大型风力发电的最新技术及应用

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1、2006-5-221大型风力发电的最新技术及应用大型风力发电的最新技术及应用大型风力发电的最新技术及应用大型风力发电的最新技术及应用合肥阳光电源有限公司合肥阳光电源有限公司曹仁贤曹仁贤2006-5-222中国太阳能学会理事?中国电源学会理事安徽省自动化学会副理事长 ?安徽省电机工程学会理事 ?国家“光伏并网逆变器”标准起草人 ?国家“消防应急电源”标准起草人?全国太阳能光伏标准化委员会委员 ?省优秀民营企业家 ?省优秀青年创新奖获得者 ?安徽省纳税先进个人 ?合肥市优秀青年企业家 ?合肥市十大杰出青年 ?合肥市青年拔尖人才 ?合肥市纳税先进个人曹仁贤,曹仁贤,电源技术、可再 生能源发电技术专家

2、,研究 员。电源技术、可再 生能源发电技术专家,研究 员。作者简介:作者简介:作者简介:作者简介:2006-5-223一、一、风力机的功率调节和转速调节风力机的功率调节和转速调节二、二、定桨定速型机组定桨定速型机组三、三、变桨变速型机组变桨变速型机组四、四、风力发电中的电源变换技术风力发电中的电源变换技术五、五、风力发电的最新应用风力发电的最新应用六、六、合肥阳光与可再生能源发电合肥阳光与可再生能源发电2006-5-224一、一、一、一、风力机的功率调节和转速调节风力机的功率调节和转速调节风力机的功率调节和转速调节风力机的功率调节和转速调节2006-5-225二、二、二、二、定桨定速型机组定桨

3、定速型机组定桨定速型机组定桨定速型机组双速双速双速双速 (6 6 6 6极极极极4 4 4 4极)极)极)极)双压双压双压双压 (Y Y Y Y接法接法接法接法接法)接法)接法)接法)2006-5-2262006-5-227?双馈标准型双馈标准型?双馈无刷发电机型双馈无刷发电机型?异步鼠笼发电机异步鼠笼发电机+变流器型变流器型?直驱型直驱型?半直驱型半直驱型(混合型混合型)?多发电机型多发电机型三、三、变桨变速型机组变桨变速型机组2006-5-228双馈异步风力发电系统:双馈异步风力发电系统:双馈异步风力发电系统:双馈异步风力发电系统:2006-5-2292006-5-22102006-5-2

4、211双馈无刷发电机型双馈无刷发电机型双馈无刷发电机型双馈无刷发电机型:2006-5-2212双馈无刷发电机:双馈无刷发电机:2006-5-2213异步鼠异步鼠异步鼠异步鼠笼发电机笼发电机笼发电机笼发电机 + + 四象限变流器四象限变流器四象限变流器四象限变流器2006-5-22142006-5-22151)通过改变定子侧同步频率的方式实现并 网发电;)通过改变定子侧同步频率的方式实现并 网发电; 2)无滑环,可靠运行,长寿命,适合于海 上风电场;)无滑环,可靠运行,长寿命,适合于海 上风电场; 3)发电机价格低廉;)发电机价格低廉; 4)低速时可电动运行)低速时可电动运行.2006-5-22

5、16直驱型:直驱型:直驱型:直驱型:2006-5-22172006-5-2218直驱型直驱型直驱型直驱型控制图:控制图:控制图:控制图:2006-5-2219半直驱型:半直驱型:半直驱型:半直驱型: 一级行星齿轮箱一级行星齿轮箱一级行星齿轮箱一级行星齿轮箱9 9 9 9:1 1 1 1 发电发电发电发电机机机机转转转转速:速:速:速:190rpm190rpm190rpm190rpm; ; 极数:极数:极数:极数:72727272极。极。极。极。2006-5-2220半直驱型:半直驱型:半直驱型:半直驱型:2006-5-2221多发电机型多发电机型多发电机型多发电机型:个个个个 50050050

