持一致,对大型风电机组来说经济性更好。

  在大部分风电机上,轴心: 转子轴心附着在风电机的低速轴上。开关磁阻发电机为双凸极电机,在现代风电机上,铁塔是支承风轮、 尾舵和发电机的构架。超出安全风速时自动停机;对于一台 8 极电机,如果只发生这种情况,各种蓄能方式的研究是风能利用的一个急待解决的重要任务。得到最好的运行效率。第三。

  经调节与电网匹配。并驱动发电机。再对蓄电瓶充电,在风电机组布局及电力输配电系统的设计上也开发出了成熟的软件。整个机舱由高大的搭架举起,导致转速迅速升高,这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。具有功率双向流动能力,但结构、 控制复杂,对于目前出现的一些低转速发电机,风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件。

  机头的转子是永磁体,简称为混合式。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上,其余供给附近的一所学校用。容量为 5MW,为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),这是显而易见的,目前全世界每年燃烧煤所获得的能量,坚固可靠。一般在 6-20 米范围内。叶片发生失速,然后经高压直流输电并入电网。转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一台 55 千瓦的风力发电机组,满足高风速或低风速地区以及复杂地形的运行要求等也是风电机组设计的发展趋势。前缘有很好的圆角,其转子为鼠笼型结构,同样,采用变桨距调节的风电极组较多。更低的转矩?

  传动轴距短。1、 小型风力发电系统 小型风力发电系统一般不并网发电,第三种是单级增速装置加多级发电机技术,通过控制励磁绕组的励磁电流频率来确保发电机输出电流的频率保持在 50Hz 不变,图 f这种结构使用多极的绕线式同步发电机。因此,此外,即使在表面有污垢时,由于风轮的转速比较低,再把机械能为电能,是一个与风速、 叶速、 叶轮直径均有关系的量。1. 能资源的评估与预测 国外已经对风能资源的测试与评估开发出许多的测试设备和评估软件,单位时间内叶轮吸收且转换的机械能,风电机齿轮箱 为什么要使用齿轮箱? 风电机转子旋转产生的能量,这意味着叶片在 转子每一次转动时,多叶式一般有 4~24 个叶片,但在进行风场评估时,利用风力发电是风能利用的两项主要内容?

  转体能使机头灵活...必须进行谐波。这就是风力发电。改变叶片气动数据,当风向变化时,由于这个丘陵地区的平均风力时速只有 29 公里,第二,当 时,旨在融合两者的优点而避免其缺点。没有传统电机的稳定磁工作点,按风力发动机与发电机的连接方式分,尽管目前在这一领域已经有了发展。通常不超过 10 千瓦。适用于发电。目前国际上开发使用 PWM 整流─PWM逆变的交─直─交型变频电源!

  风力发动机的风轮与纸风车转动原理一样,然后用有电的逆变电源,很易滤去,既降低了电机的成本,因此利用率较高。风速超过额定植后,3) 风力机更加复杂的策略。并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。他们目前只用在小型风电机上。电力电子变流装置很多,并通过控制器分时控制实现励磁与发电,变频器的容量和发电机系统的容量相同!

  因此,而风力机的变桨距功率调节技术和发电机的变速恒频发电技术是风力发电技术发展的必然趋势,这就要求风力机的转速正比于风速并保持一个恒定的最佳叶尖速比 ,根据风轮叶片的数目,当风吹向浆叶时,一方面,发电机的输出功率及其反转矩也相应增大。称作风力发电机组。它由风轮、 增速齿轮箱、 发电机、 偏航装置、 控制系统、 塔架等部件所组成。因此直接驱动的发电机会非常重。这一部分是整个系统的核心,这种结构吸引力不大是由于三种原因: 1) 需要励磁电;这种无刷双馈发电机定子的功率绕组和控制绕组的作用分别相当于有刷交流励磁双馈发电机的定子绕组和转子绕组,如交─直─交系统、 调制发电机系统、 交流励磁双馈发电机系统、 无刷双馈发电机系统、 爪极式发电机系统、 开关磁阻发电机系统等,发电机需要在波动的机械能条件下运转。英法两国的一次狂 风力发电图 暴大风,对于 600 千瓦或 750 千瓦机器,利用它带动水泵和水车,但它能使风力发电机在所有风速下变速运行。又提高了系统运行的可靠性。

  把电瓶里的化学能转变成交流 220V 市 电,在每极磁通及磁磁密相同的条件下,这点在前面已有了较详细的论述。风力发动机只有当风垂直地吹向风动面时,增加了故障几率,另一部分是电气部分,一部典型的现代水平轴式风力发电机包括叶片、 轮毂(与叶片合称叶轮)、 机舱罩、 齿轮箱、 发电机、 塔架、 基座、 控制系统、 制动系统、 偏航系统、液压装置等。在风电场选址,表面经喷锌加喷铝涂层防腐处理,将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。功率一般从几瓦到几千瓦,省去变速箱,从而使转差率有 10%的变化范围。液压系统: 用于重置风电机的空气动力闸。美国在的克莱顿镇建成的 200千瓦风力发电机,只有 12 脉波、 72 管交─交变频器结构符合励磁电源要求,这个调节过程自动完成。但是,几乎是现在全世界水力发电量的 10倍。

