单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,风力发电控制技术作业,李蒙,风力发电控制技术作业李蒙,第一题,第二题,第三题,第四题,第五题,第一题第二题第三题第四题第五题,Repower System AG,（瑞能）,发展历史：,2001,年,由,Jacobs Energie,，,BWU,和,pro+pro Energiesysteme,合并而成，总部位于德国汉堡。,1994,年研发第一台,500kW,风机；,曾制造世界第一台,5MW,海上风机；,现为印度,Suzlon,的全资子公司。,公司规模：,世界十大风力发电机制造商之一,2478,名员工,年营业额为,112,亿欧元,制造安装,3500,台风力发电机,总发电量超过,5400MW,在中国：瑞能北方风电设备有限公司,Repower System AG（瑞能）发展历史：,技术特点,技术来源：购自,Aerodyn,公司,+,自身吸收研发，目前主流机型都源自,MD77,发电机类型：双馈异步感应式发电机（,Doublely-fed induction generator,）,运行方式：电气变桨距，变速恒频,产品线丰富：海上和陆地风力发电机,发电机容量：,1.8MW6.15MW,风轮直径：,82m126m,技术优势：,MW,级风力发电机,技术特点技术来源：购自Aerodyn公司+自身吸收研发，目前,产品分类,1,、,MM,系列,产品分类1、MM系列,产品分类（续）,2,、,XM,系列,产品分类（续）2、XM系列,产品分类（续）,3,、,5/6M,系类,产品分类（续）3、5/6M系类,产品分类（续）,4,、其他历史机型,产品分类（续）4、其他历史机型,市场占有率,市场占有率,中国市场份额,北方瑞能占国内市场份额,1.9%,（,2009,年）,技术转让（许可证生产）,1997,年,-,浙江运达,2002,年,-,新疆金风,2004,年,-,四川东方汽轮机厂（,MD77/1.5MW,）,返回,中国市场份额北方瑞能占国内市场份额1.9%（2009年）返回,试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点,风力发电机,独立式,混合式直流系统,混合式交流系统,并网式,恒速,失速控制型,桨距控制型,主动失速控制型,有限变速,变速含部分功率变频器,变速全功率变频器型,绕线转子同步风力发电机,永磁同步发电机,试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点 风力发电机独立式,小型发电直流混合系统,小型发电直流混合系统,小型发电交流混合系统,小型发电交流混合系统,A,型：恒速,A型：恒速,B,型：有限变速,B型：有限变速,C,型：变速含部分功率变频器,C型：变速含部分功率变频器,D,型：变速含全功率变频器型,D型：变速含全功率变频器型,不同类型发电机的风力发电机进行对比,返回,不同类型发电机的风力发电机进行对比返回,推证风力机能量转换的贝茨理论,采用激盘模型推导风能利用系数,由定义管道内各处的质量流量必须相同,在激盘上产生的气动力为,流入激盘的气流速度为,;,其中,a,为轴流干扰系数,推证风力机能量转换的贝茨理论 采用激盘模型推导风能利用系数由,推证风力机能量转换的贝茨理论,伯努利方程可得激盘气压压降,两式相减可得,不能为负，所以,为上限,气动力来源于激盘引入（产生）的压降，即：,推证风力机能量转换的贝茨理论 伯努利方程可得激盘气压压降 两,推证风力机能量转换的贝茨理论,激盘从风中提取的风能为,整理可得气动力为,定义风能利用系数：风力机捕获的风能与经过风力机的风能之比,风速为V通过截面积为A的风能为：,风能利用系数为,推证风力机能量转换的贝茨理论 激盘从风中提取的风能为整理可得,推证风力机能量转换的贝茨理论,推导贝茨极限,返回,推证风力机能量转换的贝茨理论 推导贝茨极限返回,永磁同步发电机发电系统,系统的基本组成,永磁同步发电机发电系统系统的基本组成,永磁同步风力发电机的拓扑结构,永磁同步风力发电机的拓扑结构,永磁同步发电机控制,工作原理：,风力机把捕获的流动空气的动能转换为机械能,;,直驱系统中的永磁同步发电机把风力机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化而变化的不控电能,;,变流器把不控的电能转换为频率和电压与电网同步的可控电能并馈入电网。,永磁同步发电机控制工作原理：,永磁同步发电机控制,控制模式,：,监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。,根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。,控制基本目标：,保证风力发电机组安全可靠运行,;,获取最大能量,;,提供良好的电力质量。