1、按風輪槳葉分類:失速型:高風速時,因槳葉形狀或因葉尖處的擾流器動作,限制風力機的輸出轉(zhuǎn)矩與功率;變槳型:高風速時通過調(diào)整槳距角,限制輸出轉(zhuǎn)矩與功率。按風輪轉(zhuǎn)速分類:定速型:風輪保持一定轉(zhuǎn)速運行,風能轉(zhuǎn)換率較低,與恒速發(fā)電機對應;變速型:(1雙速型:可在兩個設定轉(zhuǎn)速運行,改善風能轉(zhuǎn)換率,與雙速發(fā)電機對應;(2連續(xù)變速型:在一段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),可捕捉最大風能功率,與變速發(fā)電機對應。 按傳動機構分類:齒輪箱升速型:用齒輪箱連接低速風力機和高速發(fā)電機;(減小發(fā)電機體積重量,降低電氣系統(tǒng)成本直驅(qū)型:直接連接低速風力機和低速發(fā)電機。(避免齒輪箱故障按發(fā)電機分類:異步型:(1籠型單速異步發(fā)電機;(2籠型

2、雙速變極異步發(fā)電機;(3繞線式雙饋異步發(fā)電機;同步型:(1電勵磁同步發(fā)電機;(2永磁同步發(fā)電機。按并網(wǎng)方式分類:并網(wǎng)型:并入電網(wǎng),可省卻儲能環(huán)節(jié)。離網(wǎng)型:一般需配蓄電池等直流儲能環(huán)節(jié),可帶交、直流負載。或與柴油發(fā)電機、光伏電池并聯(lián)運行。典型風力發(fā)電機系統(tǒng)籠型異步發(fā)電機的運行特點(1發(fā)電機勵磁消耗無功功率,皆取自電網(wǎng)。應選用較高功率因數(shù)發(fā)電機,并在機端并聯(lián)電容;(2絕大部分時間處于輕載狀態(tài),要求在中低負載區(qū)效率較高,希望發(fā)電機的效率曲線平坦;(3風速不穩(wěn),易受沖擊機械應力,希望發(fā)電機有較軟的機械特性曲線,S max 絕對值要大 ;(4并網(wǎng)瞬間與電動機起動相似,存在很大的沖擊電流,應在接近同步轉(zhuǎn)速

3、時并網(wǎng),并加裝軟起動限流裝置;轉(zhuǎn)子電流受控的異步風力發(fā)電機系統(tǒng) (Rotor Current Control, RCC定義:轉(zhuǎn)子電流控制技術是指通過電力電子開關和脈寬調(diào)制(PWM 來控制繞線型異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的一項技術。 系統(tǒng)的結構特征:(1采用變槳風力機;(2采用繞線型異步發(fā)電機,但沒有滑環(huán);(3采用旋轉(zhuǎn)開關器件斬波控制轉(zhuǎn)子電流,動態(tài)調(diào)整發(fā)電機的機械特性。原理:控制附加電阻的接入時間,從而控制轉(zhuǎn)子電流RCC 異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點優(yōu)點:(1風速變化引起風輪轉(zhuǎn)矩脈動的低頻分量由變槳調(diào)速機構調(diào)節(jié),其高頻分量由 RCC 調(diào)節(jié),可明顯減輕槳葉應力, 平滑輸出電功率 ;(2利用風輪作為慣性儲能元件

4、,吞吐伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化形成的動能,提高風能利用率;(3電力電子主回路結構簡單,不需要大功率電源。缺點:旋轉(zhuǎn)電力電子開關電路檢修、更換困難。雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)主回路構成:雙饋異步發(fā)電機 +交直交雙向功率變換器雙饋異步發(fā)電機O;繞線型轉(zhuǎn)子三相異步發(fā)電機的一種;O;定子繞組直接接入交流電網(wǎng);O;轉(zhuǎn)子繞組端接線由三只滑環(huán)引出,接至一臺雙向功率變換器;O;轉(zhuǎn)子繞組通入變頻交流勵磁;O;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時也可運行于發(fā)電狀態(tài);O;定子繞組端口并網(wǎng)后始終發(fā)出電功率;但轉(zhuǎn)子繞組端口電功率的流向取決于轉(zhuǎn)差率;交直交雙向功率變換器O;兩套 PWM 控制型三相開關橋 “ 背靠背 ” ,中間存在電容支撐的直

5、流母線;O;在任一時刻,一套三相橋處于脈沖整流狀態(tài);而另一套處于逆變狀態(tài);O;發(fā)電機側(cè)三相開關橋采用定子磁場定向矢量控制和空間電壓矢量 PWM 控制方法;O;電網(wǎng)側(cè)三相開關橋采用電網(wǎng)電壓定向矢量控制和空間電壓矢量 PWM 控制方法;O;可實現(xiàn)發(fā)電機輸出的有功和無功功率解耦控制雙饋異步風力發(fā)電機的運行原理O;引入轉(zhuǎn)子交流勵磁變流器,控制轉(zhuǎn)子電流;O;轉(zhuǎn)子電流的頻率為轉(zhuǎn)差頻率,跟隨轉(zhuǎn)速變化;O;通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的相位,控制轉(zhuǎn)子磁場領先于由電網(wǎng)電壓決定的定子磁場,從而在轉(zhuǎn)速高于和低于同步轉(zhuǎn)速時都能 保持發(fā)電狀態(tài);O;通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的幅值,可控制發(fā)電機定子輸出的無功功率;O;轉(zhuǎn)子繞組參與有功和無功功

