風(fēng)力發(fā)電機(jī)介紹

《風(fēng)力發(fā)電機(jī)介紹》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《風(fēng)力發(fā)電機(jī)介紹（23頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)介紹 目錄 1. 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的推動(dòng)力 2. 風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)參數(shù) 2.1. 風(fēng)的參數(shù) 22風(fēng)力機(jī)的相關(guān)參數(shù)（以水平軸風(fēng)力機(jī)為例） 3. 風(fēng)力機(jī)的種類(lèi) 3.1. 水平軸風(fēng)力機(jī) 3.2. 垂直軸風(fēng)力機(jī) 4. 水平軸風(fēng)力機(jī)詳細(xì)介紹 4.1. 風(fēng)輪機(jī)構(gòu) 4.2 .傳動(dòng)裝置 4.3. 迎風(fēng)機(jī)構(gòu) 4.4. 發(fā)電機(jī) 4.5. 塔架 4.6. 避雷系統(tǒng) 4.7. 控制部分 5. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變電并網(wǎng)系統(tǒng) 5.1. （恒速）同步發(fā)電機(jī)變電并網(wǎng)技術(shù) 5.2. （恒速）異步發(fā)電機(jī)變電并網(wǎng)技術(shù) 5.3. 交一直一交并網(wǎng)技術(shù) 5.4. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變電站的布置 6

2、. 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng) 7. 風(fēng)力機(jī)發(fā)展方向 1. 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的推動(dòng)力： 1） 新技術(shù)、新材料的發(fā)展和運(yùn)用； 2） 大型風(fēng)力機(jī)制造技術(shù)及風(fēng)力機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累； 3） 火電發(fā)電成本（煤的價(jià)格）上漲及環(huán)保要求的提高（一套脫硫裝置價(jià)格相當(dāng) 一臺(tái)鍋爐價(jià)格）。 2. 風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)參數(shù)： 2.1. 風(fēng)的參數(shù): 2.1.1. 風(fēng)速： 在近300m的高度內(nèi)，風(fēng)速隨高度的增加而增加，公式為: V：欲求的離地高度 H處的風(fēng)速； V）：離地高度為H0處的風(fēng)速（H0=10m為氣象臺(tái)預(yù)報(bào)風(fēng)速的高度）; n：與地面粗糙度等因素有關(guān)的指數(shù)，平坦地區(qū)平均值為 0.19?0.20。 2.1.2. 風(fēng)速頻率

3、曲線： 在一年或一個(gè)月的周期中，出現(xiàn)相同風(fēng)速的小時(shí)數(shù)占這段時(shí)間總小時(shí)數(shù)的百分比稱(chēng)風(fēng)速頻 《X》爭(zhēng)譽(yù)!?x - - 2 I*) !□ 20 ￡5 圖1 ：風(fēng)速頻率曲線 2.1.3. 風(fēng)向玫瑰圖（風(fēng)向頻率曲線）： 在一年或一個(gè)月的周期中，出現(xiàn)相同風(fēng)向的小時(shí)數(shù)占這段時(shí)間總小時(shí)數(shù)的百分比稱(chēng)風(fēng)向頻 率。以極座標(biāo)形式表示的風(fēng)向頻率圖叫風(fēng)向玫瑰圖。 ssw I &E 圖2 :風(fēng)向玫瑰圖 2.2.1. 風(fēng)力機(jī)的軸功率Pw： 2 3 :空氣密度（

4、Kg/m）; V :風(fēng)速（m/s）; A：風(fēng)輪葉片掃掠面積（ni）； Cp：風(fēng)能利用系數(shù)；是風(fēng)輪所接收的能量與通過(guò)風(fēng)輪掃掠面積的全部風(fēng)的動(dòng)能的比值， 根據(jù) Betz的理論，理想風(fēng)輪最大風(fēng)能的利用系數(shù) Cpmax=16/27=0.593，是風(fēng)輪轉(zhuǎn)化為有用功的能 量上限。 2.2.2. 葉尖速度比： 為葉尖的速度與風(fēng)速的比值： =R/V :葉輪的轉(zhuǎn)角速度； R :葉輪的半徑； V :風(fēng)速; 圖3: CP和 的關(guān)系特性曲線 i -低速風(fēng)輪 n-高速風(fēng)輪 2.2.3. 葉片幾何攻角和升力系數(shù)C 葉片幾何攻角：為翼型上合成氣流的方向與翼型幾何弦的夾角; 升力系數(shù) G:為升力