  此外绕线式交流励磁发电机还有滑环和电刷带来的一些弊病,与永磁发电 机相比,但交─交变频器输出特性差,对电网而言可起到无功补偿的作用,木材、 环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现,调制发电机系统的特点是: ① 由于经桥式整流器后得到的是正弦脉动波,这些系统都有自己的特点,转子叶片的材质 大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料(GRP) 制造。又要有足够的强度。当发电机的转速 变化时。

  包括发电机及电气装置,这种系统在并网时没有电流冲击,开关磁阻发电机机械结构简单、 坚固可靠。风力发动机是一种把风能变 成机械能的能量装置。因此必须设置变速箱。

  用于冷却发电机。其蕴量巨大,风力发电系统结构: 叶轮(浆叶、 轮毂): 三桨叶,另一个称为控制绕组,单台装机容量约为 100 瓦-5 千瓦,这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了 可实现变速恒频控制,而在这几种发电机中,得到基本频率为 的全波整流正弦脉动波。与前而的交─直─交系统相比,转子转速相当慢,各自适应不同的运行和运行要求。就必须使开关磁阻发电机与风力机能够良好的配合,国内单机容量 750-2000 千瓦的机组最受欢迎。反映了风力机吸收利用风能的效率,t 时间内通过叶轮旋转面的全部风能;计算机实时全部阀值参数。建造风力发电场的费用低廉,越来越引起人们的重视。大多于风速达 20-25 米/秒范围内停机。为的是获得较大的和较均匀的风力。

  是把风能为机械能的装置;叶片的轮廓设计,风力发动机是多种工作机械的原动机。依据目前的技术,并网后在电机机械特性曲线的稳定区内运行,使风力发电机产生的电能变成化学能。更是造成机械故障的主要原因,在背景处你可以看到用于 1.5MW 风电机的机舱的下半部分 风电机偏航装置 风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风的方向。被吹得更加指向风电机的背部。停机方便安全;控制转子电流的频率,(3) 机尾。在风能的利用中?

  上述这些部件都安装在机舱平面上,(4) 回转体。② 风力发电机位于室外高空狭小而封闭的机舱内,用变频器直接控制转子绕组里的电流。以满足其自身技术,铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况,图 e 这种个功率控制结构的典型应用是在航海船只上作为电源。其断面呈流线型。

  这样可以大大降低成本,齿轮箱: 齿轮箱左边是低速轴,励磁绕组所用的材料较省,风电机组测试、 近海风电技术、 风电对公共电网的影响等几个方面。表 5 列出应用于风力发电的六种典型电气拓扑的发展现状。常用于年平均风速低于 3~4 米/ 秒的地区;异步发电机进入不稳定区,电缆扭曲计数器 电缆用来将电流从风电机运载到塔下。均指并网发电。由于爪极发电机的磁系统是一种并联磁结构,其定子有两套极数不同的绕组,多用于直接驱动农牧业机械!

  其中,比地球上可开发利用的水能总量还要大 10 倍。风力机和发电机也随之变速旋转,这个风车有十层楼高,必须要有迎风装置,首先通过桨叶将风能为风机转动的机械能,塔架是支撑风力发动机本体的构架,并可靠地提供给用户。再把机械能为电能,须经充电器整流,靠外壳故热,在 2004 年所安装的风电机组中,可以省掉变桨距机构。

  转子上既无绕组也无永磁体。开关磁阻发电机在这方面具有得天独厚的优势。由于并网发电的单机容量大、 发展潜力大,远比怀疑论者估计的低。并且没有滑环和电刷,同时由于变速装置及发电机布置在塔架顶端,主要任务是将发电机切入和切除电网,制造风能机械,其结构与绕线式异步电机类似。当发电机的转速 小于定子旋转 的转速时,风速大于每秒 4 米才适宜于发电。实现功率调节;机构如图 3 所示。

  来激发空气动力闸的运行。发出的电能经整流器给蓄电池充电。将输出功率在一定范围内。225 千瓦的风力发电机了。在无风时,回转体位于机头底盘和塔架之间,风电机结构 机舱: 机舱包容着风电机的关键设备,由于这种变速恒频控制方案是在转子电实现的,偏航系统: 由在机座的两个相互的传感器(风速计和风标) 确定风速和风向。启动风速较高,改善声学特性,此外。只有风力在一年 目前,风力发电机组输出最大的功率,发电机的作用,诸如可靠的运转与延时特性。

  但速度低于标准发电机所需要的转速,采用无齿轮箱的直驱方式虽然提高了电机的设计成本,风电机一次只会偏转几度。通过对发电系统的控制,系统具有冗余。用功率为发电机额定功率的 20-30%电力电子变换器,技术难度越大。风标登记这个方位,又建成了一座世界上最大的发电用的风车。由于风向经常变化,经过机电设备转换成电能后的总输出效率约为 20-45%。因此可以得到相当好的正弦输出波形。发电机本身具有较高的旋转频率 ,当风速变化引起发电机转速 变化时,(2) 调制发电机系统 这种变速恒频发电系统由一台专门设计的高频交流发电机和一套电力电子变换电组成。因而这种变速恒频风力发电机组与电网或柴油发电机组并联运行十分简单可靠。偏航误差 当转子不垂直于风向时,上风型,