6、率變換,為轉(zhuǎn)差功率,容量與轉(zhuǎn)差率有關(約為全功率的 S 倍。雙饋異步風力發(fā)電機系統(tǒng)的特點(1連續(xù)變速運行,風能轉(zhuǎn)換率高;(2部分功率變換,變流器成本相對較低;(3電能質(zhì)量好(輸出功率平滑,功率因數(shù)高;(4并網(wǎng)簡單,無沖擊電流;(5降低槳距控制的動態(tài)響應要求;(6改善作用于風輪槳葉上機械應力 狀況 ;(7雙向變流器結構和控制較復雜;(8電刷與滑環(huán)間存在機械磨損。轉(zhuǎn)子電流混合控制的異步風力發(fā)電機系統(tǒng)優(yōu)點:(1簡化了主回路結構和控制策略,成本低;(2兼具雙饋控制和 RCC 控制的優(yōu)點。缺點:(1轉(zhuǎn)速范圍縮小;(2超同步速運行時,無功功率不可調(diào),功率因數(shù)略低。變速籠型異步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點O;籠型

7、異步風力發(fā)電機運行于變速變頻發(fā)電狀態(tài);O;運行于小轉(zhuǎn)差率范圍,發(fā)電機機械特性硬,運行效率高;O;發(fā)電機機端電壓可調(diào),輕載運行效率高;O;發(fā)電機與電網(wǎng)被可控的變流器隔離,系統(tǒng)對電網(wǎng)波動的適應性好;O;變流器與發(fā)電機功率容量相等,系統(tǒng)成本高。電勵磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)展同步發(fā)電機的必要性:O;同步發(fā)電機用作風力發(fā)電機時,即可直接向交流負載供電,也可經(jīng)整流器變換為直流電,向直流負載供電。因此,同 步風力發(fā)電機已成為中小容量風力發(fā)電機組的首選機型。O;近年來,在大容量風力發(fā)電機組產(chǎn)品中,同步風力發(fā)電機也已暫露頭角,有望成為未來的主力機型。直接驅(qū)動同步風力發(fā)電機去除齒輪箱,直接驅(qū)動的理由:由齒輪箱引

8、起的風電機組故障率高;齒輪箱的運行維護工作量大,易漏油污染;系統(tǒng)的噪聲大,效率低,壽命 短。直驅(qū)帶來的問題:發(fā)電機轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大,體積重量明顯增大;全功率整流逆變,變流器成本高。電勵磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點:O;通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流,可保持發(fā)電機的端電壓恒定;O;定子繞組輸出電壓的頻率隨轉(zhuǎn)速變化;O;可采用不控整流和 PWM 逆變,成本較低;O;轉(zhuǎn)子可采用無刷旋轉(zhuǎn)勵磁;O;轉(zhuǎn)子結構復雜,勵磁消耗電功率;O;體積大、重量重,效率稍低。永磁直接驅(qū)動同步風力發(fā)電機系統(tǒng)特點:O;永磁發(fā)電機具有最高的運行效率;O;永磁發(fā)電機的勵磁不可調(diào),導致其感應電動勢隨轉(zhuǎn)速和負載變化。采用可控 PWM 整流或

9、不控整流后接 DC/DC變換, 可維持直流母線電壓基本恒定,同時可控制發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)風輪轉(zhuǎn)速;O;在電網(wǎng)側(cè)采用 PWM 逆變器輸出恒定頻率和電壓的三相交流電,對電網(wǎng)波動的適應性好;O;永磁發(fā)電機和全容量全控變流器成本高;O;永磁發(fā)電機存在定位轉(zhuǎn)矩,給機組起動造成困難。混合勵磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機系統(tǒng)系統(tǒng)特點:O;利用轉(zhuǎn)子的凸極磁阻效應,增強永磁發(fā)電機的調(diào)磁能力;O;采用部分功率容量的 SVG 逆變器向發(fā)電機機端注入無功電流,以調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓;O;無需全功率容量的脈沖整流或 DC-DC 變換器,可明顯節(jié)省變流器的容量;O;SVG 逆變器可兼有有源濾波的功能,能夠改善發(fā)電機中的電流波形,降低發(fā)電機的諧波損耗和溫升。橫向磁通永磁同步風力發(fā)電機系統(tǒng)新結構發(fā)電機與電力電子變流器的結合,有望大幅度減小大功率低速直驅(qū)發(fā)電機的空間尺寸和重量!比較結果： 比較結果： （1）籠型異步發(fā)電