5、與最大升力的比值； 圖4:葉片幾何攻角 圖5: C y和 的關(guān)系特性曲線 A-有彎度翼型B-對(duì)稱(chēng)翼型 葉片的失速：由上圖可看出, 葉片處于某幾何攻角時(shí)升力最大, 超過(guò)這個(gè)角度時(shí)升力急劇降 低，此現(xiàn)象稱(chēng)為葉片失速。 3. 風(fēng)力機(jī)的種類(lèi): 風(fēng)力機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為其它能的機(jī)械; 圖。 其結(jié)構(gòu)多種多樣，圖6示意了各種類(lèi)型風(fēng)力機(jī)的示意 3.1. 水平軸風(fēng)力機(jī): 32 垂直軸風(fēng)力機(jī): 風(fēng)輪軸線安裝位置與水平面垂直的風(fēng)力機(jī)叫做垂直軸風(fēng)力機(jī)。 4. 水平軸風(fēng)力機(jī)詳細(xì)介紹： 水平軸風(fēng)力機(jī)是當(dāng)今普遍應(yīng)用、 推廣的機(jī)型，是風(fēng)能利用的主要形式。中小型風(fēng)力機(jī)為運(yùn)行 平穩(wěn)

6、多選用三葉片結(jié)構(gòu)，兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)由于造價(jià)因素多選用二葉片結(jié)構(gòu)。 下文就水平軸風(fēng)力 機(jī)的風(fēng)輪機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、塔架、避雷系統(tǒng)作具體的介紹： b TX< p 4 it A m) *R.X 力忸 ■) Z b)二峙 c) X*! *1 A d) f *tA h>冷J!門(mén)心J! *藥覽人件豐

7、k) 5T I)箏■童 ■卜■<)癰犠斗*?出力氛 h> *k> A*亶**民力料 “* mY 圖6:各種類(lèi)型風(fēng)力機(jī)的示意圖 aim贏就 葉片 平臺(tái) fit子 廠 葉尖附就規(guī) ■- T *鳳拿 機(jī)嶽發(fā) 齒輪福 \ ?盤(pán)則臺(tái)統(tǒng) 圖7:水平軸風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙結(jié)構(gòu)示意圖 4.1. 風(fēng)輪機(jī)構(gòu): 4.1.1. 葉片：是風(fēng)力機(jī)主要構(gòu)成部分，當(dāng)今 95%以上的葉片都采用 玻璃鋼復(fù)合材料，質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗疲勞。葉片的技術(shù)含量高，屬風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵 部件，大型風(fēng)力機(jī)的葉片

8、往往由專(zhuān)業(yè)廠家制造。 4.1.2. 輪轂：輪轂的作用是連接葉片和低速軸，要求能承受大的、 4.1.3. 復(fù)雜的載荷，中小型風(fēng)力機(jī)采用剛性連接，兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)采用蹺蹺板連接方式。 變漿距、定漿距的概念 在風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)中，牽涉到變漿距、定漿距的概念。變漿距、定漿距調(diào)節(jié)方式的比較見(jiàn)表 fL m ft ? E 4 E 無(wú)弋Hi（豐 功事彌育 餐節(jié) r '| 賓第JE | ■二 1T 童武■卓 氣 M* “枯 ft A ■護(hù)■單 捕悴隻力量/h * j* 需辛?xí)r力大 蓼■大曲本廉 辜■畜??求運(yùn)行、鶯羸人良累 表1:各種功率

9、調(diào)節(jié)方式比較 4.1.3.1. 變漿距風(fēng)輪： 變漿距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：能自動(dòng)改變?nèi)~片的安裝角，以適應(yīng)風(fēng)力機(jī)各工況下的 功率、轉(zhuǎn)速的調(diào)整?？蔀殡娨核欧螂娮訖C(jī)械結(jié)構(gòu)。 快速應(yīng)急順漿機(jī)構(gòu)：能使葉片的安裝角 （圖四）快速趨近為0,可作為緊 急停機(jī)的方法?？蔀闅鈩?dòng)、液壓或機(jī)械（彈簧）結(jié)構(gòu)。 4.1.3.2. 定漿距風(fēng)輪： 葉片的安裝角固定， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在額定風(fēng)速以?xún)?nèi)，葉片的升力系數(shù)和風(fēng)能利用系數(shù)較高，當(dāng) 風(fēng)速超過(guò)額定值時(shí)，葉片進(jìn)入失速狀態(tài)（見(jiàn)前面所述 （圖五）），致使葉片升力不再增加，葉 片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。 葉尖氣動(dòng)剎車(chē)機(jī)構(gòu)：在風(fēng)力機(jī)緊急停機(jī)時(shí)，可通過(guò)葉輪上的液壓機(jī)構(gòu)將葉尖剎車(chē)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到橫