6、0500rpm rpm rpm rpm 永磁同步发电机永磁同步发电机永磁同步发电机永磁同步发电机2006-5-2222多发电机型多发电机型多发电机型多发电机型:2006-5-2223永磁发电机型永磁发电机型永磁发电机型永磁发电机型:2006-5-2224交流发电机型交流发电机型交流发电机型交流发电机型:2006-5-2225四、风力发电中的电源变换技术四、风力发电中的电源变换技术(1) 双馈发电变流器双馈发电变流器四象限运行,控制复杂;四象限运行,控制复杂;变流器功率为机组功率的20%40%;变流器功率为机组功率的20%40%;滑环的寿命问题(双馈无刷型除外);滑环的寿命问题(双馈无刷型除外)

7、;齿轮箱的可靠性问题;齿轮箱的可靠性问题;不能离网运行。不能离网运行。2006-5-22262006-5-22272006-5-2228(2 2)直驱型变流器直驱型变流器直驱型变流器直驱型变流器二极管整流 + 晶闸管有源逆变;二极管整流 + 晶闸管有源逆变;二极管整流 + IGBT逆变;二极管整流 + IGBT逆变;晶闸管整流 + 晶闸管有源逆变;晶闸管整流 + 晶闸管有源逆变;晶闸管整流 + IGBT逆变;晶闸管整流 + IGBT逆变;IGBT(PWM)整流 + IGBT逆变;IGBT(PWM)整流 + IGBT逆变;二极管整流 + BOOST升压 + IGBT逆变。二极管整流 + BOOS

8、T升压 + IGBT逆变。2006-5-22292.1 2.1 2.1 2.1 简单可靠的变流器(不可控整流)简单可靠的变流器(不可控整流)简单可靠的变流器(不可控整流)简单可靠的变流器(不可控整流)优点:简单可靠优点:简单可靠优点:简单可靠优点:简单可靠缺点:缺点:缺点:缺点:a) a) 发电机功率因数低,发电机功率因数低,发电机功率因数低,发电机功率因数低,1MW1MW以下适合;以下适合;以下适合;以下适合;b) b) 在发电机输出电压低于电网电压(低风速)时无法将能量馈入在发电机输出电压低于电网电压(低风速)时无法将能量馈入在发电机输出电压低于电网电压(低风速)时无法将能量馈入在发电机输

9、出电压低于电网电压(低风速)时无法将能量馈入 电网。电网。电网。电网。2006-5-22302006-5-22312.2 2.2 2.2 2.2 简单可靠的变流器(可控整流)简单可靠的变流器(可控整流)简单可靠的变流器(可控整流)简单可靠的变流器(可控整流)优点:可控整流,有效保护直流侧过载优点:可控整流,有效保护直流侧过载优点:可控整流,有效保护直流侧过载优点:可控整流,有效保护直流侧过载缺点:与不可控整流一样缺点:与不可控整流一样缺点:与不可控整流一样缺点:与不可控整流一样2006-5-22322006-5-22332.3 2.3 2.3 2.3 简单可靠的变流器(含直流升压电路)简单可靠

10、的变流器(含直流升压电路)简单可靠的变流器(含直流升压电路)简单可靠的变流器(含直流升压电路)不可控整流不可控整流不可控整流不可控整流+BOOST+BOOST升压电路升压电路升压电路升压电路优点:能将低风速时的电能馈入电网。优点:能将低风速时的电能馈入电网。优点:能将低风速时的电能馈入电网。优点:能将低风速时的电能馈入电网。缺点:电感、电容尺寸较大,升压管承受高压。缺点:电感、电容尺寸较大,升压管承受高压。缺点:电感、电容尺寸较大,升压管承受高压。缺点:电感、电容尺寸较大,升压管承受高压。2006-5-22342.4 2.4 2.4 2.4 四象限交直交变流器四象限交直交变流器四象限交直交变流

11、器四象限交直交变流器2006-5-22352006-5-22362.5 2.5 2.5 2.5 四象限高压变流器的设计四象限高压变流器的设计四象限高压变流器的设计四象限高压变流器的设计?1. 交直交高压直接并网技术,变换效率可达98%。1. 交直交高压直接并网技术,变换效率可达98%。?2. 三电平变换技术。2. 三电平变换技术。?3. 直流环节低电容技术。3. 直流环节低电容技术。?4. 多DSP控制技术。4. 多DSP控制技术。?5. 光纤驱动技术。5. 光纤驱动技术。2006-5-22372.5.1 2.5.1 2.5.1 2.5.1 四象限变流器的控制策略四象限变流器的控制策略四象限变