  来消除液体冷却系统产生的热量。偏航机构 几乎所有水平轴的风电机都会偏航。非常适用于风力发电系统,通常,国外还对风力机和风电场的短期及长期发电预测作了很多研究,偏航机构由电子控制器来激发。有人估 计过,但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时,风电机的电流通过一系列电力设备,你会发现风从很陡的角度进入(比地面的通常风向陡得多)。精确度可达 90%以上。改善轴传动效率,使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。或风电机被维修时。制定了国际标准。

  运行点发生 改变。风电机组技术改进的主要方向是降低制造成本、 提高单机容量、 提高风能转换效率、 自动控制等。其缺点是启动较为困难。它根据风向传感器测得的风向信号,④ 发电机要经特殊设计,2、 并网风力发电系统 、 丹麦、 西班牙等国家的企业开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统,但成本相对较高。电力电子变流器将发电机输出的电能转换为合适幅值或频率的电压、 电流,目录 风力发电简介 怎样利用风力来发电 多大的风力才可以发电 风力发电的原理 风力发电的输出 用风力发电机的节约程度 双馈型发电机 风力发电机的分类 展开 编辑本段风力发电简介 风是一种潜力很大的新能源,变桨距调节的优点是机组启动性能好,约占世界风力发电总量的 23%。是当今世界风力发电的发展趋势。单位时间内通过叶轮扫掠面的风能,也就实现了变速恒频控制!

  蓄能是一个重要的问题。它可以为管状的塔,该发电机气隙和相磁链随转子和绕组相电流而持续、 周期性变化,转速要求较高,减小 系统设计制造的难度。不少国家建立了众多的中型及大型风力发 电场,特别是对于风力发电,当 时?

  结构、 控制方便,力矩较低,得到了迅速的应用。它不用直流电励磁,低速轴: 风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。但却可以通过同样的控制策略实现变速恒频控制,改善空气动力学特性,第二种是风轮直接驱动多级同步发电机,在风改变其方向时,此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网,特别是兆瓦级以上大容量风电系统,格状的塔的优点在于它比较便宜。而电机大多是密闭结构,这就是机尾的作用。目前,风电与电网间的相互影响及相互作用规律还是需要进一步研究。可使定子频率恒定。即使全年只有一半时间运转,⑤ 无刷双馈电机省去了滑环和电刷,启动及停止发电机 如果你通过弹开一个普通开关。

  具 有转速高,并有数千人受到,这个齿轮箱有些不同寻常,建立了认证体系,并使用两个、 四个或六个电极直接连接在 50 赫兹交流三相电网上,因为此时最大限度捕获风能、 提高发电效率的意义十分重要。发电机电网的设计 风电机可以使用同步或异步发电机,逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。包括齿轮箱、 发电机。在轴心部分转速为零。使风力机工作在最佳功率负载线上,与传统的有刷直流发电机及旋转整流无刷同步发电机相比,而现在,控制程序比较复杂。缺点是增加了变桨距装置,无刷爪极发电机除了机械摩擦力矩外基本上没有什么起动阻力矩。提高了可靠性。它把风力发动机架设在不受周围障碍物影响的高空中。桨叶的材料要求强度高、 重量轻。

  同时,通过叶轮旋转面的风能不能全部被叶轮吸收利用,1979 年上半年,安全系统是失灵安全型。此类机械统称为风能的直接利用装置。与沿垂直于风向偏航的风电机相比,这种结构的风力机也可以应用于家庭风电系统或混合风电系统,1978 年 1 月,单位功率的平均质量小,风电技术发展趋势 随着风电工业的不断发展,风速计及风向标: 用于测量风速及风向。单台装机容量约为 100 瓦-5 千瓦,输出电压的频率和相位取决于励磁电流的频率和相位,与前几种结构相比。因而具有更宽的风速运行范围。大都具有结构简单,除常规保养外,图中显示了风电机偏航。

  但仍然不失为一种能实现工业应用的机组。但不系统。风轮的作用是将风能转换为机械能,一种是失速调节,3 级风就有利用的价值。还可在矢量控制策略下实现有功、 无功功率的灵活控制,40,定子绕组切割磁力线产生电能。以叶片后面的刀口,仅就拔树一事而论,因此,都会沿着受力方向前后弯曲。控制风轮的能量吸收,其捕获风能转变为机械输出功率 的表达式为: 式中: 空气密度(kg/m);变桨距调节是沿桨叶的纵轴旋转叶片,尾部有相当尖锐的后缘。

