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1、 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 什么是新能源发电什么是新能源发电？ 新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种 能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推 广的能源，如风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质 能和核聚变能等。 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电
2、技术交流励磁变速恒频风力发电技术 风力发电 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 太阳能发电 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 潮汐能发电 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 波浪能发电 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学
3、电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 燃料电池发电 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 到2013年底，全球装机容量达到318GW。 全球风力发电的概况全球风力发电的概况 风力发电的发展现况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 全球风电的总容量和年装机容量的全球风电的总容量和年装机容量的 变化情况变化情况
4、 风电机组单机容量的增长情况风电机组单机容量的增长情况 风力发电的发展现况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 2013年全球风电累计装机前十大国家 国家2013年底累计计装机MW市场场份额额% 中国*91,42428.7 美国61,09119.2 德国34,25010.8 西班牙22,9597.2 印度20,1506.3 联合王国10,5313.3 意大利8,5522.7 法国8,2542.6 加拿大7,8032.5 丹麦4,7721.5 TOP10 合计269,78584.
5、8 其他地区48,35215.2 世界合计318,137100.0 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 现代化的风力发电，已不只是一台风力机和一台发电机的简单组合，而是一个高度集成了空气动 力学、机械学、电机学、电力电子学、计算机科学以及电力系统分析、继电保护技术、先进控制 技术和数据通讯等各方面知识为一体的复杂的机电能量转换系统。 风力发电技术的发展概况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技
6、术交流励磁变速恒频风力发电技术 发展趋势 MW级单机容量的发电系统运行 风力机的变桨距功率调节方式 发电机的变速恒频发电方式 风力机与发电机直接驱动方式 从陆地到海洋拓展 电网故障下风电系统的不间断运行方式 风力发电技术的发展概况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 风力发电技术的分类 定浆矩 变浆矩 恒速恒频 变速恒频 定浆矩 恒速恒频定浆矩变速恒频 变浆矩 恒速恒频变浆矩 变速恒频 风力发电技术的发展概况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学
7、院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 变速恒频发电方式变速恒频发电方式 风力发电技术的发展概况 优点优点 提高能量转换效率提高能量转换效率 ( ( 最大风能追踪控制最大风能追踪控制 ) ) 改善原动机运行状况，延长其工作寿命改善原动机运行状况，延长其工作寿命 便于发电机的并网便于发电机的并网 ( ( “ “柔性柔性” ”并网并网 ) ) 类型类型 全功率全功率变换变速恒频风力发电系统变换变速恒频风力发电系统 转差功率转差功率变换变速恒频风力发电系统变换变速恒频风力发电系统 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺
8、益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 全功率变换的变速恒频风力发电系统（含齿轮箱） 风力发电技术的发展概况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 全功率变换的变速恒频风力发电系统 （永磁直驱型） 风力发电技术的发展概况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 转差功率变换（双馈异步发电机 (DFIG ) ） 变速恒频风力发电系
