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风力发电机课件ag亚游集团只为非 发布日期:2019-10-22 09:53 浏览量:

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  风力发电机课件_理化生_高中教育_教育专区。风力发电技术培训 北京国华爱地风电运行维护技术 服务有限公司 二00九年十二月 ?风力发电的理论依据 ? 能量守恒定律 ? 动能:物体由于运动而具有的能量。 ? 势能:物体由于被举高而具有的能

  风力发电技术培训 北京国华爱地风电运行维护技术 服务有限公司 二00九年十二月 ?风力发电的理论依据 ? 能量守恒定律 ? 动能:物体由于运动而具有的能量。 ? 势能:物体由于被举高而具有的能量。动能 的转化 ? 动能公式:P=1/2 m V ? ? 势能公式 : E=mg h 与风力发电机组(动能) 功率有关的因数 ? V1-风速 ? P-风轮捕获的风能(功率) ?ρ -空气密度 ? S-叶轮扫掠面积 ? Cp-为风能利用系数(贝兹极限,理论值为0.592) ? λ-叶尖速比 ? β-桨距角 何谓角速度 ? 角速度:连接运动质点和圆心的半径在单位时间内 转过的弧度叫做“角速度”。角速度的单位是弧 度/秒,读作弧度每秒。它是描述物体转动或一质 点绕另一质点转动的快慢和转动方向的物理量。 物体运动角位移的时间变化率叫瞬时角速度(亦 称即时角速度),单位是弧度/秒,方向用右手螺 旋定则决定。对于匀速圆周运动,角速度ω是一 个恒量,可用运动物体与圆心联线所转过的角位 移Δθ和所对应的时间ΔT之比表示ω=△θ/△T 何谓线速度 ? 线速度:刚体上任一点对定轴作圆周运动时的速度称为 “线速度”。它的一般定义是质点(或物体上各点)作曲 线运动(包括圆周运动)时所具有的即时速度。它的方向 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。 风力发电机组的 控制策略 变速恒频变桨控制的 理论依据 Cp、β、λ的关系曲线 β β β 关键控制策略之一 ? 围绕如何控制风力发电机组的Cp值完成对机组的 吸收风能的调整控制 ? 通过控制β和电机转速ωr 都可改变风机吸收的风 能。由空气动力学的相关知识可知,Cp 最大可达 59.3%,称为贝兹极限。从图 中看出Cp 与λ, β 的关系曲线。当β一定时,Cp 存在最大值Cpmax, 控制电机转速ωr ,使λ达到最优,可实现风机的 输出功率最大化;当β变化时,Cpmax 也相应变 化。理想状态下, β =0°对应最大Cpmax,实际 系统中,由于桨叶中杂质和气流等的影响,最优β 值一般在0°附近,可通过现场调试获得。 特性曲线)对于某一固定桨距角β,存在唯一的风能利用系 数最大值Cpmax,对应一个最佳叶尖速比λ; ? (2)对于任意的叶尖速比λ,桨距角β=0°时的风能 利用系数Cp相对最大。桨距角β=89°时的风能利 用系数Cp最小。 ? 以上两点即为变速恒频变桨距控制的理论依据: 在风速低于额定风速时,桨叶节距角β=0°,通 过变速恒频装置,风速变化时改变发电机转子转 速,使风能利用系数恒定在Cpmax,捕获最大风 能;在风速高于额定风速时,调节桨叶节距角从 而减少叶轮输入功率,使发电机输出功率稳定在 额定功率。 ? 在风速小于切入风速时,机组不产生电能,桨距 角保持在90°;在风速高于切入风速后,桨距角 转到0°,机组开始并网发电,并通过控制变频器 调节发电机励磁电流(电磁转矩)使风轮转速跟 随风速变化,捕获最大风能,使风能利用系数保 持最大;在风速超过额定值后,变桨机构开始动 作,增大桨距角,减少叶轮的风能捕获,降低风 能利用系数Cp值,使发电机的输出功率稳定在额 定值;在风速大于切除风速时,桨距角变到90°, 机组停机,以保护机组不被大风损坏。 双馈风力发电机控制基本原理 双馈风力发电机结构原理示意图 fr 变频器 叶轮 变速恒频发电机 ? 变速恒频风力发电系统结构框图中,省略了变压 器、滤波器等构件。其定子接入电网,转子绕组 由频率、相位、幅值都可调节的电源供给三相低 频交流励磁电流。由交流异步发电机的基本原理 可得下列关系 ? f1= fr±f2= —np— ±f2 60 ? 式中 f1为定子电流频率,n1为转子转速,p为电 机的极对数; f2为转子励磁电流的频率。 ? 当发电机的转速n1小于定子旋转磁场的同步转速 n2时,处于亚同步运行状态,此时变频器向发电 机转子提供交流励磁,定子发出电能给电网,式 中 f2取正号;当n1大于n2,时,处于超同步运行 状态,此时发电机同时由定子和转子发出电能给 电网,变频器的能量逆向流动。 ? 式中 f2取负号;当n1等于n2时,处于同步运行状 态,此时发电机作为同步电机运行,f2=0,变频 器向转子提供直流励磁。 ? 图中的变频器必须能够满足交流励磁发电机的运 行要求,实现转差功率在发电机转子与电网间的 双向流动。 ? 由公式可知,当发电机转速n1变化时,若控制转 子供电频率相应变化,可使其保持恒定不变,始 终与电网频率保持一致,就实现了变速恒频控制。 ? 这就是交流励磁发电机变速恒频运 行的基本原理 变浆变频技术关键点 ? 变桨矩的目的是为了在任何风速下保持风 力发电机获得最大Cp值,提高不同风速下 的平均Cp值,而不是追求Cp的极限值。 ? 追求最佳叶尖速比和最大风能捕获能力 ? 通过变流变频技术,双向调整励磁电流和 频率,使发电机的频率始终与电网保持 一致。 变速恒频发电机控制模型图 变速恒频发电机控制示意图 变频器主回路 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) ? 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型 晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET, 输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS 输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既 具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有 双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技 术中得到了越来越广泛的应用。 在中大功率的开关电源装置中,IGBT由于其控制驱 动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已 逐步取代晶闸管。 IGBT特点 ? ①使用脉宽调制(PWM)获得正弦形转子电流,发电机 不会产生低次谐波转矩,改善了谐波性能。②有功功率和 无功功率的控制更为方便。 ? ③大功率IGBT很容易驱动。 ? ④IGBT有很好的电流共享特性,这对于要达到风力发电 机所需的功率水平,进行并联使用是非常必要。 ? ⑤开关时间短,导通时间不到1毫秒,关断时间小于6毫秒, 使得管子功耗小。导通角为0度到90度。 ? ⑥目前单管容量已经较大,如Eupec公司的 FZ600R65KF1等器件,可以在6kV电压下控制1.2kA 电流, FZ3600R12KE3 等低电压器件,可以在1.2kV电压下开关 3.6kA电流。 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 ? 这就是IGBT在风力发电机组控制 系统所起到的关键作用。 知识点串联 ? 能量守恒理论 ? 风能(动能) ? 功率曲线 ? 叶速比 ? Cp控制:变浆、偏航 ? 变流器控制:双向可控 ? 双馈变速恒频控制 谢谢大家!

  

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