风机工作原理PPT课件

1、.,1,风机工作 原理,新能源试验研究院 鲁志平,.,2,案例 历史 气动性能 设计流程 风机控制 双馈系统 提效,.,3,发电机编码器松动 变流器CT同名端反接 风机振动过大，安全链触发,.,4,了解风机的基本运行原理，可以指导我们进行故障排查； 了解风机的基本运行原理，可以帮助我们更好的进行风机选型，风场产能评估，风机运行维护,.,5,风机的历史,.,6,阿富汗风机(900AD),.,7,.,8,.,9,Jacobs Turbine 1920 - 1960,WinCharger 1930s 40s,.,10,Smith-Putnam 风机 1940s,.,11,现代风机,.,12,海上风场

2、,.,13,风机分类,.,14,叶片数量 1,叶片安装容易 比2叶片风机风能吸收效率低 10%,.,15,叶片数量- 2,叶片容易安装 轮毂需要跷跷板式结构 比3叶片风机风能吸收效率低 5%,.,16,叶片数量- 3,现代商业运行风机的选择,.,17,有齿轮箱风机,.,18,无齿轮箱风机,.,19,总揽,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1.风电机组 2.垂直轴 3.水平轴 4.定桨定速风机 5.定速主动失速风机 6.变桨变速型风机 7.直驱型风机 8.有齿轮箱固定转速比风机 9.有齿轮箱变速比风机 10.中速发电机 11.高速发电机 12.双馈型 13.全功率型,.

3、,20,其他标准,耐受风等级和湍流强度：IEC IA，IIA,IIB 气候条件:常温型、低温型 安装位置：海上/陆上 轴承概念：单轴承、双轴承 变桨驱动类型分类：电驱、液压,.,21,现阶段主流风机设计类型,双馈系统 有齿轮箱和高速发电机 低功率变频转换 直驱系统 全功率变频转换 半直驱系统 有齿轮箱和中速发电机 全功率变频转换,.,22,风机的并网方式,.,23,.,24,.,25,双馈式风机设计,优点： 技术成熟性最高 成本低 组件供应链完善 缺点： 齿轮箱可靠性差 齿轮箱和发电机不能同时适用于50/60Hz的频率,.,26,例1：华锐风电 1.5MW,陆上风机设计 高速双馈发电机, 低电

4、压变频转换 电动变桨系统 常规 / 高温 / 低温 气候设计,.,27,例2： S88-2.1MW Suzlon,陆上风机设计 高速, 低压发电机 电动变桨系统 在产能质量和电网支持上有局限性-转子电阻控制,.,28,直驱式风机设计,优点： 无齿轮箱，增大整机寿命 电能能质量好 缺点： 造价昂贵，结构复杂，发电机重量大 巨大的直驱发电机是可靠性的唯一保障 巨大的直驱发电机运输问题,.,29,例1：金风科技 1.5MW,陆上风机设计 低速, 低电压 永磁直驱发电机 电动变桨系统 全功率变频转换,.,30,例2：E-126/6MW Enercon,陆上风机设计 低速, 低电压 永磁直驱发电机 电动

5、变桨系统,.,31,全功率变换风机设计,优点： 非常好的电能质量 齿轮箱和发电机同适于50/60Hz的频率 缺点： 比双馈产品要上更大的变频系统,.,32,例1：5MW Multibrid,海上风机设计 中速, 中压 发电机 电动变桨系统,.,33,例2： V90 / V112-3MW Vestas,陆上风机设计 高速, 低电压永磁同步发电机 传统的长轴驱动链 液压变桨系统,.,34,例3： GE2.5XL,陆上风机设计 高速, 低电压永磁同步发电机 传统的长轴驱动链,.,35,风机载荷,.,36,叶片结构分析,.,37,.,38,升力 & 阻力,升力垂直于来流方向. 我们希望升力更大. 阻力

6、平行于来流方向. 我们希望阻力更小., = low, = medium 0.80) = 低转速, 高扭矩,A,R,a,Solidity = 3a/A,.,52,1.5为什么采用三叶片,桨叶实度对CP影响,.,53,变桨控制,Since most designs use twisted blades, power quality is never ideal across the entire rotor blade.,.,54,Twist & Taper,叶片从根部到叶尖旋转速度不同，因而 合成风速不同 所以攻角是变化的 为维持最佳攻角，叶片需要扭转,.,55,.,56,1.1风力机叶片翼型理

