风力发电系统ppt课件

风力发电系统部门：导师：作者：1风能的基本情况2345主要内容风电场电气系统风机介绍监控系统维护与检修一风能的基本情况1.世界风电基本情况5,00010,000050,000MW45,00040,00035,00030,00025,00020,00015,00019972012201120102009200820072006200520042003200220012000199919982013153037603440252082078133727065001986515052115313870826721354674471140629388501997199820132012201120102009200820072006200520042003200220012000199950,0000300,000MW250,00010200100,000150,000200,00023803519768615886412026793639740065969147620394313110023900174001360076003178972824301.1全球风电新增装机容量1.2全球风电累计装机容量2014年2月份，全球风能理事会，在能源发布上显示：全球历年累计装机总容量从2012年的282GW跃升到了2013年的321GW。全球风电总量在2013年新增的装机总容量高达36GW。2013年，在国家的新增装机容量排名前三的是：中国13.2GW、美国13.1GW和2.4GW的、和德国。2.国内风电基本情况01000020042003200280000700006000050000400003000020000201320122011201020092008200720062005新增装机/MW累计装机/MW661125612960176311892813803615433111288507197984488658075324623644473325805120025848253712507435461.3我国风电新增装机容量和累计装机容量中国可再生能源学会风能专业委员会名誉主任施鹏飞:“中国政府承诺：2010年，我国风电装机总容量在全世界风电总量已经排名第一。2012年，风电已经超过核电，成为中国第三大电源。2015年，非石化能源消费比重提高到11.4%、非石化能源发电装机比重达到30%。2020年，非石化能源要占一次能源消费的15%，2050年，仅仅风电占一次能源消费的17%。这些约束性指标是中国制定其它各种能源规划的主要依据。以下为风机装机计划表。年份风电装机总容量2010年45GW(0.045亿千瓦）2013年321GW（0.321亿千瓦）2030年4亿千瓦2050年10亿千瓦1.4我国未来风机装机计划3.国内风电政策4.我国风力发电制约因素与解决方案1）问题：政府方案：经济激励政策，体制保障。鼓励国产。投资与融资体制。多元风电采购。宣传教育。国外合作与引进。2）问题：核心技术问题（“消化吸收”）方案：自主研发，总体设计，集成技术，核心部件，降低成本，建立公测平台和认证标准。3）问题：产能过剩，并网困难方案：加快电网，电源统一规划建设，加强电网调度能力，调峰能力，储能能力风电占总电网不能大于5%,全国70%至80%的风电场发电量都远低于可研二风电场电气系统2.1风电场电气部分的构成风电场的电气部分也是由一次部分和二次部分共同组成。风电场电气一次系统可以分为四个主要部分：风电机组、集电系统、升压站及厂用电系统。风电场的主流风力发电机本身输出电压为690V，经过箱式升压变压器将电压升高到10kV或35kV，再经过主变升压至110KV或220KV，再通过高压架空线并网。风电场电气一次系统示意图如下图所示：1风机叶轮2传动装置3发电机4变流器5箱式升压变压器6配电装置7升压变压器8高压配电装置9架空线路1234576892.2风电机组的电气接线风电机组，除了风力机和发电机以外，还包括电力电子换流器（有时也称为变频器）和对应的机组升压变压器。