,永磁同步发电机控制控制模式：,风机运行流程图,风机运行流程图,一、系统运行时控制,偏航系统控制：,自动对风,自动解缆,风轮保护,变桨距系统控制：,启动状态,欠功率状态,额定功率状态,一、系统运行时控制偏航系统控制：,一、系统运行时控制,(,续,),机侧变流器的控制：,将永磁同步发电机发出的频率和电压幅值变化无序的交流电整流成直流电；,控制风力机转速，实现最大风能捕获；,网侧变流器的控制：,将直流电逆变为与电网频率、幅值相同的交流电，保证电网侧电流正弦，减少谐波对电网的污染并维持直流侧电压恒定，提高发电效率。,实现对电网发送有功功率和无功功率的控制。,一、系统运行时控制(续)机侧变流器的控制：,二、制动控制,制动控制,正常制动,低速变桨至,90,转速降至脱网转速时,脱,网,快速制动,中速变桨至,90,转速降至脱网转速时,脱,网,紧急制动,高速变桨至,90,是否断开安全链,是否启用机械刹车制动,紧急制动是否超时,断开安全链,启动避风制动,二、制动控制制动控制正常制动低速变桨至90转速降至脱网转速,三、安全保护控制,雷电安全保护,过压过流保护,震动保护,开机关机保护,电网掉电保护,紧急停机安全链保护,微机控制器抗干扰保护,接地保护,监控功能,返回,三、安全保护控制雷电安全保护返回,风力发电系统的并网技术及对电力系统的影响,风力发电系统的并网技术,风力发电机并网的条件：,发电机输出的电压和电网电压在幅值、频率、相位上完全相同。,并网时可能遇到的问题：,引起系统电压下降，对电机和机械部件造成损坏；,造成系统瓦解，威胁其它挂网机组的正常运行。,风力发电系统的并网技术及对电力系统的影响 风力发电系统的并网,同步风力发电机组并网技术,同步发电机的优点：,既能提供有功功率，又能提供无功功率，周波稳定、电能质量高。,在风力发电系统中的缺点：,并网时其调速性能很难要求的精度；,无功振荡与失步问题，在重载下尤为严重。,解决方法：,在同步发电机与电网之间采用变频装置。,同步风力发电机组并网技术同步发电机的优点：,异步风力发电机组并网技术,异步风力发电机优点：,对机组的调速精度要求不高；,控制装置简单；,不会产生振荡和失步，运行稳定。,并网时存在的问题：,直接并网会产生冲击电流会造成电压大幅度下降；,需要无功补偿；,不稳定系统的频率过于下降，电流剧增而过载。,异步风力发电机组并网技术异步风力发电机优点：,风力发电系统对电力系统的影响,1,、风力发电引起的电压波动,风力发电会提高电网的静态稳定，降低动态稳定性。,当风力机组起动时，感应电机会吸收大量的无功功率，如果没有足够的无功补偿，将会导致节点电压跌落。,风力机组输出变化着的功率直接导致了节点电压的波动，如果机组的容量超过一定范围，那么它所引起的电压波动将很大，超出电网运行的允许范围。,电压波动的大小取决于电网强度、电网结构、风力机组类型、风电场容量等因素。,风力发电系统对电力系统的影响1、风力发电引起的电压波动,风力发电系统对电力系统的影响,2,、风力发电对短路电流的影响,风力发电机可以改变接入点的短路电流。,大量的异步电机接入电网后会增加接入点的短路电流，改变短路电流特性。异步电机的短路电流初始值高，衰减快。,采取措施：,在考虑风机装机容量时应计算电网各点的短路电流，判断是否超过了电网中已有元件的额定容量；,在故障情况下风机的保护系统还应该与电网的保护装置进行配合，尽量减小对电网的负面影响。,风力发电系统对电力系统的影响2、风力发电对短路电流的影响,风力发电系统对电力系统的影响,3,、风力发电对网损的影响,电网中的有功损耗会由于风电场的接入而改变，功率损耗的增加或减小与电网的结构、电网潮流、接入点位置以及风电场装机容量等因素有关。,输电网一般呈环状结构，电压等级高，网络损耗小；配电网则呈树状，结构松散，电压低，网损较大。,为了不增加电网的有功损耗，风电场的输出功率也应控制在一定的范围,。,风力发电系统对电力系统的影响3、风力发电对网损的影响,风力发电系统对电力系统的影响,4,、风力发电引起的闪变,闪变是指经过灯,-,眼,-,脑环节反映人对灯光照度波动的主观视感。人对照度波动的觉察频率范围为,0.05,35Hz,，其中闪变敏感的频率范围约为,6,12Hz,。,引起闪变的原因：风力机组在持续运行时的功率波动、风力机组在切入风速时或在额定风速时的起动、风力机组的停机以及机组间的切换操作等。,风力发电系统对电力系统的影响4、风力发电引起的闪变,风力发电系统对电力系统的影响,5,、风力发电引起的谐波,产生谐波的两种途径：,（,1,）各种电力电子装置的开通和关断会引起节点电压下降，同时会产生大量谐波和间谐波。,（,2,）,风机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振,。,返回,风力发电系统对电力系统的影响5、风力发电引起的谐波返回,风力发电系统对电力系统的影响,6,、风力发电对发电计划与调度影响的影响,传统的发电计划基于电源的可靠性,、,负荷的可预测性,。,风力系统发电计划制定困难：,风电场出力,难以预测。,问题：,电力系统的运行方式不,能,跟踪风电功率的波动，系统的电能质量和动态稳定性将受到显著影响,。,措施：,对电力系统传统的运行方式和控制手段做出适当的改进和调整，研究随机的发电计划算法，正确考虑风电的随机性和间歇性特性。,返回,风力发电系统对电力系统的影响6、风力发电对发电计划与调度影响,谢谢！,谢谢！,