10、切風(fēng)的位置。 42 傳動(dòng)裝置: 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速約為 30?50 r/mi n，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速約為 1000?1500 r/mi n ，需傳動(dòng)裝置，要求效率 高、質(zhì)量輕、體積小和傳動(dòng)比范圍大。 傳動(dòng)裝置有氣（液）動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)機(jī)構(gòu)，在緊急停車(chē)或檢修時(shí)用。 4.3. 迎風(fēng)機(jī)構(gòu)： 它是使風(fēng)輪保持最佳的迎風(fēng)位置的裝置， 下風(fēng)式風(fēng)力機(jī)具有自動(dòng)對(duì)風(fēng)的能力， 上風(fēng)式風(fēng)力機(jī) 應(yīng)有電動(dòng)迎風(fēng)機(jī)構(gòu)，迎風(fēng)機(jī)構(gòu)應(yīng)有電纜纏繞解繞功能。 4.4. 發(fā)電機(jī)： 4.4.1. （恒速）同步發(fā)電機(jī)： （恒速）同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是其勵(lì)磁系統(tǒng)可控制發(fā)電機(jī)的電壓和無(wú)功功率，發(fā)電機(jī)效率高。 同步電機(jī)要通過(guò)同步設(shè)備的整步操作達(dá)到準(zhǔn)

11、同步并網(wǎng)（并網(wǎng)困難） ，由于風(fēng)速變化大，以及 同步發(fā)電機(jī)要求轉(zhuǎn)速恒定（50Hz 0.2），風(fēng)力機(jī)必需裝有良好的變漿距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 4.4.2. （恒速）異步發(fā)電機(jī)： 異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、造價(jià)低，異步發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于是靠轉(zhuǎn)差率來(lái)調(diào)節(jié) 負(fù)荷，因此對(duì)機(jī)組的調(diào)節(jié)精度要求不高， 不需要同步設(shè)備的整步操作，只要轉(zhuǎn)速接近同步速 時(shí)就可并網(wǎng)，且并網(wǎng)后不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步。 缺點(diǎn)是并網(wǎng)時(shí)沖擊電流幅值大， 不能產(chǎn)生無(wú)功 功率。 雙繞組可變極（4/6極）異步發(fā)電機(jī)能在兩種不同的額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，可解決低風(fēng)速時(shí)發(fā)電 機(jī)的效率問(wèn)題。 4.4.3. 變速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)： 變速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)：

12、可采用類(lèi)同于（恒速）異步 /同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)及控制方法的改進(jìn)來(lái)提 高變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率。 變流裝置： 新型全功率因數(shù)變流裝置具有變頻并網(wǎng)功能， 在微處理器的支持下可控制發(fā)電機(jī)的輸出功率 因數(shù)（從而具有了無(wú)功補(bǔ)償能力），此外，新型全功率因數(shù)變流裝置還具有諧波抑制功能， 可向共用電網(wǎng)提供高質(zhì)量的電能。 圖8示意了全功率因數(shù)變流器主電路結(jié)構(gòu)框圖， 圖9示意了全功率因數(shù)變流器主電路原理示 意圖。 圖8:全功率因數(shù)變流器主電路結(jié)構(gòu)框圖 圖9:全功率因數(shù)變流器主電路原理示意圖 美國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商 U.S Ken etech/Wi ndPower

13、1993 年研制的變速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī) KVS-33: 額定功率：350KW 最大輸出功率: 450KW 風(fēng)速范圍：4.5 ?29.1 m/s。 在兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中應(yīng)用變流技術(shù)（交一直一交）有: 國(guó)名 機(jī)型/安裝地點(diǎn) 額定功率（kV） 建成年份 美國(guó) Mod-5B/Kahuku Pt 3200 1987 瑞典 Nordic 1000 1000 1995 荷蘭 NEWECS-45/Medemblik 1000 1985 加拿大 EOLE/C ap Chat 4000 1987 意大利 GAMMA 60/Alt Nurra