一般可把电力电子换流器和风力发电机看作一个整体，这样风电机组的接线大都采用单元接线。一般情况下，多采用一机一变，即一台风电机组配备一台变压器。35kV0.69kV2.3集电环节及其接线集电系统将风电机组生产的电能按组收集起来一般每一组3～8台风电机组的集电变压器放在一个箱式变电所。每一组的多台风电机组输出，一般可在箱式变电所中各集电变压器的高压侧由电力电缆直接并联。风电场集电环节的接线多为单母线分段接线。35kV0.69kV#1#2#3#42.3单母线单母线以一条母线作为配电装置中的电能汇集节点，是有母线接线形式中最简单的接线形式。WL1WL2WL3WL4S优点是：接线简单清晰、设备少、操作简单、便于扩建和采用成套配电装置缺点：单母线的可靠性较低单母线接线适用于电源数目较少、容量较小的场合：(1)6～10kV配电装置的出线回路不超过5回。(2)35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回。(3)110～220kV配电装置的出线回路不超过2回。按容量，风机数量，可扩展为单母线分段。110kV洋垦738线ABC7388738373847387381738770017700170014110kV正母线7011701770170147010Z#1主变3014301311311431231243001龙垦1线龙垦‖线313313431431443003ZK35kV1段母线315龙垦III线龙垦IV线#21所用变外来10kV电源4214212423400VI段400VII段#23#24#25#26#27#28#15#16#17#18#19#20#21#22见详图A#14#13#12#11#10#9#8#7#6#5#4#3#2#1详图A0.69kV35kV三风机的介绍1国内主要风机机组生产厂家2.1国内排名前五的风机厂家2国内主要风电运营商龙源电力；中国风电；大唐新能源；华电；华能；国电电力上市公司，装机11910MW，有自己的检修团队和培训机构1）整体结构齿轮葙主轴承高速轴联轴器发电机轮毂主轴驱动链偏航驱动机架塔筒主控柜制动器3.双馈风电机组2）风轮系统叶片实度叶尖速比高速运行低启动速度变桨系统0°3叶片叶片面积变桨控制90°启动停机3,11,25最佳功率自动润滑系统轮毂及轮毂罩轴承和齿轮2.1变桨系统偏航驱动机架塔筒主控柜变桨系统的构成1.变桨轴承3套2.自动润滑系统1套3.变桨齿轮葙3套4.变桨电气1套包括：变桨控制箱1套蓄电池3套整流器3套驱动电机3套整流器限位开关驱动装置转角传感器润滑脂入口蓄电池驱动齿轮国外：MOOG、SSB、ATECH、MitaTeknik、Windtec、Parker国内：科诺伟业、北京和利时、北京能高、天津瑞能、金风3）齿轮箱齿轮箱参数•两级行星齿轮和一级平行轴齿轮•螺旋齿，主轴承（20年）•额定输入转速：16.6r/min•传动比：1:105.13•额定功率：1663kW•检修：半年，定期油检（防止氧化）•集成化液压系统:10℃～65℃润滑泵国内生厂商：重庆齿轮箱、杭州前进齿轮箱、南京高精齿轮1，液压变桨2，高速轴制动，偏航制动3，齿轮箱齿面，各轴承供油4，齿轮箱和发电机冷却提供动力齿轮箱电气元件齿轮箱由它的两个扭矩臂支撑，由于主轴采用两个主轴承支撑，使得齿轮箱只承受转矩，风轮的弯矩载荷由主轴轴承承担。风力发电机的主制动器是空气动力制动器。在齿轮箱的输出轴上，装有常开式高速轴制动器，它是通过液压系统进行操作，在叶片顺桨、风轮转速降低于3rpm或高于25rpm后，高速轴制动器启动使风轮停转。齿轮箱工作原理轮箱里的电气元件主要有：温度传感器PT100（1045润滑油、1041低速轴、1042高速轴），油泵电机MPG-KF，加热器O/52，油位传感器FSK-176，油压传感器EDS3346（7303），油过滤器传感器VM3（7301），水泵电机，冷却水压力传感器，冷却风扇电机。