9、统 风力发电技术的发展概况 风力发电机技术风力发电机技术 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 关键技术研究关键技术研究 变速恒频双馈发电技术 P P、QQ解耦、最大风能追踪控制机理解耦、最大风能追踪控制机理 “ “柔性柔性” ”并网控制技术并网控制技术 变速恒频实现机理变速恒频实现机理 DFIGDFIG基本运行控制基本运行控制 交流励磁电源交流励磁电源 电网故障下电网故障下DFIGDFIG风电系统运行与控制风电系统运行与控制 变速恒频双馈风力发电对励磁电源的要求变速恒频双馈风力发电对励磁电源的要求 电网电压
10、对称故障下电网电压对称故障下DFIGDFIG风电系统不间断运行风电系统不间断运行 电网电压不对称故障下电网电压不对称故障下DFIGDFIG风电系统控制策略风电系统控制策略 讨论讨论 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 VSCFVSCF的实现机理的实现机理 DFIG运行控制 恒定 nm f2 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 DFIGDFIG的的优势优势 转子励磁电流转子励磁电流幅值、相位、频率幅值、相位、频率均可调均可
11、调 有功有功功率、功率、无功无功功率均可调功率均可调 可实现可实现变速恒频变速恒频运行，适用于风力、潮汐等绿色发电领域运行，适用于风力、潮汐等绿色发电领域 可实现与电网的可实现与电网的柔性并网柔性并网，并网特性优良，并网特性优良 双馈异步发电机 (DFIG )运行控制 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 VSCFVSCF风力发电风力发电 系统运行区域系统运行区域 最大风能追踪机理 并网控 制区域 风力机变浆矩运 行，控制机组转 速，同时对发电 机进行并网控制 转速控制 最大风能 追踪区域 控制机组转速以追踪
12、 最大风能，风能系数 保持恒定，为最佳值 转速控制 转速限 制区域 转速控制 风力机变浆矩运行 ，控制机组转速为 最高转速，防止转 速越限。 风力机变浆矩运行， 控制机组功率为最大 功率，防止功率越限 。 功率控制 功率限 制区域 额定风速 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 交流励磁电源交流励磁电源 DFIGDFIG转子励磁电源的要求转子励磁电源的要求 工作状态可逆，能量可以工作状态可逆，能量可以双向流动双向流动 输入特性优良，对电网的造成的输入特性优良，对电网的造成的谐波污染小谐波污染小 容量能达到容量
13、能达到转差功率转差功率等级等级 输出特性输出特性良好，以确保良好，以确保DFIGDFIG定子侧发出的电能符合电网的要求定子侧发出的电能符合电网的要求 输出电压控制能力强，以增强整个系统的输出电压控制能力强，以增强整个系统的故障不间断运行能力故障不间断运行能力 在不降低电网功率因数条件下，具备一定的在不降低电网功率因数条件下，具备一定的产生无功功率产生无功功率的能力的能力 成本低成本低 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 目前可供选择的几种变换器目前可供选择的几种变换器 交流励磁电源交流励磁电源 交-直-交电
14、压源、电流源并联混合型变换器 晶闸管相控交-交变换器 两电平电压型双PWM变换器 矩阵式变换器 普通钳位谐振软开关变换器(NCC (Natural Clamped Converter) 多电平变换器 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 两电平电压型双两电平电压型双PWMPWM变换器变换器 交流励磁电源交流励磁电源 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 交流励磁电源交流励磁电源 电压型双电压型双PWMPWM变换器结构分析变换
15、器结构分析 优势优势 电路简单、对称、性能可靠，电路简单、对称、性能可靠，最常用、技术最成熟最常用、技术最成熟 IGBTIGBT容量水平达容量水平达MWMW级，有级，有工程现实性工程现实性 交交- -直直- -交结构，直流母线电容两变换器交结构，直流母线电容两变换器解耦解耦，可独立控制可独立控制， 对对电网故障电网故障有较强的有较强的适应能力适应能力 直流母线电压高低设计自由度大直流母线电压高低设计自由度大 转子侧转子侧PWMPWM变换器采用变换器采用SVPWMSVPWM调制，调制，直流母线电压利用率高直流母线电压利用率高， 对对DFIGDFIG转子电压的控制能力强转子电压的控制能力强 为电网故障下对为电网故障下对DFIGDFIG实施有效控制提供了有利条件实施有效控制提供了有利条件 浙江大学电气工程学院浙江大学电气工程学院 贺益康贺益康 教授教授 交流励磁变速恒频风力发电技术交流励磁变速恒频风力发电技术 不足不足 大容量直流母线电容大容量直流母线电容体积庞大体积庞大，薄弱环节，薄弱环节，可靠性隐患可靠性隐患 且电容会随时间增长而减少，降低励磁系统使用寿命且电容会随时间增长而减少，降低励磁系统使用寿命 两电平两电平PWMPWM变换器均采用变换器均采用高频硬开关高频硬开关方式，开关损耗大方式，开关损耗大 两电平两电平PWMPWM变换器变换器电平数