7、论,叶片弦长、扭角示意,.,57,1.1风力机叶片翼型理论,叶片和塔架的基本形状,风轮的锥角与仰角,轮毂高度,.,58,1.2升力系数与阻力系数,变桨距调节,.,59,1.5最优叶尖速比,.,60,4.1变速变桨机型与定速定桨功率曲线,.,61,功率曲线和Cp曲线,.,62,风机控制,.,63,3.3.1最优叶尖速比控制,双馈风电机组转速与输出功率关系曲线,.,64,.,65,3.3.2最大风能追踪过程,通过控制发电机的电磁转矩，实现对风力机的转速控制，使风力发电机组获得最大的风能利用系数,.,66,3.3.3查表法,转速转矩表,.,67,.,68,3.4爬坡算法,.,69,.,70,.,71

8、,.,72,.,73,1.2升力系数与阻力系数,升力系数与阻力系数随攻角变化示意,.,74,.,75,.,76,.,77,.,78,.,79,.,80,.,81,.,82,变桨控制,Since most designs use twisted blades, power quality is never ideal across the entire rotor blade.,.,83,.,84,.,85,.,86,偏航 保持正对风,主动偏航(Large Turbines) 自动控制 控制系统控制电机对风 被动偏航(Small Wind) 风力自动对风r 尾翼 下风向风机,.,87,.,88,

9、.,89,Source: GL GH Review Report,平均风机偏航误差 （度）,50%以上的风机，偏航误差大于6度，有些可以大至30度。这些可以导致很大的年发电量损失和风机的额外载荷。每种机型、每台风机的偏航误差都不一样，典型的风机偏航误差在 7-10度，相当于 2-3% 的发电量损失。,-2,5%,-7,2%,-0,2%,在欧洲，在随机抽取的检测风机中，80%以上的风机有2度以上的平均偏航误差。,偏航误差引起的年度发电量损失 %,.,90,Pitch Control Mechanisms,.,91,2.7.1低电压穿越的概念,.,92,2.7.2低电压穿越的概念,在发电机转子侧装

10、上撬棒电路,检测到电网系统出现电压跌落时，闭锁机侧变流器，同时投入转子回路的旁路保护装置。达到限制通过变流器的电流和转子绕组过电压的作用，一次来维持发电机不脱网运行。,.,93,未来的趋势,.,94,2005-2010年装机平均功率(kW),2005-2010年装机平均功率逐年增加，德国丹麦等国家平均功率达到2.5MW,.,95,产品功率等级所占市场份额 2008-2010,.,96,.,97,商用兆瓦级风机 (1 of 3),.,98,商用兆瓦级风机 (2 of 3),.,99,商用兆瓦级风机 (3 of 3),.,100,DD=直驱；DFIG=双馈；FSG=高速齿轮驱动；MSG=中速齿轮驱

11、动；PMG=永磁发电机 DD=8 FSG=10 MSG=1,.,101,.,102,.,103,.,104,DFIG,.,105,2.1双馈异步电机的概念,双馈感应发电机（Doubly-Fed Induction Generator，简称DFIG）是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。,.,106,双馈电机的转差率 ，则双馈电机转子三相绕组内 通入的电流频率应,2.2变速恒频的工作原理,在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（即f1S）的电流，则在双馈电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。所以根据上述原理，只要控制好转子电流

12、的频率就可以实现变速恒频发电。,.,107,2.3双馈电机等效电路,发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按电动机惯例，电磁转矩与转向相反为正，转差率s按转子转速小于同步转速为正，参照异步电机的分析方法，在一系列理想条件下，可得双馈发电机的等效电路,双馈电机等效电路,普通绕线式转子电机等效电路,.,108,亚同步运行时双馈电机的功率流向示意图,超同步运行时双馈电机的功率流向示意图,.,109,2.6.1变频器交流励磁控制,采用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,.,110,2.6.1变频器交流励磁控制,ua,ub,uc,PWM：脉宽调制,.,111,提效,.,112,.,113,风含功率