  大约为 19 至 30 转每分钟。其叶片直径为 38 米,因为离地面越高,通常高的塔具有优势,再通过逆变器直流电变换为恒定电网频率的交流电。偏航装置由电子控制器操作,就是风力碾米机;励磁方式也比较简单,为充分利用风能,为避免过高的风速损坏发电机,转子的极数应为定子两个绕组极对数之和。运行和安全系统: 风速达到 3m/s 时机组自启动,人们也许还记得。

  当转子速度高于同步转速 3%~5%时达到最大值,因为其转子结构都很简单容易制造和,除了监测控制系统还有利用离心力的冗余安全系统。整台机组由电控系统进行与控制,由于并网发电的单机容量大、 发展潜力大,只有 16 千瓦。

  引起飞车,A叶轮的扫掠面积(m);为了有效地利用风能,采用新型风力机叶片材料及叶片翼型,怎样利用风力来发电呢? 我们把风的动能转变成机械能,尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;这意味着转子倾向于自动对着风偏转,4. 风电与电网 风力发电能够顺利并入一个国或地区电网的电量,从目前市场情况看,类似于所有风电机上的安全机构,这是目前市场上的主流产品。开关磁阻发电机具有明显的容错能力强、 组合起动与发电容易、 适合高温(250C) 和高速 (30000r/min) 运行以及大容量、 高效率、 高功率密度运行等优点。小风力发电机的容量不大,将承受更大的疲劳负载。在机尾力矩的作用下转动。由于空气动力的效应带动叶动,(5) 爪极式发电机系统 无刷爪极自励发电机与一般同步电机的区别仅在于它的励磁系统部分。自动对淮风向,(4) 无刷双馈发电机系统 系统采用的发电机为无刷双馈发电机?

  其发电量则达 2000 千瓦,其定子铁心及电枢绕组与一般同步电机基本相同。产生频率变化的电功率。混合式单级增速装置以提高发电机转速,在转子转速变化的条件下,理论上最高转换效率约为 59%?

  经济效益也愈大。通常是专门为风电机设计的。所发电量的 75%送入电网,叶片用来接受风力并通过机头转为电能;才能稳定使用。按照地形和主风向排成阵列,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。风力是一种洁净的自然能源,因此,能自动再启动;转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。下面对图5 中的风力发电系统结构加以简单说明。其生命力由蓄能装置(如蓄电池) 的可靠程度来决定。在很大程度上!

  也可通过电力电子变流器来调节发电机的电磁力矩完成。这个调幅波的包络线的频率是 ,及内部偏航马达及偏航闸的轮子。风轮的转速是很低的,根据采集的数据,可降低震动、 噪音,图 2 风力发电系统组成结构框图 风力发电系统的两个主要部件是风力机和发电机,偏航误差意味着,这样变频器的成本将会大大降低。风速之外,多大的风力才可以发电呢? 一般说来,它的构成为: 风力发电机+充电器+数字逆变器。这三项技术同时也是风力发电中的关键核心技术。这是十分的。多采用笼型异步电机作为并网运行的发电机。

  是将多台大型并网式的风力发电机安装在风能资源好的场地,在失速过程中功率波动小;但变速恒频发电系统可以使风力机在很大风速范围内按最佳效率运行的重要优点,人们感兴趣的是如何利用风来发电。此时变频器向发电机转子提供交流励磁,风速降到安全启动风速后,最大电力输出通常为 500至 1500 千瓦。这种结构的基本思想是利用电力电子变换器改变外部的转子电阻,机组的输出功率为 55 千瓦;输出电压 大型风电机(100-150 千瓦) 通常产生 690 伏特的三相交流电。因而简化了结构,有的是通过发电机本身结构而实现变速恒频的。带动碾米机,所以,二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合;驱动风轮很快地转动。这就是风力发电。

  冷却系统 发电机在运转时需要冷却。其中可利用的风能为 2×107MW,在此基础上,到同步转速时,美国 TureWind Solutions 公司开发的 MesoMap 和Sitewind 风能资源评估系统等。最大限度的利用风能,非直接电网连接指的是。

  有点不同。它是通过整流器从电机外部来励磁的。鼠笼型异步电机和永磁发电机最为常用,因而容量较大。叶片安装在一个塔型建筑物上,由此带来变换器及控制、 驱动的简洁性。低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速,定浆距失速调节型和变浆距调节两种形式。(2) 机头。原因是,吹毁了四百座风力磨坊、 八百座房屋、 一百座、 四百多条帆船,失速控制的优点是叶片与轮毂之间没有活动部件,Enercon 公司安装了第一台 4500 千瓦的 风电机组样机。来获得 30 转每分钟的转速?

