3-各种风电机组结构类型介绍

沈阳工业大学风能技术研究所各种风电机组结构类型介绍2020/1/24WINDENERGYINSTITUTESUT.内容提纲失速型异步发电机组双馈型变速恒频发电机组双馈无刷发电机组异步鼠笼发电机+四象限变流器机组低速永磁直驱发电机组中速半直驱永磁发电机组WINDENERGYINSTITUTESUT.内容提纲高速永磁发电机组中速、高速电励磁式同步发电机组直驱型电励磁式同步发电系统机组复合励磁发电机组齿轮箱速比可调的风力发电机组机组多发电机型风力发电机组WINDENERGYINSTITUTESUT.结构a齿轮箱电容组~风力发电机组结构形式针对目前国际市场上和一些研究部门的研究结果，按照机组选用的驱动链结构、发电机和功率变送装置的不同，大致可划分为下列几种结构形式的风力发电机组。结构a：此结构为20世纪80年代、90年代丹麦制造商普遍常用的结构，上风向，失速调节，三叶片，采用笼型感应发电机、电容无功功率补偿装置和软启动装置。WINDENERGYINSTITUTESUT.结构b结构b：采用全容量的频率变换器替代电容无功功率补偿和软启动装置，使机组可以变速运行。WINDENERGYINSTITUTESUT.结构c结构c：这种结构应用于绕线转子发电机，20世纪90年代被Vestas所采用，称为“优化滑差”（Optislip）技术，基本思想是通过控制转子外部串接的电子变换装置，达到调节转子电阻的目的，优化机组滑差运行范围在10%左右。机组可在一定滑差范围内变速运行。WINDENERGYINSTITUTESUT.结构d结构d：这种结构适用于绕线转子双馈感应发电机，采用频率变换器直接控制转子绕组的电流，达到控制发电机功率输出的目的，采用的频率变换器为发电机额定功率的20%～30%容量。这种概念的引进有两个优点：较之优化滑差调节变速范围加宽，较之全容量功率变换器成本降低。机组可在30%滑差范围内变速运行。WINDENERGYINSTITUTESUT.结构e结构e：这种结构应用在离网型风力发电机上较普遍，无齿轮箱式永磁发电机，2～3叶片上风向，通过整流桥给电池充电。2000年由ABB提出应用此种结构，采用多极3.5MW永磁发电机，二极管整流桥产生21kV的直流电压，采用轻型直流输电（HVDCLight）技术输送电能。WINDENERGYINSTITUTESUT.结构f结构g结构f：这种结构应用不普遍，原因有：需要外部励磁电路，需要滑环，机组安全控制更复杂。结构g：这种结构应用也不普遍，原因是功率变换器需四象限运行。WINDENERGYINSTITUTESUT.结构h结构h：这种结构采用多极同步发电机，不需齿轮箱传动，Enercon和Lagerwey风机制造商的机组有采用此种技术。总之，结构a属传统风力发电机概念，不支持变速运行外，其它结构的风力发电机组都可变速运行。WINDENERGYINSTITUTESUT.失速主动失速WINDENERGYINSTITUTESUT.水平轴立轴WINDENERGYINSTITUTESUT.失速型异步发电机组WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.双馈异步风力发电系统：WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.双馈无刷发电机型：WINDENERGYINSTITUTESUT.双馈无刷发电机：WINDENERGYINSTITUTESUT.异步鼠笼发电机+四象限变流器WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.1）通过改变定子侧同步频率的方式实现并网发电；2）无滑环，可靠运行，长寿命，适合于海上风电场；3）发电机价格低廉；4）低速时可电动运行.WINDENERGYINSTITUTESUT.直驱型WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.直驱型控制图WINDENERGYINSTITUTESUT.半直驱型●一级行星齿轮箱9:1●发电机转速：190rpm●极数：72极WINDENERGYINSTITUTESUT.半直驱型WINDENERGYINSTITUTESUT.高速永磁发电机型WINDENERGYINSTITUTESUT.ABB高速永磁发电机组WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.frequencyconverterAdvancedsolution:PMgeneratorwithhighspeedspeedgearsynchronousgenerator(speedtypically1000...2000rpm)gearboxpitchdriverotorbearingwindturbinecontrolconvertercontrolDCgeneratorsideconverterlinesideconverter10...24kV,f=50Hzor60HzlinecouplingtransformermaincircuitbreakerbrakemediumvoltageswitchgearWINDENERGYINSTITUTESUT.Advancedsolution:PMgeneratorwithhighspeedgear•Mechanicallyidenticaltomainstreamsolutions•Nosliprings•Typically6or8pole•Generatorspeedtypically1000…2000rpm•Lowgeneratorweight,compactdesign•HighefficiencygeneratorWINDENERGYINSTITUTESUT.Starconnection,possiblesolutionforwindfarmsfiltermainconverter15...30MWDC-linki.e.3...5kVor18...24kVorlowfrequencymaincontrolcenterdatabus10...24kVf=50Hzor60HzlinecouplingtransformerContainergeneratorsideconverterWINDENERGYINSTITUTESUT.中速、高速电励磁式同步发电系统WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.低速直驱型电励磁同步发电系统WINDENERGYINSTITUTESUT.输出电压不能调节缺点永磁同步发电机优点成本高效率高结构简单，体积小无刷化，运行可靠优点电励磁同步发电机缺点输出电压可以调节调节方法成熟效率低结构复杂，体积庞大控制系统复杂复合励磁同步发电机复合励磁发电系统WINDENERGYINSTITUTESUT.复合励磁永磁同步发电机的总体结构1-转轴2-轴承3-端盖4-辅助电励磁部分5-定子6-转子WINDENERGYINSTITUTESUT.•气隙磁场可调，输出电压稳定•功率密度高，结构紧凑，体积小，无刷•适合应用于无齿轮箱直驱或一级齿轮箱中速风力发电WINDENERGYINSTITUTESUT.齿轮箱速比可调的风力发电机组WINDENERGYINSTITUTESUT.６个250ＫＷ３２５rpm永磁同步发电机多发电机型WINDENERGYINSTITUTESUT.WINDENERGYINSTITUTESUT.永磁多发电机型：WINDENERGYINSTITUTESUT.交流异步多发电机型：WINDENERGYINSTITUTESUT.本节结束！