14、1500 1992 另外，變流技術(shù)在高壓直流輸電系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 工程名稱(chēng) 國(guó)家 功率（MW 電壓 線路長(zhǎng)度 （KM） 換流閥 型式 投運(yùn)年份 舟山群島 中國(guó) 50 100 56 晶閘管 1987 葛州壩-上海 中國(guó) 1200 500 1080 晶閘管 1989 因特芒廷 美國(guó) 1600 500 784 晶閘管 1986 優(yōu)點(diǎn): 維持最佳的葉尖速度比 變速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)可在不同的風(fēng)速下通過(guò)調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速 消除了在風(fēng)速變化時(shí)對(duì)恒速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)的載荷沖擊，使風(fēng)力機(jī)運(yùn)行更可靠、平穩(wěn)。 4.5. 塔架： 作用：支撐風(fēng)

15、力機(jī)回轉(zhuǎn)部分并使風(fēng)輪在一定高度受風(fēng)， 按塔架的材料分：角鋼或鋼管桁架塔 和圓錐鋼管塔。按發(fā)電機(jī)和塔架的關(guān)系分：一塔一機(jī)，一塔二機(jī)。 如圖10: 一塔二機(jī)示意圖 一塔二機(jī)優(yōu)點(diǎn)（如圖10所示）： 1） 由于沒(méi)有塔影效應(yīng)（指由塔架造成的氣流渦流區(qū)對(duì)風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生的影響） ，塔架可采 用鋼筋水泥結(jié)構(gòu)，降低造價(jià)。 2） 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)可共享設(shè)備 （如:液壓、控制器、變送電設(shè)備、迎風(fēng)機(jī)構(gòu)、避雷設(shè)備）。 3） 可使機(jī)組安裝過(guò)程簡(jiǎn)化。 46 避雷系統(tǒng)： 1994年丹麥超過(guò)6%的風(fēng)力機(jī)遭雷擊，LM公司估計(jì)每年有1%~2的風(fēng)葉遭雷擊，所以并網(wǎng)運(yùn) 行的大型風(fēng)力機(jī)的防雷是非常重要的。 對(duì)葉片、 塔架

16、、 機(jī)艙都應(yīng)采取不同的避雷器件和防雷 技術(shù)，以增加風(fēng)力機(jī)的避雷能力。 4.7. 控制部分： （ 風(fēng)力機(jī)單機(jī)控制及風(fēng)力場(chǎng)系統(tǒng)控制見(jiàn)第三部分。 ） 5. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變電并網(wǎng)系統(tǒng)： 5.1. （恒速）同步發(fā)電機(jī)變電并網(wǎng)技術(shù)： 由于風(fēng)速的不確定性， 風(fēng)力機(jī)的可調(diào)速性能很難達(dá)到同步發(fā)電機(jī)要求的精度， 同步發(fā)電機(jī)的 并網(wǎng)困難，常采用下面幾種方法： 5.1.1. 常規(guī)自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)方式： 準(zhǔn)同步并網(wǎng)方式就是對(duì)已勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)的電壓和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)， 使其與系統(tǒng)同步， 然后并網(wǎng)。 由于風(fēng)速的不確定性，通過(guò)此方法并網(wǎng)很困難。 5.1.2. 自同步并網(wǎng)方式： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高接近同步速（ 80%~9

17、0%額定轉(zhuǎn)速）時(shí)，將未加勵(lì)磁的同步發(fā)電機(jī)投入電力系 統(tǒng)，延時(shí) 1~3 秒后再加勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)會(huì)自行拉入同步運(yùn)行。 5.2. （恒速）異步發(fā)電機(jī)變電并網(wǎng)技術(shù)： 異步發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于靠轉(zhuǎn)差率來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，因此對(duì)機(jī)組的調(diào)節(jié)精度要求不高， 不需要同步設(shè)備的整步操作， 只要轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)就可并網(wǎng)， 且并網(wǎng)后不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失 步。常采用下面幾種方法： 5.2.1. 直接并網(wǎng)： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)直接并網(wǎng)。 缺點(diǎn)： 并網(wǎng)瞬間存在三相短路現(xiàn)象， 異步發(fā)電機(jī)將受到 4~5 倍額定電流的沖擊，系統(tǒng)電壓會(huì)瞬時(shí)下降。 5.2.3. 在發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間串接電抗器、電阻以減少合閘瞬間沖擊電流與電網(wǎng)