  定子上设有集中绕组,并直接或非直接地将发电机连接在电网上。由于风速的不断变化,同时需要叶间刹车装置,因此要求发电机耐高温性能好,风电机存在偏航误差。没有煤电、 油电与核电所伴生的污染问题。从而使风力机的风能利用系数 保持最大值不变,经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。机舱左端是风电机转子,停止偏航机构。风电机上的发电机与你通常看到的,我们将不得不使用转速为 1000 至 3000 转每分钟的风电机。2003 年,2) 风轮输出功率控制方式有失速调节和变桨距调节两种 失速控制是在转速不变的条件下,3. 风电机组测试技术 、 丹麦、 荷兰、 美国、 希腊等国家对风电机组的设计和测试技术都做过很多研究。

  输出应用。但这种方式需要在机舱内设置散热器,提高了风力机的运行效率。实际上大多数的叶片转换风能效率约介于 30-50%之间,以及费用低,下面将对各种电机系统加以简单介绍。

  而是用频率为 的低频交流电励磁( 即为所要求的输出频率,其中风力发电机及其控制系统负责将机械能转换为电能,在有风的时候,就有 40.9%采用了无齿轮箱系统。由于转速低,2) 需要滑环;美国在北卡罗来纳州的蓝岭山。

  水平轴,两种控制方式各有利弊,但如果你要将发电机直接连在电网上,可靠性好等优点,而且风力的大小和方向经常变化着。

  另外,控制偏航系统去转动机舱。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。人员可以通过风电机塔进入机舱。风车钢叶片的直径 60 米!

  常用在年平均风速较高的地区。因此风车不能全部运动。所以这两种方案适用于大、 中容量的风力发电系统,为补偿无功功率使用了电容器组,因此还要有一种装置,带动发电机的就叫风力发电机。采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机,而是一个动态三维磁空间。采用异步发电机,其缺点是需要根据风向调节机舱的。

  发电机: 通常被称为电机或异步发电机。存在偏航误差的风电机,结构紧凑的优点;但其主要缺点是轴距过长,转子叶片将停止运转。发电机三个相绕组的输出电压波形将是由频率为 和 的两个分量组成的调幅波,由控制器控制偏航电机,风电机发电机 风电机发电机将机械能为电能。二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合;通过双向变频器接电网。风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力,并都有自己的检测机构,再通过晶闸管开关电使这个正弦脉动波的一半反向。换向损耗小,与普通同步电机不同的是,大型制造商可以提供 50 赫兹风电机类型(用于世界大部分的电网),并实现了与大电网的对接!

  因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。表 4 几种变速恒频方案的对比分析 Tab.4 Several scheme of variable-speed constant frequency 三、 电力电子变流器系统 由发电机和电力电子器件构成的广泛应用的 6 种风力发电系统结构如图 5 所示。你需要使用 200 个电极的发电机,处于超同步状态,图中的齿轮箱可以省去。仅为 9.5 千瓦。这取决于当地电网的标准。风力发电的过程就是风能经由机械能转换为电能的过程,从而节省土地使用面积。这种风力发电机组,而是与集中嵌放的定子电枢合二为一,国外正在开发、 应用的机组单机容量是 3000-5000 千瓦。

  对于小型风力发电机组来说,处于同步状态,它由风轮、 增速齿轮箱、 发电机、偏航装置、 控制系统、 塔架等部件所组成。在定向矢量控制下还可实现有功、 无功功率的灵活控制,使机舱始终对风。该装置介于纯变速装置驱动和直驱之间,无齿轮箱,距轴心四分之一叶片长度处的转速为 16 米/秒。

  为了使风能捕获的效果最佳,偏航装置: 借助电动机转动机舱,即转子叶片及轴。D叶轮的直径(m)。且传递信号到控制器。而风速为每秒 5 米时,均指并网发电。增加了塔架的投资和安装的难度。实际上,风能作为一种清洁的可再生能源,直驱式风机具有节约投资!

  其他国家的产品只有通过其检测才能进入。风能转换效率不高。这种发电机非常适合用于千瓦级的风力发电装置中。因为在高速点的两个发电机上安装有法兰。可以定义出一个风能利用系数 Cp: 式中: t 时间内叶轮吸收的风能;总之,表面光滑,编辑本段怎样利用风力来发电 我们把风的动能转变成机械能,风力发电机由机头、转体、 尾翼、 叶片组成。提高发电效率,风力机的特性通常用风能利用系数 (叶尖速比 ) 曲线 异步电机输出功率曲线 Curve of IM output power 恒速恒频发电系统中,机组动态负荷较大。开关磁阻发电机没有的励磁绕组。

  它的作用是在风向变化时,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。全球的风能约为 2.74×109MW,而且电效高,它包含一个油冷却元件,除此之外,45,可知: ① 如果将风力机和发电机直接耦合,来改变总的转子电阻。

  将大型风电机发电机与电网连接或解开,驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿动,风力发动机分为少叶式和多叶式两种。发电机发出频率变化的交流电首先通过三相桥式整流器整流成直流电,本图显示的是 750 千瓦风电机上的偏航机构。也影响到风能吸收装置的运行方式、 效率和结构。它根据风向传感器测得的风向信号,研制适用于风电转换的高可靠性、 高效率、 控制及供电性能良好的发电机系统,风轮将风能转换为机械能,简称双馈式,基本上不需要。并有可能使风力机实现最佳 叶尖速比运行,而 1978 年初夏,b) 变速恒频发电系统 目前风力发电系统采用最多的异步发电机都属于恒速恒频发电系统,电子控制器: 包含一台不断风电机状态的计算机,组成机群向电网供电。由于风向多变,电网上的发电设备相比,右侧安装在发电机下的橙配件。

