风能及新能源发电技术

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1、三峡大学电气信息学院陈传立2005109516风能及新能源发电技术随着石油价格的持续上涨以及温室效应的出现,世界各国对新能源的研究和开发关注度提高。风力发电由于具有无污染、投资周期短、占地少等优点,受到世界各国的青睐。风力资源是取之不尽、用之不竭的可再生能源,并且具有无空气污染、无噪音、不产生废弃物的优点。利用风力发电可以节省煤炭、石油等常规能源。风力发电技术成熟,在可再生能源中成本相对较低,有着广阔的发展前景。风力发电技术可以灵活应用,既可以并网运行,也可以离网独立运行,还可以与其它能源技术组成互补发电系统。

2、风电场运营模式可以为国家电网补充电力,小型风电机组为多风的海岛和偏僻的乡村提供生产、生活用电,它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。1新能源发电技术与你专业的关系；2风力发电中变速恒频与恒速恒频发电技术的特点；并网风力发电系统的分类风力机并网时要求发电机输出的频率与电网频率一致，因此并网发电方案有两类:恒速恒频发电系统、变速恒频发电系统。l)恒速恒频发电系统恒速恒频发电系统的典型结构包括:定桨矩风机、普通感应式发电机、用于无功补偿的并联电容器、风机与发电机之问的齿轮箱。普通感应发电机只能运行在某一固定

3、滑差附近，这一特点决定了通过齿轮箱与之直接相连的风机也只能恒速运行。根据风机桨叶的空气动力学特性，如果转速不变，风机只能在某一特定风速下达到最大效率。在多数风速下，风机只能低效运行。异步发电机的转子速度高于同步转速，风能及新能源发电技术1/17三峡大学电气信息学院陈传立2005109516当高于同步转速的3%一5y0时达到最大值，如果超过这个转速异步发电机就会进入不稳定区，产生的反转矩减小，导致转速迅速升高，将会引起危险的飞车。另外，异步发电机的最大转矩与电网电压的平方成正比，电网电压的下降会使发电机的最大转矩

4、明显下降，加剧了转子飞车;相反电网电压上升过高，可能造成电机过载运行。异步发电机运行中当发电机和并联电容器与电网突然断开时，电容器的过励和异步发电机的转速上升可能引起有害的自励现象。2)变速恒频发电系统变速恒频系统中主要的两类是双馈感应异步发电机和变速同步发电机。与普通感应发电机采用鼠笼式转子不同，双馈发电机转子采用绕线式绕组，不但定子绕组与电网有电气连接，转子绕组也通过变频器(一般由转子侧逆变器、直流电容及电网侧逆变器组成)与电网相连。当风速较低时，风机必须运行在低于同步转速的状态才能达到较高效率。为维持发电

5、机机械转矩与电磁转矩的平衡，转子绕组从电网吸收一定数量的功率，再通过定了绕组送回电网。当风速较高时，风机需要运行在高于同步转速的状态才能达到较高效率，在这种情况下，一部分功率直接通过转子绕组送入电网:当风机运行在同步速时，如果忽略损耗，转子绕组上的通过功率为零，风力发电机组与电网的全部功率交换都通过定子绕组完成。额定状态下通过转子绕组及变频器的功率占全部功率的20%左右，因此所需变频器容量也较小，有效降低了风机造价。变速同步发电机与普通同步发电机不同，它将变速运行并通过功率变频器与电网问接相连，以防_l卜风电功

6、率波动对主电网的电能质量造成不良影响。与双馈电机相比，这种电机需要配备100%风能及新能源发电技术2/17三峡大学电气信息学院陈传立2005109516容量的变频器，因此造价较高，损耗也比较大。相比于双馈电机，这种机型的市场潜力在目前看来还不大，除非电网对风电场有相当严格的要求或者大型变频器的价格显著下降。综上所述，以双馈感应异步发电机为发电设备的变速恒频发电系统的运行性能要比恒速恒频发电系统优越，但这种技术目前正在发展中，还有不完善的地方，所以恒速恒频发电系统以其结构简单、技术比较完善而广泛应用风力发电系统中

7、。风力发电系统主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。恒速恒频风力发电系统一般使用同步电机或者鼠笼式异步电机作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定，其运行范围比较窄，只能在一定风速下捕获风能，发电效率较低。变速恒频风力发电系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度范围内按照最佳的效率运行，是目前风力发电技术的发展方向。对于风机来说，其调速范围一般在同步速的50%～150％之间

8、，如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同步电机统，变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当，这是非常不经济的。双馈异步风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仅仅是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。1恒速恒频风力发电比较典型的并网型恒速恒频风力发电系统如图1.3所示，这是上