交流励磁风力发电技术讲稿

11上海交通大学蔡旭，凌志斌交流励磁风力发电技术22风力发电方式从定桨距恒速恒频发展到变桨距变速恒频技术目的•最大风能捕获•提高风能采集、利用程度•提高风电机组运行效率33变速恒频风力发电机理风能利用系数Pw—通过桨叶旋转面积的功率Pm—风力机吸收输出的机械功率叶尖速比（桨叶尖线速度与风速之比）R—桨叶半径v—风速ω—桨叶旋转角速度风能利用率与叶尖速比的关系只有特定的叶尖速比下，风能利用系数最大/pmWCPP/Rv44风力机输出功率与转速关系每一风速下，一定转速时才能有最大功率输出定桨距风力机恒转速下只有一种风速各种风速下最大功率点连线为最佳功率曲线各种风速下均能获得最大风能，发电机必须变速运行风力机输出功率特性3optmPK55变速恒频发电类型(1)交-直-交变换方式（直驱式）变频器全功率66变速恒频发电类型(2)交流励磁方式（双馈式）•绕线式异步发电机•转子绕组变频器励磁•变频器只需提供转差功率77关键技术双馈风电单机组控制关键技术风电场控制与接入电网关键技术88四象限变频器交流励磁控制器风力发电控制器增速齿轮浆距控制器风速电网PQ变换器部分风力发电控制部分单机组电控系统的组成及作用•按主控命令控制发电机的阻力转矩•恒定发电机的输出频率发出输入转矩与输出转矩的指令，控制发电机调速完成最大功率跟踪99转子绕组经变频器进行交流励磁，提供转差功率，达到变速下输出恒频电能的目的。当发电机转速n同步速n1时，s0发电机处于亚同步发电状态，变频器进行正序低频交流励磁，变频器向转子绕组输入功率。当发电机转速n同步速n1时，s0发电机处于超同步发电状态，变频器进行负序低频交流励磁，转子绕组向变频器输入功率。当发电机转速n=同步速n1时，s=0发电机处于同步发电状态，变频器进行直流励磁。基本工作原理12sfff1010双馈发电机矢量控制技术控制策略-转子侧变换器实现P、Q的解耦控制1111控制策略-网侧变换器稳定电容电压控制，实现双PWM变换器间的解耦双馈发电机矢量控制技术1212单机组控制关键技术—概况双PWM变换器协调控制及有功无功解耦控制机组低电压穿越控制技术双馈电机在亚同步-同步-超同步下过渡控制问题机组过速、过电压控制问题有功-无功功率运行边界及控制策略电能质量控制技术机组控制系统与风电场继电保护、监控、调度等之间接口与配合问题最大风能捕获技术研究1313单机组控制关键技术举例—最大功率跟踪原理性的方法：按风速及最佳功率曲线得到发电功率P，对变换器发出P指令05101520250200040006000800010000风力机旋转角速度wr(rad/s)风力机输出机械功率Pm(W)V1V2V3wopt1wopt2wopt3ABCPopt风速信号P指令技术研究1414单机组控制关键技术举例—最大功率跟踪05101520250200040006000800010000风力机旋转角速度wr(rad/s)风力机输出机械功率Pm(W)V1V2V3wopt1wopt2wopt3ABCPopt转速信号P指令风速信号只控制机组的切入、切出风速信号一种逼近过程控制方法技术研究1515单机组控制关键技术—亚、同、超同步过渡控制亚同步状态同步状态是不稳定态需要主控制与变换器协调控制技术研究超同步状态1616单机组控制关键技术举例—机组过速控制机组过速变换器达到P最大功率边界主控制与变换器协调控制切变换器、投入CROBAR、调桨等等技术研究1717风电场控制与接入电网关键技术单机组电控接入风电场监控系统及相互间协调控制技术电网异常工况下风电不脱网控制技术风电并网引起的电网稳定性问题、可靠性问题评价电网接纳风电能力的研究技术研究风电机组的远程监控技术1818PWM齿轮箱双馈发电机桨叶双PWM变换器PWMM风电场内部电网大电网风场模型风力机模型齿轮箱模型发电机模型变换器模型电网模型PWM齿轮箱双馈发电机桨叶双PWM变换器PWMM离线仿真---各元件数学建模变桨系统模型技术研究1919离线仿真---稳态工作点仿真技术研究20202121离线仿真---动态特性仿真技术研究22222323离线仿真---离网时发电机励磁特性仿真技术研究24242525离线仿真---并网和发电机加载运行仿真技术研究26262727离线仿真---调桨系统技术研究28282929硬件在回路实时仿真---原理框图虚拟风场风力机模型直流调速控制器直流电机发电机并联上网双溃风力发电控制系统虚拟风场虚拟风力机直流调速控制器直流电机双馈发电机并联上网基于dSPACE的电控系统变换器与主控制器建立风场数学模型建立风力机数学模型技术研究3030160kW硬件在回路实时仿真平台技术研究3131主控制器供电电源数字输入高速输入PT100输入电网测量输入数字输出模拟输入模拟输出HMIUPS状态站点通讯振动传感器Modem主控制器开发-硬件主控制器硬件结构3232MODEMPCMODEM主控制器主控制器主控制器主控制器风场上位机以太网主控制器开发-硬件风场监控系统结构3333主控制器开发-硬件主控柜3434系统状态参数监视和数据存储状态代码（对风电系统的异常情况进行处理）运行流程制动控制系统偏航控制系统液压控制系统温度控制系统电网监视变桨系统风影控制噪音消除报警系统可利用率计算系统通信设置Modem通信功率曲线绘制费率计算理论功率曲线SCADA系统手动操作参数设置菜单模块化设计主控制器开发-软件主控制器软件总体结构图集成单机组控制、多机组控制关键技术的软件总体架构3535Pout(kW)v(m/s)V1V2VrVoffVinABCDEV3F启动区最大风能捕获区恒速区恒功率区降额功率输出区停止区主控制器开发-软件功率与风速关系曲线3636变换器开发-硬件1.25MW变频器柜3737dv/dt预充电回路电网M滤波器双馈发电机滤波电抗器双PWM变频器变换器开发-软件变换器运行－预充电过程3838dv/dt电网M滤波器双馈发电机滤波电抗器双PWM变频器变换器运行－自充电过程变换器开发-软件3939dv/dt电网M滤波器双馈发电机滤波电抗器双PWM变频器变换器运行－亚同步运行状态变换器开发-软件4040dv/dt电网M滤波器双馈发电机滤波电抗器双PWM变频器变换器运行－超同步运行状态变换器开发-软件4141定子电压定子电流转子电流有功功率无功功率直流侧电压转速变换器开发-软件硬件在回路测试结果4242直流侧电压电网侧电压网侧变换器电流硬件在回路测试结果变换器开发-软件43431.25MW双馈风电机组1.25MW双馈风电机组变流器柜与控制柜4444运行中的1.25MW双馈风电机组4545ENDTHANKYOU!