交流励磁风力发电技术讲稿

1、11上上 海海 交交 通通 大大 学学蔡蔡 旭，凌志斌旭，凌志斌交流励磁风力发电技术交流励磁风力发电技术22 风力发电方式从风力发电方式从 定桨距恒速恒频定桨距恒速恒频 发展到发展到 变桨距变速恒频技术变桨距变速恒频技术 目的目的 最大风能捕获最大风能捕获 提高风能采集、利用程度提高风能采集、利用程度 提高风电机组运行效率提高风电机组运行效率 33变速恒频风力发电机理 风能利用系数风能利用系数 PwPw通过桨叶旋转面积的功率通过桨叶旋转面积的功率 PmPm风力机吸收输出的机械功率风力机吸收输出的机械功率 叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比）叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比） R R桨叶半径桨叶半

2、径 v v风速风速 桨叶旋转角速度桨叶旋转角速度 风能利用率与叶尖速比的风能利用率与叶尖速比的 关系只有关系只有特定的叶尖速比下，特定的叶尖速比下， 风能利用系数最大风能利用系数最大/pmWCPP/Rv44风力机输出功率与转速关系 每一风速下，一定转速时才能有最大功率输出每一风速下，一定转速时才能有最大功率输出 定桨距风力机恒转速下只有一种风速定桨距风力机恒转速下只有一种风速 各种风速下最大功率点连线为最佳功率曲线各种风速下最大功率点连线为最佳功率曲线各种风速下均能获得最大风能，各种风速下均能获得最大风能，发电机必须变速运行发电机必须变速运行风力机输出功率特性3o p tmPK55变速恒频发电

3、类型(1)(1)交交- -直直- -交变换方式（直驱式）交变换方式（直驱式）变频器全功率 66变速恒频发电类型变速恒频发电类型(2)(2)交流励磁方式（双馈式）交流励磁方式（双馈式） 绕线式异步发电机绕线式异步发电机 转子绕组变频器励磁转子绕组变频器励磁 变频器只需提供转差功率变频器只需提供转差功率 77关键技术双馈风电单机组控制关键技术双馈风电单机组控制关键技术风电场控制与接入电网关键技术风电场控制与接入电网关键技术88四象限变频器交流励磁 控制器风力发电 控制器增速齿轮浆距控制器风速电网PQ变换器部分风力发电控制部分单机组电控系统的组成及作用 按主控命令控按主控命令控制发电机的阻力制发电机

4、的阻力 转矩转矩 恒定发电机的恒定发电机的输出频率输出频率发出输入转发出输入转矩与输出转矩与输出转矩的指令，矩的指令，控制发电机控制发电机调速调速 完成最大功完成最大功率跟踪率跟踪99转子绕组经变频器进行交流励磁，提供转差功率转子绕组经变频器进行交流励磁，提供转差功率，达到变速下输出恒频电能的目的。，达到变速下输出恒频电能的目的。当发电机转速当发电机转速 n n 0 s 0 发电机发电机处于亚同步发电状态，变频器进行正序低频交流处于亚同步发电状态，变频器进行正序低频交流励磁，变频器向转子绕组输入功率。励磁，变频器向转子绕组输入功率。当发电机转速当发电机转速n n 同步速同步速 n1 n1 时，

5、时，s 0s 0 发电机发电机处于超同步发电状态，变频器进行负序低频交流处于超同步发电状态，变频器进行负序低频交流励磁，转子绕组向变频器输入功率。励磁，转子绕组向变频器输入功率。当发电机转速当发电机转速n = n = 同步速同步速 n1 n1 时，时，s = 0 s = 0 发电机发电机处于同步发电状态，变频器进行直流励磁处于同步发电状态，变频器进行直流励磁。基本工作原理12sfff1010双馈发电机矢量控制技术控制策略-转子侧变换器实现实现P P、Q Q 的解耦控制的解耦控制1111控制策略-网侧变换器稳定电容电压控制，稳定电容电压控制，实现双实现双PWMPWM 变换器变换器间的解耦间的解耦

6、双馈发电机矢量控制技术1212单机组控制关键技术单机组控制关键技术概况概况双双PWM变变换器协调控换器协调控制及有功无制及有功无功解耦控制功解耦控制机组低电压穿机组低电压穿越控制技术越控制技术双馈电机在亚同步双馈电机在亚同步-同步同步-超超同步下过渡控制问题同步下过渡控制问题机组过速、过机组过速、过电压控制问题电压控制问题有功有功-无功功无功功率运行边界率运行边界及控制策略及控制策略电能质量控电能质量控制技术制技术机组控制系机组控制系统与风电场统与风电场继电保护、继电保护、监控、调度监控、调度等之间接口等之间接口与配合问题与配合问题最大风最大风能捕获能捕获技术研究1313单机组控制关键技术举例

