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第一篇:风力发电机工作原理

北方电力论坛 bbs.cneclub.com 风力发电机工作原理
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现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电
网。如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电。
最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机。 最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值。为了解决这些
问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。
齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分)。同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出。偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向。要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这
样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度。
风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距。对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距。在
停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车。
早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系
统逐步取代液压变距。
就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率。然后,
随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机。
现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏。理论上
的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒。
风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时监视齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停
机,属于无人值守独立发电系统单元。

第二篇:风力发电机控制原理

风力发电机控制原理
本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统,具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程,最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。
关键词:风力涡轮机;双馈异步;永磁同步发电系统
概述:
经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制,目前主要的两种控制方式是:双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。
在讲述风力发电控制系统之前,我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性:
1,风能利用系数Cp
风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示:
P---风力涡轮实际获得的轴功率
r---空气密度
S---风轮的扫风面积
V---上游风速
根据贝兹(Betz)理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为:Cpmax=0.593。 2,叶尖速比l
为了表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比l。
n---风轮的转速
w---风轮叫角频率
R---风轮半径
V---上游风速
在桨叶倾角b固定为最小值条件下,输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看,对应于每个风速的曲线,都有一个最大输出功率点,风速越高,最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速,使得在所有风速下都工作于最大工作点,则发出电能最多,否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关,关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比,纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中,每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线,倾角越大,曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段,其中下降段是稳定工作段(若风速和倾角不变,受扰动后转速增加,l加大,Cp减小,涡轮机输出机械功率和转矩减小,转子减速,返回稳定点。)它是工作区段。在工作区段中,倾角越大,l和Cp越小。
3,变速发电的控制
变速发电不是根据风速信号控制功率和转速,而是根据转速信号控制,因为风速信号扰动大,而转速信号较平稳和准确(机组惯量大)。
三段控制要求:
低风速段N