风力发电机组控制技术（第二版）全套PPT课件.pptx

风力发电机组控制技术;主要内容;一、风力发电基本原理 风能 机械能 电能 风机 发电机;MW级风电机组齿轮箱损坏率较高;二、风力发电技术;1、风力发电机组分类： 按风轮叶片分类：定桨型、变桨型； 按风轮转速分类：定速型、变速型； 按传动机构分类：齿轮箱升速型、直驱型； 按发电机分类：异步型、同步型； 按并网方式分类：并网型、离网型。 ;2、风力发电技术的发展 我国的风力发电始于20世纪50年代后期，吉林、辽宁、新疆等，单台容量在10kW以下的小型风力发电场。其后停滞。 70年代中期以后，又给予了重视与支持。独立运行。 1986年，山东荣城，我国第一座并网运行的风电场，并网运行的风电场建设进入探索和示范阶段。规模和单机容量均较小。; 1990年已建成4座并网型风电场，总装机容量为4.215兆瓦，其最大单机容量为200千瓦。 1991年起开始步入逐步推广阶段, 1995年，最大单机容量为500千瓦。 1996年后，进入了扩大建设规模的阶段,风电场规模和装机容量均较大，最大单机容量为1500千瓦。 2008年，上海东海大桥10万千瓦海上风电场并网发电，国内第一座海上风电场。 目前，甘肃酒泉、蒙东、蒙西、东北、河北、新疆、江苏、山东等多个千万千瓦风电基地。; 经过多年的技术积累和资本投入，国内风电设备生产水平不断提高，兆瓦级风机等科技难关被相继攻克。风电设备的国产化，带动了国内风电技术水平和运营质量的快速提升。目前，国内风电机组普遍采用当今世界主流技术，世界领先的3兆瓦机和海上风电项目均在国内落户。; 大型风力发电机组的发展模式 陆地风力发电：其方向是低风速发电技术，主要机型是2-5兆瓦的大型风力发电机组，这种模式关键是向电网输电。 近海风力发电：主要用于比较浅的近海海域，安装5兆瓦以上的大型风力发电机，布置大规模的风力发电场，这种模式的主要制约因素是风力发电场的规划和建设成本，但是近海风力发电的优势是明显的，即不占用土地，海上风力资源较好。; 大型风力发电机组的发展趋势 变桨距调节方式迅速取代失速调节方式； 变速运行方式迅速取代恒速运行方式； 机组规模向大型化发展； 直驱永磁、异步双馈两种形式共同发展。;鼠笼异步发电机;PWM;PWM;风力发电机组控制技术;一、风能转化为机械能 风能转化为机械能这一过程由风轮实现 重要指标：风能利用系数、叶尖速比 1、贝茨理论 1919年，德国物理学家贝茨首次提出：风轮从自然界中获得的能量是有限的，只能把不足16/27的风能转化为机械能（即理论上利用系数的最大值为0.593），损失部分可解释为留在尾流中的旋转动能。; 假设风轮是理想的，且由无限多的叶片组成，气流通过风轮时也没有阻力。此外，假定气流经过整个扫风面是均匀的，气流通过风轮前后的速度方向为轴向。理想的风轮气流模型如图所示; 图中V1是风轮上游的风速，V是通过风轮的风速，V2是风轮下游的风速。通过风轮的气流其上游截面是S1，下游截面是S2。 由于风轮所获得的能量是由风能转化得到的，所以V2必定小于V1，因而通过风轮的气流截面积从上游至下游是增加的，即S2大于S1。;自然界的空气流动可以认为是不可压缩的，由连续流动方程得到 S1V1=SV=S2V2 由动能方程，可得作用在风轮上的气动力为 F=ρSV(V1-V2) 所以风轮吸收的功率为 P=FV=ρSV2(V1-V2) 故上游至下游动能的变化为 ?E=0.5ρSV(V12-V22) 由能量守恒定律，可知 V=0.5(V1+V2);因此，作用在风轮上的气动力和提供的功率可写为 F=0.5ρS(V12-V22) P=0.25ρS(V12-V22)(V1+V2) 对于给定的上有速度V1，可写出以V2为函数的功率变化关系，将上式微分可得V2=V1/3时，功率P达到最大值，即 Pmax=8/27ρSV13 将上式除以气流通过扫风面S时所具有的动能，可得到风轮的理论最大效率——理论风能利用系数 Cp,max=Pmax / 0.5ρSV13=16/27≈0.593 ;也就是说，实际风力发电机组的功率必定小于贝茨理论的极限值0.593，因此，风力发电机组是实际得到的有用功率是 Pmax=0.5CpρSV13 式中Cp是风力发电机的风能利用系数 ;2、风力发电机的空气动力特性 风能利用系数 定义：风轮能够从自然风能中吸收的能量与输入风能之比 Cp=P / 0.5ρSV3 式中 P - 实际获得功率，W