能源变换技术教学课件：Secession 14 风力发电和总复习

Secession14风力发电和总复习风力发电概况风能资源丰富，发展快速。世界上欧洲、美国为主。中国风力资源丰富，新疆、甘肃、内蒙古、沿海。发电功率和叶轮直径逐渐变大。风力发电成本急剧下降，比光伏发电更接近于市场化；2015（5.58每分/kWh,火电5.31美分/kWh,核电5.93美分/kWh）风力发电并网系统构成叶片增速器（齿轮箱）风机功率调节系统（定桨距失速型；变桨矩控制）发电机并网类型。（1）恒速恒频；（2）变速恒频；变流器塔架控制系统最大风能捕获风能利用系数：叶尖速比：风轮机机械转速叶轮半径作用于风力机的迎面风速。风机功率调节定桨距失速型;（风力机功率调节完全依靠叶片的气动特性）(1)风能利用系数小；（2）装置简单；变桨矩控制;（依靠与叶片攻角（气流方向与叶片横截面余弦的夹角来进行调节））（1）风能装置复杂；（2）风能利用系数高；（3）风机在各种工况下按最佳参数运行。发电机并网方式恒速恒频（CSCF）；变速恒频(VSCF)1.恒速恒频风力发电系统恒速恒频指在风力发电中，控制发电机转速不变，从而得到频率恒定的电能。特点：（1）风能利用效率低；（2）风速变化不大的场合；（3）容易引起主轴、齿轮箱的疲劳；（4）多采用异步发电机，工作在超同步，发出有功的同时要消耗无功，所以需要电容器补偿；2.变速恒频发电机的转速随风速变化，但是输出电能频率不变，目前主流的风机所采用的模式。分三种（1.双馈式，2.直驱，3.半直驱（混合型）优点:(1)可以是适应于不同的风速区；(2)保持最佳叶尖速比，最大利用风能；(3）降低主轴和传动机构的应用，延长寿命；(4）发电机：永磁同步发电机和双馈发电机2.1双馈发电机的变速恒频变流器只处理励磁的功率，根据风机的转速与同步速的关系，存在三种情况：（1）小于同步速；（2）等于同步速；（3）大于同步速；工作原理风机亚同步，取+号风机超同步，取-号，风机同步速f2=0,提供直流励磁。定子频率转子电流频率发电机转速双馈风力发电机功率流向电轴输入机械功率转子绕组输入电功率定子输出功率变速恒频特点允许原动机在一定范围内运行，简化调整装置，机组控制更加灵活，提高了机组运行效率调节励磁电流幅值，调节发出的无功，调节励磁电流相位，调节发出的有功。实现有功和无功的独立调节。变流器处理的功率只是发电机容量的一部分，变频装置体积减小，投资减少，成本降低.变流器结构背靠背（Back-to-Back）；（1）网侧变流器：a.高功率因数b.维持母线电压恒定（2）转子侧变流器：a.控制策略SVPWM

(1）20世纪70年，Simenze提出了“感应电机磁场定向控制原理”（2）同期美国学者：“感应电机定子电压坐标变换控制”直接功率控制

1991年日本学者提出了异步电子直接转矩控制，推广产生直接功率控制概念。2.2永磁直驱全功率变流永磁同步发电机为多极；变流器要处理全功率；齿轮箱可以没有；解决转速和电网频率之间的耦合；国内主要风机和变流器生产厂家风机（1）新疆金风科技（2006年33%）；（2）华锐风电；（3）东方电气；（4）湘潭电机；变流器（1）爱默生（量最大）双馈与永磁同步发电机对比复习大纲DC/DC部分AC/DC部分DC/AC部分AC/AC综合（设计）DC/DC1拓扑不隔离的，Buck,Boost,Buck/Boost2隔离的Forward,Flyback,Doubleflyback,Doubleforward,Push-pull,half-bridge,fullbridge3.拓扑之间的关系，Forward和BuckFlyback和Buck-Boost等.4.CCM和DCM的判断条件,CRM临界连续（Key)5.电容上电压的脉动，电感上电流的脉动，峰值电流计算，DCM下的电感电流和输出电流的关系？6器件中电压和电流应力的分析。系统的控制框图，一些反馈参数，载波和调制波，占空比的关系。电流控制的三种模式及其特点？电流模式的优点。Flyback的临界电感的问题，负载电流，变压器变比。CCM和DCM下工作磁芯的工作状态，存在反射电压，应力大。Forward磁复位，最大占空比限制，采用绕组复位时的复位时间的计算，变压器变比是否合适？正激磁复位的集中方法及其特点？FlybackCCM和DCM的比较。正激和反激的比较？磁路的基本知识，各种变换器磁化状态？电感值和匝数的关系，同名端如何用电感表进行判断？隔离式变换器的工作波形的绘制,二极管中电流波形，变压器电压波形，电感电流脉动波形，换流很关键，是否考虑漏感。Forward,Flyback,push-pull,half-bridge,full-bridge.全桥变换器的三种控制策略及特点。软开关的作用和意义。零电压和零电流的半波和全波开关管的组成形式。软开关技术发展路线，谐振，准谐振，多谐振，PWM软开关，零电压或零电流转换软开关。PWM软开关的优点。DC/DC两种模式：电压模式和电流模式，什么特点？电流模式的三种组成：峰值电流，平均电流和滞环控制及其特点。DC/DC闭环系统，基本设计，反馈，电压调节器，电流调节器，载波，占空比。小信号建模的方法。

AC/DC会计算功率因数，给出图形进行计算。AC/DC常用的几种电路及其比较。闭环控制思路，最外环为直流稳压环节。AC/DCBoost+APFC,CCM和DCMPWM变流器的四种工作状态，相当于两个BOOST并联，闭环控制系统的绘制，会分析，哪几个元件在工作，做整流时，电压，电流方向和功率器件的工作关系。PWM整流器的两种调制方式：单极型和双极性。直接电流控制、间接电流控制。DC/AC单相全桥逆变两种基本的调制方式：单极性和双极性（倍频，谐波含量少）同步调制？异步调制？使用场合？正弦逆变的基本控制框图，注意外环的给定为正弦基准。三相正弦逆变的实现(两种）：SPWM和SVPWM三相逆变器带不对称负载的解决方法？多电平技术的特点，哪几种？（3）指定消谐哪两种方式？与传统SPWM相比有什么特点？AC/AC变换器的种类（SCR相控，不隔离全控，隔离式全控）AC/AC变换器功能和拓扑特点。多级变换器要有综合设计能力，给定一种电能形式，可以变换成另外一种形式。变换器新技术DC-DC并联同步整流DC-AC并联双向DC-DC太阳和风力发电独立运行、并网运行的组成，有什么特点？风