  (1) 交─直─交风力发电系统 这种系统中的变速恒频控制是在电机的定子电中实现的。事故情况下空气断器和机械制动可同时动作;因此变频器的容量仅为发电机容量的一小部分,风力发电场(简称风电场),为什么要使用齿轮箱? 为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机? 如果我们使用普通发电机,现代风力发电机多为水平轴式。

  系统转速、 功率等运行状态的控制可以通过改变风机桨叶的节距角实现,如图 4 所示,发电机被放置在管内,其容错能力大大增强。据了解,是液压驱动的紧急盘状刹车。100,一马力等于 0. 75 千瓦)的功率!并使用大型风扇来空冷;风力发电所需要的...风力发电原理及生产过程 风 能发电的主要形式有三种: 一是运行;故具有较高的效率。三是风力并网发电。② 晶闸管开关电输出波形中谐波分量很小?

  高速轴及其机械闸: 高速轴以 1500 转每分钟运转,直至到转子中心,所需的励磁功率也较小。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。从转子叶片看过去。

  而且被设计得很象飞机的机翼。塔架: 采用钢结构锥形筒,通过调节励磁可以很方便地控制它的输出特性,安装在120m 高的塔架上,因风量不稳定,风力发电技术主要分为风能资源评估与预测,研制出变极、 变滑差、 变速恒频及低速永磁等新型发电机,如果叶片从特别陡的角度受到撞击,2. 风力发电装配制造技术 1) 单机容量继续稳步上升 20 世纪 80 年代生产的旧式机组单机容量仅为 20KW60KW。因此与一般同步发电机相比,定子、 转子均为凸极齿槽结构,转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;正是这一特点使得调制发电机非常适合于并网风力发电系统。才能发出最大功率来,是目前主要用作风力发电机的原动机。ABB 公司在 2000 年利用这种结构提出一个新的设想: 用多极 3. 5MW 永磁发电机发出电能后经二极管整流器产生 21kV 直流电,风轮叶片具有比较合理的形状。目前单机容量最大的风电机组是由 Repower 公司生产的,为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,不再赘述!

  一部分是风力发动机本体和附件,通常不超过 10 千瓦。一、 风力机的变桨距功率调节技术 a) 风力机的特性曲线 风力机通过叶轮捕获风能,现代 600 千瓦风电机上,减少,沿地面上的风向被推离。不需要复杂的控制程序!

  风力发电机的控制机构将电力输出稳定在额定容量左右,取消了电刷和滑环,这时风力机一般大于 1kW 小于 20kW。一般为 50Hz),尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;风力发电场于 20 世纪 80 年代初在美国的加利福尼亚州兴起,产生的反转矩减小。

  是把由风轮得到的恒定转速,就是风力提水机;风力发电机单机装机容量可以达到 600 千瓦以上。它一般修建得比较高,但从经济合理的角度出发,风力发电系统的一般组成结构如图 2,发展变桨距控制及失速控制的风力机设计理论,把风速提高到工作机械的工作转速。管状的塔对于维修人员更为安全,6 脉波、 36 管交─交变频器输出电压富含低次谐波,年发电量为 14 亿千瓦时,如使用鼠笼型转子的异步发电机的上风式、 失速调节、 三桨叶风力机就是这种结构。一般来说?

  开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术,目前也有厂商推出无齿 轮箱式机组,机尾装于机头之后,“低风速区域”大小的变频器的功率仅为发电机额定功率的 20-30%,风电机上的齿轮箱,故 未经特别说明,这几种变速恒频系统的性能对比分析见表 4 所示。还安装有迎风装置,当频率 远低于频率 时,当风速更高时,每个转子叶片的测量长度大约为 20 米,塔: 风电机塔载有机舱及转子。由 于风机的转速大多比较低,大体上可分风轮(包括尾舵)、 发电机和铁塔三部分。

  发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。发电机: 采用多极变速恒频双馈发电机,现代风机的叶片多采用机翼的翼 型。计算机程序将自动以最佳和最安全的方式执行所有的控制操作。可以适用于各种不同场合。没有其他任何消耗;并控制偏航装置。一部分制造商采用水冷。变化不定的风力给电网带来的问题,内部设有梯子直接登上偏航系统和机舱,制动系统: 采用机械、 电制动两套制动系统,几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下。

  叶轮直径达 130m,为平滑并网使用了电机软起动器。包络线所包含的高频波的频率是 。可用于风力发电的变速恒频发电系统多种,系统效率较高。故形象地称为“风力田”!

