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1、风力发电系统的分类及拓扑结构,兰国军 电力系统及其自动化 20111100351,风力发电系统分类:,1.独立型风力发电系统通常独立型风力发电规模较小,单机容量一般为10kW及以下,通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合,用以解决偏远地区的供电问题。2.并网型风力发电系统。指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。单机容量一般在数百kW及MW。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑,大功率风电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式,是当今世界利用风能的主要方式。,风力发电系统分类:,1.独立型风力发电系统2.并网型风力发电系统,小型直流混合系统,小型交流混合系统,A型:恒
2、速恒频,B型:变速恒频,C型:变速含部分功率变频器,D型:变速全功率变频器型,小型直流混合系统,小型风力发电系统经常与其他能源混合发电,又可称之为“混合电力系统”。 1.传统的直流混合系统,如下图所示。小型风力机输出的交流频率和电压可变的交流电,经过整流后输送到电池组电压等级的直流母线。能量存储在电池中或通过逆变器转换成交流提供给负荷。电池组被用来平滑风力机的功率波动,存储有风时产生的能量以备不时之需。,特点及其拓扑结构,1.小型直流混合系统,小型交流混合系统,以交流母线为主体的小发电系统。光伏和风力发电系统通过专用快速逆变器接入交流电网。,特点及其拓扑结构,2.小型交流混合系统,并网型风力发
3、电系统,A型:恒速恒频此类型主要指鼠笼式感应发电机(SCIG)通过变压器直接连接电网的恒速风机,如下图所示,双绕组风机也可归于此类。因为鼠笼式感应电机需要从电网吸收无功功率,所以此类型风力机使用电容器组进行无功功率补偿,使用软启动器可以获得平稳的电网电压。此类型的缺点是不支持速度控制,需要刚性电网支持,机械承受应力大。,特点及其拓扑结构,特点及其拓扑结构,该类型还具体包括三种类型: (1) 失速控制型。该机型在上世纪8090年代被许多丹麦风力机制造商采用。特点:简单、坚固、耐用。不能实现辅助启动,无法控制风力机的功率。 (2) 桨距控制型。优点是可控功率,可控启动和紧急停车。缺点:高风速时很小
4、的风速变化也会导致很大的输出功率波动。桨叶调节能补偿份额的缓慢变化,但阵风情况不能补偿。 (3) 主动失速控制型。低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风机,高风速时、使桨叶进入深度失速状态。优点:能够获得更平稳的有限功率,不会出现桨距控制型风力机的高功率波动。,并网型风力发电系统,2.B型:有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机,如下图所示。OptiSlipTM,该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期开始使用。使用绕线感应发电机(WRIG)直接并网;同样需要电容器组进行无功功率补偿,使用软起动器并网。由于转子电阻可变使得转差率可变,因此系统的功率输出稳定,可变转子电阻的大小决定动态速度控
5、制的范围。,特点及其拓扑结构,并网型风力发电系统,C型:变速含部分功率变频器 此类型主要指双馈式感应发电机(DFIG),如下图所示。是含绕线转子感应发电机(WRIG)和转子电路中部分功率变频器(额定值约为标称发电机功率的30%)。双馈发电机结构类似于三相绕线式异步感应电机,具有定、转子两套绕组,定子绕组并网,转子绕组外接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功功率补偿。双馈发电机是指,在控制中发电机的定、转子都参与了励磁,并且定、转子两侧都有能量的馈送。 优点:变频器的容量小,更具经济性,动态速度控制范围快一般为同步转速的-40%30%。 缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故
6、障保护,具有齿轮箱,结构笨重,易出现机械故障。,特点及其拓扑结构,并网型风力发电系统,4.D型:变速全功率变频器型 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机(WRSG)或永磁同步发电机(PMSG),结构图如下图所示。 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱,此时需要直驱多级发电机,其直径较大。,直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为: (1)不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型,DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的范围内,使得逆变器的输入电压稳定,提高运行效率、减小谐波。,(2)背靠背双PWM变流器型,优点:后者中的PWM整流器可同时实现整流和升压,效率较高,通过电流隔离,机侧和网侧可以实现各自的控制策略。 缺点:全控型器件数量多,控制电路复杂,增加了变流系统成本,The endThank you!,