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風力發電機基础知识概述
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發電機分爲兩個主要類型。同步發電機運行的頻率與其所連電網的頻率完全相同,同步發電機也被稱爲交流發電機。異步發電機運行時的頻率比電網頻率稍高,異步發電機常被稱爲感應發電機。

感應發電機與同步發電機都有一個不旋轉的部件被稱爲定子,這兩種電機的定子相似,兩種電機的定子都與電網相連,而且都是由疊片鐵芯上的三相繞組組成,通電後産生一個以恒定轉速旋轉的磁場。盡管兩種電機有相似的定子,但它們的轉子是完全不同的。同步電機中的轉子有一個通直流電的繞組,稱爲勵磁繞組,勵磁繞組建立一個恒定的磁場鎖定定子繞組建立的旋轉磁場。因此,轉子始終能以一個恒定的與定子磁場和電網頻率同步的恒定轉速上旋轉。在某些設計中,轉子磁場是由永磁機産生的,但這對大型發電機來說不常用。

感應電機的轉子不同例如,它是由一個兩端都短接的鼠籠形繞組構成。轉子與外界沒有電的連接,轉子電流由轉子切割定子旋轉磁場的相對運動而産生。如果轉子速度完全等于定子轉速磁場的速度(與同步發電機一樣),這樣沒有相對運動,也沒有轉子感應電流。因此,感應發電機總的轉速總是比定子旋轉磁場速度稍高,其速度差叫滑差,在正常運行期間。它大概爲1%。

同步發電機和異步發電機

将机械能转化为电能装置的发电机常用同步励磁发电机、永磁發電機和異步發電機。同步发电机应用非常广泛,在核电、水电、火电等常规电网中所使用的几乎都是同步发电机,在风力发电中同步发电机即可以独立供电又可以并网发电。然而同步发电机在并网时必须要有同期检测装置来比较发电机侧和系统侧的频率、电压、相位,对風力發電機进行调整,使发电机发出电能的频率与系统一致;操作自动电压调压器将发电机电压调整到与系统电压相一致;同时,微调风力机的转速从周期检测盘上监视,使发电机的电压与系统的电压相位相吻合,在频率、电压、相位同时一臻的瞬间,合上断路器将風力發電機并入系统。同期装置可采用手动同期并网和自同期并网。但总体来说,由于同步发电机造价比较高,同时并网麻烦,故在并网風力發電機中很少采用。

控制監測系統

風力發電機的运行及保护需要一个全自动控制系统,它必须能控制自动启动,叶片桨距的机械调节装置(在变桨距风力机上)及在正常和非正常情况下停机。除了控制功能,系统也能用于监测以提供运行状态、风速、风向等信息。该系统是以计算机为基础,除了小的风力机,控制及监测还可以远程进行。控制系统具有及格主要功能:

1、順序控制啓動、停機以及報警和運行信號的監測
      2、偏航系统的低速闭环控制

3、槳距裝置(如果是變槳距風力機)快速閉環控制

4、與風電場控制器或遠程計算機的通訊

風機傳動系統

葉輪葉片産生的機械能有機艙裏的傳動系統傳遞給發電機,它包括一個齒輪箱、離合器和一個能使風力機在停止運行時的緊急情況下複位的刹車系統。齒輪箱用于增加葉輪轉速,從20~50轉/分到1000~1500轉/分,後者是驅動大多數發電機所需的轉速。

齿轮箱可以是一个简单的平行轴齿轮箱,其中输出轴是不同轴的,或者它也可以是较昂贵的一种,允许输入、输出轴共线,使结构更紧凑。传动系统要按输出功率和大动态扭矩载荷来设计。由于叶轮功率输出有波动,一些设计者试图通过增加机械适应性和缓冲驱动来控制动态载荷,这对大型的風力發電機来说是非常重要的,因其动态载荷很大,而且感应发电机的缓冲余地比小型风力机的小。

異步發電機

永磁發電機是一种将普通同步发电机的转子改变成永磁结构的发电机,常用的永磁材料有铁氧体(BaFeO)、钐钴5(SmCo)等,永磁發電機一般用于小型風力發電機组中。

異步發電機是指异步电机处于发电的工作状态,从其激励方式有电网电源励磁发电(他励)和并联电容自励发电(自励)两种情况。

1、电网电源励磁发电:是将异步电机接到电网上,电机内的定子绕组产生以同步转速转动的旋转磁场,再用原动机拖动,使转子转速大于同步转速,电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反,而机械力矩的方向则与转速方向相同,这时将原动机的机械能转化为电能。在这种情况下,异步电机发出的有功功率向电网输送;同时又消耗电网的无功功率作励磁作用,并供应定子和转子漏磁所消耗的无功功率,因此異步發電機并网发电时,一般要求加无功补偿装置,通常用并列电容器补偿的方式。

2、並聯電容器自勵發電:並聯電容器的連接方式分爲星形和三角形兩種。勵磁電容的接入在發電機利用本身的剩磁發電的過程中,發電機周期性地向電容器充電;同時,電容器也周期性地通過異步電機的定子繞組放電。這種電容器與繞組組成的交替進行充放電的過程,不斷地起到勵磁的作用,從而使發電機正常發電。勵磁電容分爲主勵磁電容和輔助勵磁電容,主勵磁電容是保證空載情況下建立電壓所需要的電容,輔助電容則是爲了保證接入負載後電壓的恒定,防止電壓崩潰而設的。

通过上述的分析,異步發電機的起动、并网很方便且便于自动控制、价格低、运行可靠、维修便利、运行效率也较高、因此在风力发电方面并网机组基本上都是采用異步發電機,而同步发电机则常用于独立运行方面。

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