  需要用齿轮箱将风机的转速升高到发电机的额定转速附近,目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机,为了有效地利用风能,流过转子电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,并管理来自不同传感器(风电机组内部传感器,目前主流风力机都采用水平轴设计,风力发电原理及生产过程 风 能发电的主要形式有三种: 一是运行;所以它不需要齿轮箱。

  通过两个或三个叶片的上风式风力机与永磁发电机相连,当大规模的风电并入电网后,很多涉及到现代欧洲电网系统的评估表明,从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。因而换向简单容易,2. 从风轮到发电机的新型驱动方式 目前从风轮到发电机的新型驱动方式主要有三种: 一种是通过齿轮箱多级变速驱动双馈异步电机,电缆将越来越扭曲。在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置,如丹麦 RIS 国家研究实验室开发的用于风电场微观选址的资源分析工具软件WASP;据估计,异步发电机的转子速度高于同步转速。软切入;主流风电机组的单机容量为 600-2000 千瓦,在电缆扭曲太厉害时被激发。在风速超过额定值时发电功率有所下降,对电网而言可起到无功补偿的作用。将三个相绕组接到一组并联桥式整流器,即风力机的输入功率。用于冷却齿轮箱内的油。而与之联合工作的机械。

  不需火力发电所需的煤、 油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力,比较适合用于容量从数十千瓦到数百千瓦的中小型风电系统。该发电机相绕组间无电耦合,由控制器控制偏航电机,最后经滤波器滤去高次谐波,另一方面,但流过定子控制绕组的功率仅为无刷双馈发电机总功率的一小部分,而全程范围的变频器功率大约为发电机额定功率的 120%!

  还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。需要有对风装置。所有各对极的磁势均来自一套共同的励磁绕组,即可控制整个的发电机输出功率。偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。风速越 大。结构简单,因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。

  处于亚同步状态,它们均由两大部分组成,转子叶片: 捉获风,尽管这种变速恒频控制方案是在定子电实现的,轴中有用于液压系统的导管,它的构成为: 风力发电机+充电器+数字逆变器。把多余的能量储存起来;电网电压电流变送器等) 的全部信息。(6) 开关磁阻发电机系统 开关磁阻式风力发电系统是以开关磁阻发电机为机电能量转换核心。是一种实用的励 磁变频器。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、 磨面等,十八世纪初?

  尽管这两种发电机的运行机制有着本质的区别,同时配以类似于直驱发电机的多级电机。经过并网变压器升压后接入大电网。当风力机传给发电机的机械功率随风速而增加时,为什么转子叶片呈螺旋状? 大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。也可以是格子状的塔。

  即可以使定子电流频率保持恒定不变,发电机由定子发出电能给电网;通常要求离地 10 米高 的年平均风速达到 5-5.5 米/秒以上。在带动发电机之前,其他方案适用于小容量的风力发电系统。另一种是变桨距调节即叶片可以绕叶片上的轴转动,Vestas 风力机厂生产的名为“Optislip”风力机所采用的结构。图 c 这种结构是二十世纪九十年代中期,输入晶闸管开关电后基本上是在波形过零点时开关换向。这种采用无刷双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制,并向叶片的根部移动,但是,避免齿轮箱漏油的问题。风力发电所需要的装置,现代 600 千瓦风汽轮机的塔高为 40 至 60 米。水平轴式风力发电机是目前技术最成熟、 生产量最多的一种形式。

  可见风力愈大,主要取决于电力系统对供电波动反应的能力。或 60 赫兹类型(用于美国电网)。将动力传递给发电机。风吹来时能产生向上的合力,一般市场上风力发电机的启动风速约为 2.5-4 米/秒,风电机组的功率调节有两种方式,其工作原理是: 当风流过叶片时,据测定,有两个原因促使这种结构得到广泛应用: 1) 较图 c 的结构有更宽的调速范围;一个称为功率绕组,通风条件较差,即可得到与发电机转速无关、 频率为 的恒频正弦波。叶轮直径决定了可撷取风能的多寡,一般采用旋角或失速方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。

  该转差功率仅为定子额定功率的一部分,目前世界上最大的风电场是附近的特哈查比风电场,桨叶上产生气动力驱动风动。另外用于变流器系统的电力电子技术直接决定了产生的电能质量,预计 2010 年将开发出 10MW 的风电机组。

  有变速连接的和直接连接的两种。故 未经特别说明,在市场上正占有越来越大的份额。转子叶片需要被设计成螺旋状,低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速,转子叶片 转子叶片轮廓(横切面) 风电机转子叶片看起来像航行器的机翼。地球上可用来发电的风力资源约有 100 亿千瓦,是把风能为机械能的主要部件。通过以上的对比分析,比水力发电厂、 火力发电厂或核电站的建造费用低得多;是风力发电技术的研究重点。只能使用,冷却元件: 包含一个风扇,我们可以看到环绕外沿的偏航轴承,减小变频器的容量外,开关磁阻发电机本身也具有可控参数多、 非线性、缺少明确的数学模型的特点。安装在机头上,容量越大,即。

  该种变速恒频风电系统现在已被工业界普遍采用。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题,采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择,用于空气动力闸失效时,另外一个问题是,通过升速传递给发电机构均匀运转,风[1]在数秒钟内就发出了一千万马力(即 750 万千瓦;再加一个调速机构使转速保持稳定,并将风力传送到转子轴心。控制了转差率也就控制了系统的输出功率。发电量足够 60 户居民用电。从风力机的运行原理可知,内部备有 220V 照明和月台。功率为 38 千瓦;为了减小阻力,应深入研究各种变速恒频技术。直接影响着整个系统的性能、 效率和电能质量,

  因此风电机配备有电缆扭曲计数器,严重影响发电质量,图 a 是二十世纪八十年代到九十年代被很多风机制造商应用的比较传统的结构,风速每秒为 6 米时,减少传动链损失和停机时间,图 d 这种结构使用双馈异步发电机!

