第3章风电场主要一次设备.ppt

风电场电气系统;第3章 风电场主要一次设备;§3.1 风力发电机; §3.1.1发电机的结构 定子和转子一般都由铁心和绕组构成。 绕组多是用铜线缠绕的金属线圈，当然铜线外面要包裹绝缘物质。铁心的功能是靠铁磁材料提供磁的通路，以约束磁场的分布。 各种发电机的定子的基本结构是类似的;§3.1.1发电机的结构 电机结构的差别可能主要体现在转子的形状或转子绕组的形状 同步机的转子有凸极式和隐极式等类别;§3.1.1发电机的结构 异步机的转子绕组有鼠笼式和绕线式等 ; §3.1.2发电机的工作原理 发电机的工作原理主要是基于电磁感应现象。 电 磁 当导体中通入电流时，在带电导体的周围会产生磁场。 如果导体中流过的电流是直流电，则产生恒定的磁场。如果导体中流过的电流是交流电，则产生交变的磁场。 磁 电 当处于磁场中的导体做不平行于磁场方向的运动时，导体切割磁力线，就会在该导体中感应出电势 如果该导体与外电路构成了闭合回路，则还会在感应电势的作用下形成感应电流。;§3.1.2.1转子绕组通入直流励磁电流－同步发电机;§3.1.2.2转子绕组无励磁电流－异步发电机 ;§3.1.2.2转子绕组无励磁电流－异步发电机 ; §3.1.2.3转子绕组通入交流励磁电流－交流励磁式发电机 交流励磁式发电机和异步发电机有些类似，差别在于它主动给转子绕组提供产生转子磁场所需的交流励磁电流。 当转子以转速n旋转时，如果能够控制转子绕组励磁电流的频率f2，使得转子磁场相对于转子本身的转速n2（根据需要，可以与转子旋转方向相同或相反）始终满足 则可以在发电机转子转速n发生变化的情况下，仍能保持发电机定子输出电压频率恒定。 ; §3.1.2 大型风力发电机的主流机型 未来并网风力发电的主流机型都是通过电力电子换流器实现风力发电机组的变速恒频控制。 变速恒频，即风力机和发电机转子的转速是可变的，而发电机输出电压的频率是恒定的。 ; §3.1.2.1 鼠笼型异步风力发电机 由于风速的不断变化，导致风力机以及发电机的转速也随之变化，所以实际上鼠笼型风力发电机发出的电压频率是变化的 基于电力电子技术的换流器，先将风力发电机输出的交流电压整流，得到直流电压，再将该直流电压逆变为频率、幅值、相位都满足要求的交流电，送入电网。 ; §3.1.2.2 永磁同步直驱式风力发电机 所谓“直驱式”是指，风力机与发电机之间没有变速机构（即齿轮箱），而是由风力机直接驱动发电机的转子旋转。 转子的转速就由风力机的转速决定。当风速发生变化时，风力机的转速也会发生变化，因而转子的旋转速度是时刻变化的。 为了解决风速变化带来的输出电压频率变动的问题，需要在发电机定子绕组与电网之间配置换流器 ; §3.1.2.3 交流励磁双馈式感应风力发电机组 所谓“双馈式”是指，发电机的定子绕组和转子绕组与电网都有电气连接，都可以与电网之间交换功率。 双馈式风电机组的定子绕组与电网直接连接，输出电压的频率可以通过转子绕组中的交流励磁电流的频率调节得以控制。 换流器先将电网50Hz的交流电整流，得到直流电，再将该直流电逆变为频率满足要求的交流电，用于转子绕组的励磁。 ; §3.1.2.4 无刷双馈式风力发电机组 无刷双馈式风力发电机组，其定子有两套极数不同的绕组，一个称为功率绕组，直接接电网；另一个称为控制绕组，通过双向换流器接电网。 转子为笼型或磁阻式结构，无需电刷和滑环，转子的极对数应为定子两个绕组极对数之和。 这种无刷双馈发电机定子的功率绕组和控制绕组的作用分别相当于交流励磁双馈发电机的定子绕组和转子绕组 ;§3.1.2.4 无刷双馈式风力发电机组 对于无刷双馈发电机，有： fp——定子功率绕组电流频率，与电网频率相同； fc——定子控制绕组电流频率； fm——转子转速对应的频率； pp——定子功率绕组的极对数； pc——定子控制绕组的极对数。 超同步时，式中取“+”；亚同步时，取“－” ;§3.2 变压器; §3.2.1.1 变压器的电压变换 一次绕组和二次绕组一般没有电气上的连接，而是通过铁心中的磁场建立联系。 对于理想变压器，感应电 压、电流和绕组匝数之间 有如下关系： ; §3.2.1.2 变压器的等效电路 在电力系统的分析中，往往构建变压器的等值电路模型，主要包括三个部分：一次绕组的电路、由磁路等值为电路的励磁电路及二次绕组的电路 ; §3.2.1.2 变压器的等效电路 工程中可以采用空