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第五章 风力机的发电与并网 发电机的工作原理 发电机的分类 变频器与逆变器 供电方式 运行和安全性 噪声与噪声控制 风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个能量转换过程，发电机及其控制系统承担了后一种能量转换任务。 发电机的工作原理 发电机的结构1：定子 发电机的结构2：转子 发电机的分类1：同步发电机 同步发电机：转速n和电网的交流频率f成严格恒定比例的发电机。磁极通常装在转子上，有永磁激励方式和电磁激励方式。 转速n=60f/p （p为电机的磁极对数） 并网条件：电动势相同；频率相同；相位相反。 优点：所需励磁功率小，效率高；调解励磁不但可以调节电压，还可以调节无功功率；可以采用整流-逆变的方法实现变速运行。 缺点：严格的并网条件；阵风引起的波动可以使得并网解裂；价格高。 发电机的分类2：异步发电机 异步发电机：又称“感应发电机”。利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机。其转子的转向和旋转磁场的转向相同，但转速略高于旋转磁场的同步转速。 优点：结构简单，维护少；可吸收阵风的能量，功率波动小；并网容易，不需要同步设备和整步操作。 发电机的分类3：双速异步发电机 双速异步发电机：将定子绕组数设计为4和6，风力较强的高风速段，发电机接成4极运行；风力较弱的低风速段，发电机接成6极运行。 优点：在低风速和高风速段都有很好的效率。 发电机的分类4：低速交流发电机 低速交流发电机：转子的极数大大多于普通交流同步发电机的极数，所以同步转速更低。 优点：用于风力发电中，风力机与发电机之间无需安装齿轮箱。 缺点：结构复杂，制造工艺要求高。 变速恒频 恒速恒频：（同步发电机、异步发电机等等） 变速恒频：20世纪70年代中期以后逐渐发展起来的一种新型风力发电系统，其主要优点在于叶轮以变速运行，可以在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比。提高风力机的运行效率，从风中获取的能量可以比恒速风力机高得多 Vestas公司的V52-850kw风电机转速为每分钟14转到每分钟31.4转，利用可变速操作，叶轮的空气动力效率可以得到改善，从而获取更多的能量，而且在弱风情况下噪音更低。 变频器 变频器：为了使风力发电机适应风速的特点变转速运行，始终输出用户要求的工频交流电，就需要变频器这一功率电子装置，把不同频率的电力系统连接起来。 作用：上游的风力发电机频率可以与下游电网、用户需求的交流电频率不一致；发电机可以变速运行；有利于异步发电机的并网。 逆变器 逆变器：将直流电（DC）变换成交流电（AC）的装置称为逆变器。 逆变器的核心是一个逆变开关电路，简称逆变电路。通过一个震荡芯片，或者特定的电路，控制着震荡信号输出，比如输出50HZ信号，然后这个信号通过放大，推动MOS管[场效应管或晶体闸管]不断开关，这样直流电输入之后，经过这个MOS管的开关动作，就形成一定的交流特性，经过修正电路修正，就可以得到类似电网上的那种正弦波交流，然后送入一个变压器，这个变压器就是工频变压器， 供电方式1：直接并网 直接并网：可以采用恒速（同步发电机）或接近恒速（异步发电机）运行，发电机发出的电压经变压器升压后直接与电网合并。 P99图6-7 供电方式2：间接并网 间接并网：当电网容量与风力发电机额定功率的比值不符合足够大的条件时，为避免发电机并网带给电网的冲击，须采用间接并网方式。 同步发电机间接并网：P100图6-8 异步发电机的间接并网：降压并网方式、软并网方式、双馈异步发电机的并网。 在较大型风力机组中，通常使用双向晶闸管的软并网方式，P100图6-9。 供电方式3：离网供电 离网供电：独立的风电系统；与太阳能电池联合运行；与柴油机发电联合运行。 噪声与噪声控制 噪声声源 声压级与声功率级 噪声的测量 噪声控制 噪声声源 （气动噪声）空气动力产生的噪声：叶片与空气的相互作用，冲击压力波以声速传播从而产生噪声。 （机械噪声）：轴承、齿轮箱、发电机转子等机械运动部件相互摩擦碰撞产生的振动噪声。 声压级与声功率级 声压级：SPL（Sound Pressure Level） SPL=20lg(P/P0)：P声压，P0，基准声压，2X10-5pa。 声功率级：PWL=10lg(W/W0)：W0，基准声功率，10-12w。 风力发电机噪声的测量 风力发电机噪声的测量，一般采用自由声场法测量其声功率级。 Step1：标出风力机正前方、90度方向以及正后方三个地方的测量点，距离风力机中心距离H+D/2，测量其声压级SPL1，SPL2，SPL3； Step2：计算声功率级PWL1，PWL2，PWL3； Step3：根据公式（6-39）求解PWL的值。 噪声的控制 1、减小气动噪声：改变叶片的外形；改变叶片与塔架的干扰方式；改变叶片的表面效果等；