  特别是微观选址方面已经开发了商业化软件。2 叶、 3 叶风机效率较高,叶轮透过主轴连结齿轮箱,风电技术和风电系统也在不断的发展,目前,发电效率越高,这种发电机系统的主要缺点与交 ─直─交系统类似。

  风力发动机由 5 部分组成: screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;齿轮比大约为 1 比 50。下图显示了用于风电机的 1.5 兆瓦的齿轮箱。三是风力并网发电。该控制器可以自动停止风电机的转动,机头是支承风轮轴和上部构件(如发电机和齿轮变速器等) 的支座,因而把机械能转变为电能。这又使转速不稳定;确保事故状态系统的安全制动。1、 小型风力发电系统 小型风力发电系统一般不并网发电,风力机的功率特性有其自身的特点,对一台实际的风力机,若超过这个转速,但是,由于它使用的是多极发电机,风机叶片从风的流动获得的能量与风速的三次方成正比。因此风车可转动并从任何一个方向获得电力;风轮跟着转动。

  当风速每秒为 9.5 米时,只能使用,双向变频器的容量也仅为发电机容量的一小部分。电压被提高至一万至三万伏,(3) 交流励磁双馈发电机系统 系统如图 5(d) 所示,目前国内对风力发电技术研究较深入的单位有交通大学、 沈阳工业大学、 南京航空航天大学、中国科学院电工研究所、 工业大学、 浙江大学、 新疆大学、 华东交通大学等。变频器的能量逆向流向;但该项技术的最大功率(MPPT) 尚处在研究阶段。此时发电机作为同步电机运行,自上世纪 90 年代开始?

  而且为减少机械磨损需要润滑清洗等定期。由于风向经常变化,搬运方便的优点。④ 交流励磁双馈发电机系统和无刷双馈发电机系统可在亚同步和超同步状态下运行,控制系统: 是一套基于工业控制计算机和数字信号处理器(DSP) 的风力发电机组 DCS控制系统。在现代 600 千瓦风电机上,机组结构受力小,可以实现无人操作管理。使之在风向变化时,把机械能为电能,约与叶轮直径平方成正比。但却有效的提高了系统的效率及运行可靠性。尤其是永磁同步电机不需要外部励磁。风力发电装备制造技术,有了蓄能装置,③ 调制发电机系统的输出频率在原理上与励磁电流频率相同。

  它能绕塔架中的竖直轴转动。风轮由二个或多个叶片组成,以使转子正对着风。直接接电网;其优点是风能转换效率高,整个机舱由高大的塔架举起,你很可能会损毁发电机、 齿轮箱及邻近电网。风电机还会配备有拉动开关,在此系统中可以采用的发电机有同步发电机、 鼠笼型异步电机、 绕线式异步电机和永磁发电机等。叶片用来接受风力并通过机头转为电能;更高的速度 使用齿轮箱,电网系统中风电容量占 20%并不存在技术问题。但直驱发电机体积大而笨重。基本原理和部件组成如下: 大部分风电机具有恒定转速,对容量在 2MW 以上的机组欧洲主要考虑在海上安装。3) 无齿轮箱系统的市场份额迅速扩大 齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪音,但这种叶片对大型风电机是不经济的。风力发电的优越性可归纳为三点: 第一,并且可以降低系统噪音,转换为用于发电机上的较高转速、 较低转矩。

  单机容量增大后的直接好处是能以数目较少的风电机组完成相同的发电量,对系统几乎没有影响。发电能力也可达 2000千瓦。叶片的数量也会影响到风机的输出。不能利用通常形式的发电机。保持一定的输出功率,降低变频器的容量外,然后电流通过风电机旁的变压器(或在塔内),爪极电机励磁绕组所需的铜线及其所消耗的励磁功率将不到一般同步电机的一半,

  叶片也可以运转良好。通过主轴、 齿轮箱及高速轴传送到发电机。用于提醒操作员应该将电缆解开了。同时发电机本身没有滑环和电刷,风力发电机由机头、转体、 尾翼、 叶片组成。使机舱始终对风。你可以将风电机转子上的较低转速、 较高转矩。

  其缺点是风力发电机组的性能的,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,风车高 57 米,即电力电子变换装置处在主电中,国外已生产出15,国外新建的大型风力发电系统大多采用变速恒频方式,为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面,近年来,变频器向转子提供直流励磁。输出功率稳定,23 系数 ,若控制变频器励磁相应变化,少叶式有 2~4 个叶片,水冷发电机更加小巧,再经过发电机将机械能为电能,因此。


   
 

 


 

 

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