18、電壓的下降的幅度, 并網(wǎng)穩(wěn)定后，再將電抗器、電阻退出。 “軟并網(wǎng)”方式: 在發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間串雙向可控硅， 并網(wǎng)時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角使電機(jī)平穩(wěn)并網(wǎng)。 可限 制電機(jī)在聯(lián)網(wǎng)和大、小電機(jī)切換 （異步電機(jī)變極運(yùn)行）時(shí)的瞬變沖擊電流。圖 11示意了軟切 入裝置的系統(tǒng)框圖。 ￡■ ? 一 號(hào)■人坊葬帆 三純理幣垮亀閹嚴(yán)接 JUL 5.2.4. 圖11：軟切入裝置的系統(tǒng)框圖 準(zhǔn)同期并網(wǎng)方式: 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步速時(shí)，先用電容激磁，建立額定電壓，然后對(duì)已激磁建壓的發(fā)電機(jī)的電 壓和頻率進(jìn)行調(diào)整。 使其與電網(wǎng)系統(tǒng)一致再并網(wǎng)。 缺點(diǎn)：需高精度的調(diào)速器和整步、同期設(shè)

19、備。 53 交一直一交并網(wǎng)聯(lián)接方式: 該方法首先將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電變成直流電， 再經(jīng)逆變器變換成與電力系統(tǒng)頻率同步的交 流電。(參見(jiàn)前節(jié)變速運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)所述 ) 根據(jù)整流器輸出直流電壓的高低，可分兩種并網(wǎng)方式： 1) 對(duì)整流器輸出直流電壓低的情況，一臺(tái)發(fā)電機(jī)用一臺(tái)逆變器，再升壓并網(wǎng)， 如圖12所示； 2) 對(duì)整流器輸出直流電壓高的情況， 所有發(fā)電機(jī)共用一臺(tái)逆變器， 再升壓并網(wǎng)，如圖 13所示。 圖12: 一臺(tái)發(fā)電機(jī)用一臺(tái)逆變器 電網(wǎng) 高壓直流 圖13:所有發(fā)電機(jī)共用一臺(tái)逆變器 54 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變電站的布置： 風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)

20、容量小，出口電壓低 (異步發(fā)電機(jī)的出口電壓為 400~690V)，為降低電力在 傳輸過(guò)程中的損耗，需要用升壓器對(duì)電壓升壓，然后在傳輸并網(wǎng)。 1) 一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與一個(gè)升壓器相聯(lián)，再通過(guò)升壓器與電網(wǎng)相聯(lián)。 2) 所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)與一個(gè)升壓器相聯(lián)，再通過(guò)升壓器與電網(wǎng)相聯(lián)。 3) 根據(jù)具體情況，將風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)劃分為幾個(gè)發(fā)電單元，每個(gè)發(fā)電單元包括幾臺(tái) 距離相近的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和一臺(tái)升壓器，再通過(guò)升壓器與電網(wǎng)相聯(lián)。 圖14示意了此種配 置情況。 電網(wǎng) 圖14發(fā)電單元結(jié)構(gòu)示意圖 6. 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)： 集控室等部分。 8倍的風(fēng)輪直徑。 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應(yīng)包括：多臺(tái)風(fēng)力機(jī)，多臺(tái)變壓設(shè)備，輸電線路，信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò), 風(fēng)力機(jī)機(jī)組左右之間的距離》 4~5倍的風(fēng)輪直徑，機(jī)組的前后之間的距離》 7. 風(fēng)力機(jī)發(fā)展方向： 綜上所述，單從技術(shù)的角度可總結(jié)出風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展的幾個(gè)方向： 1) 發(fā)展大功率風(fēng)力機(jī)； 2) 功率調(diào)節(jié)為變漿距調(diào)節(jié)； 3) 發(fā)電機(jī)采用變速運(yùn)行發(fā)電機(jī)； 4) 采用柔性結(jié)構(gòu)(柔性葉片、柔性塔架)降低材料消耗。