4）双高速轴联轴器特点：1.连接齿轮箱输出端与发电机输入端。2.采用挠性联轴器，允许轴向、径向和角度偏移。3.齿轮箱端备有刹车盘，用于转子刹车。4.中间段采用玻璃钢材料，切断发电机与齿轮箱的电磁传导。5.限止扭矩功能，防止发电机短路产生的高扭矩传入齿轮箱。5）1.5MW发电机和变频器基本参数发电机：形式四极（p=2）双馈异步发电机额定出力1560kW转速(rpm)1000～1800+11%额定电压690V保护等级IP54；空-空冷却器变频器：形式IGBT，脉宽调制变频器额定功率300kW（1/3-1/4机组功率）变频器生厂商：ABB；爱默生；施耐德；西门子5.1双馈风力发电机工作原理双馈电机,就是将电能分别馈入绕线转子异步电机的定子和转子,一般将定子接入电网,而双向四象限运行变频器接入转子，并对其频率、电压幅值和相位进行调节。双馈机组市场占85%。图5.1双馈风力发电结构图5.1双馈风力发电机工作原理在转子三相对称绕组中通入三相对称的交流电，将在电机气隙间产生磁场，此旋转磁场的转速与所通入的交流电的频率f2及电机的极对数p有关。设为电网频率50Hz对应的同步转速，而为发电机转子转速，且,和满足以下关系其中，当与n旋转方向相反时，取负值。2260fnp1n1n21nnn2n2nn1n5.1双馈风力发电机工作原理2160npff发电机运行时，转差率s来描述发电机的转速，根据转差率公式，将上式中的转速用转差率s替换，则上式可变为11nnsn121111(1)(1)60snpfffsfsf在双馈异步发电机转子以变化的转速运行时，控制转子电流的频率，可以使定子频率恒定。只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率的电流，双馈异步发电机就可以实现变速恒频运行。1nn电网变流器DFIG2P1emsPemsPemP1nn电网DFIG变流器emsPemP1emsP2P（a）亚同步运行状态（b）超同步运行状态（a）亚同步运行状态：n,转差率s0,频率转子电流产生的旋转磁场转速与转子转速方向相同。励磁变流器向发电机提供交流励磁，定子发电给电网。（b）超同步运行状态:n,转差率s0,频率转子电流产生的旋转磁场转速与转子转速方向相反，这是由于转子电流相序发生变化。此时，发电机定子和转子同时发出电能给电网。（c）同步运行状态：n=，转子中的电流为直流，=0，即变流器提供直流励磁。与同步发电机相同。2f1n1n2f1n2f同步发电机励磁方式：直流和永磁铁。前者损耗小，不失磁，但电机尺寸更大，滑环和电刷5.2同步电机发电机组轴向-内转子结构同步发电机组示意图5.2同步电机发电原理桨叶吸收风能转化为机械能通过主轴直接传递给发电机发电，发出的电通过全功率变流器之后并网。图5.2直驱永磁同步发电机示意图5.3双馈电机系统与同步电机系统对比性能（s）双馈（z）直驱备注结构有齿轮箱，滑环（两年），碳刷（半年）无s故障率高，维护成本高p极对数4极，6极多极（90极以上)z体积大，重，高，运输安装难变流器部分功率变流（联合1/3）全功率变流z变频器要求高，成本高（IGBT电流大)速度范围调速范围宽（±30%）低（切入）风速冷却变流器空冷冷却方式变流器水冷系统z故障高,散热要求高转子励磁交流励磁永磁（不可逆退磁80°-150°）z效率高出20%，永磁稀有金属成本高5.3双馈电机系统与同步电机系统对比性能（s）双馈（z）直驱备注电网突降电机端电流,电机转矩激增稳定z低电压穿越强，抗du/dt高电压波动[-10%,+10%][-85%，+10%]z定子绝缘等级高塔内电缆非正弦，谐波分量大，屏蔽电缆正玄波z隔离并网，谐波易控，并网好电控系统中，中，高，中大，高，低，高体积，价格，维护成本，效率功率因数-0.9（超前）～1～0.9(滞后)功率因数不可调（more）6）防雷保护系统－符合IEC的规定，有内外雷电保护系统。–外部避雷保护通过叶片接收器和气象架上的避雷针来实现。–轴承通过雷击导电刷得到有效的保护。