12、流器的控制策略四象限变流器的控制策略? ?基于定子磁场定向的矢量控制基于定子磁场定向的矢量控制基于定子磁场定向的矢量控制基于定子磁场定向的矢量控制? ?无速度传感器控制无速度传感器控制无速度传感器控制无速度传感器控制? ?电压空间矢量控制电压空间矢量控制电压空间矢量控制电压空间矢量控制(SVPWM)(SVPWM)(SVPWM)(SVPWM)? ?DQDQDQDQ坐标前馈解耦控制坐标前馈解耦控制坐标前馈解耦控制坐标前馈解耦控制2006-5-2238.发电机侧和电网侧可分别控制;.发电机发出的功率,不论电压高低,均能馈入电网;.发电机侧采用PWM整流技术,发电机电流为正弦波;.发电机功率因数为1,

13、注入电网功率因数也为1;.在切入风速附近,同步发电机可作电动运行,避免风 机停止转动。可离网独立运行。.发电机侧和电网侧可分别控制;.发电机发出的功率,不论电压高低,均能馈入电网;.发电机侧采用PWM整流技术,发电机电流为正弦波;.发电机功率因数为1,注入电网功率因数也为1;.在切入风速附近,同步发电机可作电动运行,避免风 机停止转动。可离网独立运行。2.5.2 2.5.2 2.5.2 2.5.2 四象限交直交变流器的优点:四象限交直交变流器的优点:四象限交直交变流器的优点:四象限交直交变流器的优点:2006-5-22393.变桨机构伺服电源变桨机构伺服电源2006-5-22402006-5-

14、22412006-5-22422006-5-2243变桨机构变桨机构采用交流伺服技术,能够准确定位角度采用交流伺服技术,能够准确定位角度零转速时具有零转速时具有100%扭力扭力具有正常变桨和快速回位两种以上速度具有正常变桨和快速回位两种以上速度电网停电时具有一定的电能供给调桨机构电网停电时具有一定的电能供给调桨机构2006-5-22442006-5-2245五五、风力发电的最新应用技术风力发电的最新应用技术风力发电的最新应用技术风力发电的最新应用技术(1)风电场静态无功补偿技术风电场静态无功补偿技术(2)海上风电场直流输电技术海上风电场直流输电技术(3)大电网故障时风力发电的应对策略大电网故障

15、时风力发电的应对策略(4)弱电网时风力发电机的控制技术弱电网时风力发电机的控制技术(5)分布式风力发电技术分布式风力发电技术2006-5-2246(1) 风电场静态无功补偿技术) 风电场静态无功补偿技术(SVC)2006-5-22472006-5-2248未加补偿时未加补偿时2006-5-2249加了补偿时加了补偿时2006-5-2250(2)海上风电场直流输电技术)海上风电场直流输电技术2006-5-22512006-5-22522006-5-22532006-5-2254(3 3)大电网故障时风力发电的应对策略)大电网故障时风力发电的应对策略)大电网故障时风力发电的应对策略)大电网故障时风

16、力发电的应对策略按欧洲按欧洲 UCTE(The Union for the co-ordination of Transmission of Electricity)最新标准。 电网由于某种原因电压跌落至)最新标准。 电网由于某种原因电压跌落至90%以下时,风力发电机应承受短时的 过载,不能立即从电网切离。以下时,风力发电机应承受短时的 过载,不能立即从电网切离。2006-5-2255?变流器功率器件应具有较大的余量变流器功率器件应具有较大的余量?变流器或风电场应能提供部分无功功率变流器或风电场应能提供部分无功功率?变流器应能在较低电压下运行变流器应能在较低电压下运行?变流器应能承受电网短路后恢复时的过电压变流器应能承受电网短路后恢复时的过电压?利用风轮的转动惯性能量和变流器的限流特性利用风轮的转动惯性能量和变流器的限流特性2006-5-22562006-5-22572006

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