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1、二 双馈风力发电机原理及设计,东方电气（乐山）新能源设备有限公司 技术处 蔡梅园,二 双馈风力发电机概况及设计,主要内容： 1.风力发电机组的分类及结构 2.双馈风力发电机原理 3.我公司1.5MW双馈风力发电机 4.双馈风力发电机设计,1.风力发电机组的分类及结构,1.1 风力发电机机组的分类 1.1.1从结构上分类。 风力发电机组从结构上可分为两类。 其一是水平轴风力机，叶片安装在水平轴上，叶片接受风能转动去驱动所要驱动的机械。水平轴风力机分多叶片低速风力机和13个叶片的高速风力机。如图1。,水平轴风力机,风力发电机机组的分类,其二是垂直轴风力机，风轮轴是垂直布置的，叶片带动风轮轴转动再驱
2、动所要驱动的机械。 如图2，3，4。,垂直轴风力机叶片形式,风力发电机机组的分类,风力发电机机组的分类,1.1.2 按发电功率分类 (1)微型风力发电机，其顿定功率为501000W。 (2)小型风力发电机，其额定功率为1.010.0kW。 (3)中型风力发电机，其额定功率为10.0100.0kW。 (4)大型风力发电机，其额定功率大于100kW。,风力发电机机组的分类,1.1.3 按发电机种类分类 (1)直流发电机，常用在微、小型风力发电机上。 (2)永磁发电机，常用在小型风力发电机上，电压一般115，127V等，有直流也有交流。 (3)同步交流发电机 (4)异步交流发电机 另外，风力发电机组
3、还可以分为离网型和并网型两种，对于并网型机组要求稳定，一般为大型风力发电机。,1.2 风力发电机组的结构,水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式，而生产垂直轴风力发电机的国家很少，主要原因是垂直轴风力发电机效率低、需启动设备，同时还有些技术问题尚待解决。 典型结构水平轴风力发电机主要由风轮、风轮轴、低速联轴器、增速器、高速轴联轴器、发电机、塔架、调速装置、调向装置、制动器等组成。,2.双馈风力发电机原理,2.1 交流励磁变速恒频发电 2.2 交流励磁变速恒频双馈风力发电系统的核心技术 2.3 双馈异步发电机运行特点 2.4双馈电机的额定功率,2.1 交流励磁变速恒频发电,交
4、流励磁变速恒频发电是20世纪末发展起来的一种全新高效的发电方式，适用于风力、潮汐等可再生能源的开发利用，尤其在风力发电中得到广发应用。伴随着电力电子技术、交流调速理论、矢量控制理论和现代微机控制技术的不断发展和完善，风力发电技术日趋成熟，风力发电机单机容量不断增大，发电质量不断提高，已成为一种安全可靠的能源，具备了大规模开发的条件。,2.2 交流励磁变速恒频双馈风力发电系统的核心技术,交流励磁变速恒频双馈风力发电系统的核心技术是风力发电机组的设计和基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。通过对发电机转子交流励磁电流的幅值、频率和相位的可调控实现了变速下的恒频运行 。实现有功功率和无功功率的
5、控制，提高了电力系统的调节灵活性和动、静态稳定，另外变速恒频发电技术在并网时几乎没有电流冲击，不必担心异步机并网时冲击电流过大的问题，同时亦不必担心同步机并网运行时可能出现的失步问题。,2.3 双馈异步发电机运行特点,双馈异步发电机的结构与绕线式异步电动机完全相同，定转子都具有三相对称绕组。但在运行上具有以下两个特点： 1）、双励磁 定子绕组与电网相联，接受电网励磁使电机运行在异步状态。转子绕组与变频器相联，接受由变频器提供的交流励磁，使电机运行在同步状态。 2）、双反馈 电机将轴上输入的机械功率（风电次机械功率有风机产生）通过异步及同步两种作用转换成电能，分别从定子和转子反馈到电网上：,2.
6、3 双馈异步发电机运行特点,在变速恒频发电中得到广泛应用的交流励磁双馈发电机，具有定、转子双套绕组，可以从定、转子两侧回馈能量，兼有同步发电机和异步发电机的特点.交流励磁双馈发电机定子三相绕组接入电网，转子绕组也采用多相平衡绕组（一般为三相），经交-直-交变频器通入幅值、频率和相位可调的三相低频励磁电流，变频器一般经变压器接至电网。,2.4双馈电机的额定功率,双馈电机的额定功率与传统的感应电机，同步电机不同，当s0时，双馈电机在亚同步运行时，电网向转子馈入电能，发电机总的输出功率等于定子绕组输出功率与转子绕组励磁功率之差；超同步运行时，即s0时转子绕组向外输出功率，发电机总的输出功率同定子绕组
7、输出功率与转子绕组输出功率之和；同步运行时，即s=0时，发电机总的输出功率为定子输出功率。,2.4双馈电机的额定功率,因此，双馈电机的额定功率与一般发电机不同。它有两个不同概念下的出力。一是定子侧的出力；二是定子侧和转子侧总的出力。前者相当于同步转速运行时双馈发电机的出力，它往往受到定子绕组热容量的限制；而后者才是双馈发电机的真正出力，因为它反应了双馈发电机的真正出力，因为它反应了双馈发电机对电网的实际贡献。这个出力是由发电机的定子侧和转子侧共同提供的。,2.4双馈电机的额定功率,3. 我公司1.5MW双馈风力发电机,3.1 技术来源 3.2 技术创新 3.3 主要技术参数,3.2 技术创新,
8、标准编制 绝缘系统 材料国产化,3.3 主要技术参数,名 称：双反馈异步风力发电机 型 号：FG500M46-4RB+KK 工 作 制：S1 相 数：三相 额定功率：1560kW 额定转速：1800r/min 转速范围：1000-2000r/min 额定频率：50Hz 中 心 高：500mm 额定功率因数：1 自然功率因数：0.87 额定扭矩：8280Nm 定子电压：690V 定子绕组连接： 转子绕组连接：Y 转子额定电压：445V,4.双馈风力发电机设计,4.1 设计流程 4.2 电磁设计及计算 4.3 结构设计,4.1 设计流程,4.1 设计流程,4.2 电磁设计及计算,电磁计算是电机性能、可靠性、结构设计的先决条件，它直接决定了该电机能否达到预先设定条件（用户要求）。所以电磁方案是电机设计的核心，也是设计的基础。 手动计算电机电磁方案耗时很多，而且精度不高。目前我公司自行开发了一套电磁计算的软件，其界面如图8。当然，由于双馈型发电机电磁运行机理十分复杂，该软件还不能完全计算电机的方方面面，有待改进。,4.2 电磁设计及计算,4.3 结构设计,总体设计 绝缘系统设计 定子设计 转子设计 通风系统设计 轴承设计 集电环设计 保护测量系统的设计,