7、单机组控制关键技术举例最大功率跟踪最大功率跟踪原理性的方法：按风速及最佳功率曲线得到原理性的方法：按风速及最佳功率曲线得到发电功率发电功率P P，对变换器发出，对变换器发出P P指令指令风速信号风速信号P P指令指令技术研究1414单机组控制关键技术举例单机组控制关键技术举例最大功率跟踪最大功率跟踪转速信号转速信号P P指令指令风速信号只控制机组风速信号只控制机组的的切入、切出切入、切出风速信号风速信号一种逼近过一种逼近过程控制方法程控制方法技术研究1515单机组控制关键技术单机组控制关键技术亚、同、超同步过渡控制亚、同、超同步过渡控制亚同步状态亚同步状态同步状态是不同步状态是不稳定态稳定态需

8、要主控制与变换器需要主控制与变换器协调控制协调控制技术研究超同步状态超同步状态1616单机组控制关键技术举例单机组控制关键技术举例机组过速控制机组过速控制机组过速机组过速变换器达到变换器达到P P最大功最大功率边界率边界主控制与变换器主控制与变换器协调控制协调控制切变换器、投入切变换器、投入CROBARCROBAR、调桨等等、调桨等等技术研究1717风电场控制与接入电网关键技术风电场控制与接入电网关键技术单机组电控接入风单机组电控接入风电场监控系统及相电场监控系统及相互间协调控制技术互间协调控制技术电网异常电网异常工况下风工况下风电不脱网电不脱网控制技术控制技术风电并网引起的风电并网引起的电网

9、稳定性问题、电网稳定性问题、可靠性问题评价可靠性问题评价电网接纳风电电网接纳风电能力的研究能力的研究技术研究风电机组风电机组的远程监的远程监控技术控技术1818 PWM齿轮箱齿轮箱双馈发电机双馈发电机桨叶桨叶双双PWMPWM变换器变换器 PWMM风电场内部电网风电场内部电网大电网大电网风场模型风场模型风力机模型风力机模型齿轮箱模型齿轮箱模型发电机模型发电机模型变换器模型变换器模型电网模型电网模型 PWM齿轮箱齿轮箱双馈发电机双馈发电机桨叶桨叶双双PWMPWM变换器变换器 PWMM离线仿真-各元件数学建模变桨系统模型变桨系统模型 技术研究1919离线仿真-稳态工作点仿真技术研究20202121离

10、线仿真-动态特性仿真技术研究22222323离线仿真-离网时发电机励磁特性仿真技术研究24242525离线仿真-并网和发电机加载运行仿真技术研究26262727离线仿真-调桨系统技术研究28282929硬件在回路实时仿真-原理框图虚拟风场虚拟风场虚拟虚拟风力机风力机直流调速直流调速控制器控制器直流直流电机电机双馈双馈发电机发电机并联并联上网上网基于基于dSPACEdSPACE的电控系统的电控系统变换器与主控制器变换器与主控制器建立风场数建立风场数学模型学模型建立风力机建立风力机数学模型数学模型技术研究3030160kW硬件在回路实时仿真平台技术研究3131主控制器供 电 电 源数字输入高速输入

11、PT100 输入电网测量输入数字输出模拟输入模拟输出HMIUPS状态站点通讯振动传感器Modem主控制器开发-硬件主控制器硬件结构3232主控制器开发-硬件风场监控系统结构风场监控系统结构3333主控制器开发-硬件主控柜主控柜3434系统状态参数监视和数据存储状态代码（对风电系统的异常情况进行处理）运行流程制动控制系统偏航控制系统液压控制系统温度控制系统电网监视变桨系统风影控制噪音消除报警系统可利用率计算系统通信设置Modem通信功率曲线绘制费率计算理论功率曲线SCADA系统手动操作参数设置菜单模块化设计模块化设计 主控制器开发-软件主控制器软件总体结构图主控制器软件总体结构图集成单机集成单机

12、组控制、组控制、多机组控多机组控制关键技制关键技术的软件术的软件总体架构总体架构3535启动区启动区最大风能捕获区最大风能捕获区恒速区恒速区恒功率区恒功率区降额功率输出区降额功率输出区停止区停止区主控制器开发-软件功率与风速关系曲线功率与风速关系曲线3636变换器开发-硬件1.25MW变频器柜变频器柜3737变换器开发-软件 变换器运行预充电过程预充电过程3838 变换器运行自充电过程自充电过程变换器开发-软件3939 变换器运行亚同步运行状态亚同步运行状态 变换器开发-软件4040 变换器运行超同步运行状态超同步运行状态 变换器开发-软件4141定子电压定子电流转子电流有功功率无功功率直流侧电压转速变换器开发-软件 硬件在回路测试结果 4242直流侧电压电网侧电压网侧