风力发电讲座

风力发电讲座
风力发电讲座

风力发电场课程设计报告

课程设计(综合实验)报告( 2014 -- 2015 年度第1学期) 名称:风力发电场 院系:可再生能源学院 班级:风能1101班 学号: 学生姓名: 指导教师:韩爽刘永前 设计周数:2周 成绩: 提交日期:2014 年1月23 日

目录 一、课程设计目的 (1) 二、课程设计任务 (1) 三、课程设计要求 (1) 四、课程设计内容 (1) (一)测风数据处理 (1) (二)导入文件准备 (2) (三)W AsP软件计算 (3) 1.New Projection建立以及场址地图导入 (3) 2.风图谱的计算 (3) 3.测风塔的选定 (4) 4.宏观选址与风资源预测 (6) 5.Wind farm的建立与微观选址 (6) 6.风电场年发电量预测 (7) (四)WindFarmer优化计算 (9) 1.建立文件向导 (9) 2.载入地图文件 (10) 3.载入风资源数据 (10) 4.在栅格区域确定计算边界 (11) 5.安插风机 (12) 6.载入风力发电机机型文件 (13) 7.优化计算 (13) 8.生成报告 (14) (五)计算结果分析对比 (20) 1.年发电量 (20) 2.布机图 (21) 3.分析 (22) 五、课程设计个人总结 (22)

一、课程设计目的 通过使用W AsP、WindFarmer等软件,掌握风电场风能资源评估、微观选址原理及方法。 二、课程设计任务 根据风场测风数据及地形图,分别使用W AsP和WindFarmer软件,进行风资源评估和微观选址。具体包括: 1.对给定的风场测风数据进行处理; 2.使用经过处理后的测风数据,进行风资源评估,得到风图谱; 3.依据微观选址的基本原则,进行优化布机; 4.对两套不同软件的计算结果进行对比分析; 5.撰写设计报告。 三、课程设计要求 1.掌握风资源评估和微观选址的基本原理和方法; 2.掌握上述软件的使用方法; 3.独立撰写设计报告。 四、课程设计内容 (一)测风数据处理 分别选取各组数据,查看平均风速,70米高度处平均风速分别为7.574m/s 和 6.535m/s,在其他各高度处读出的平均风速分别为7.475m/s、7.219m/s、 6.897m/s、6.223m/s。由此判断70米高度处数据有一组异常。选取该组数据,应 用表格数据栏里的筛选功能,只选取0.3m/s、0.4m/s两个值,发现其他组数据有相应变化的风速,而该组数据始终为0.3m/s、0.4m/s。 删除异常数据,利用Windographer软件打开剔除后的测风数据,在相关性一栏查看两组70米高度处的数据相关性,得到相关性公式,在表格中利用该公式计算出需要修正的数据。至此,异常数据处理完成。 图4.1.1 测风数据

双馈式风力发电机剖析

双馈式风力发电机 【摘要】随着地球能源的日益紧缺,环境污染的日益加重,风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视,风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术,其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位,从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。 关键词:风能风力发电变速恒频双馈式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。 风力发电:把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电力动能,这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行;中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。 风力发电的原理:是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定,故其输出的是13~25V变化的交流电,须经充电器整流,再对蓄电瓶充电,使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源,把电瓶里的化学能转变成交流220V市电,才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。(现在还有一些垂直风轮,s型旋转叶片等,其作用也与常规螺旋桨型叶片相同)

风力发电机控制原理

风力发电机控制原理 本文综述了风力发电机组的电气控制。在介绍风力涡轮机特性的基础上介绍了双馈异步发电系统和永磁同步全馈发电系统,具体介绍了双馈异步发电系统的运行过程,最后简单介绍了风力发电系统的一些辅助控制系统。 关键词:风力涡轮机;双馈异步;永磁同步发电系统 概述: 经过20年的发展风力发电系统已经从基本单一的定桨距失速控制发展到全桨叶变距和变速恒频控制,目前主要的两种控制方式是:双馈异步变桨变速恒频控制方式和低速永磁同步变桨变速恒频控制方式。 在讲述风力发电控制系统之前,我们需要了解风力涡轮机输出功率与风速和转速的关系。 风力涡轮机特性: 1,风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示: P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹(Betz)理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为:Cpmax=0.593。 2,叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下,输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看,对应于每个风速的曲线,都有一个最大输出功率点,风速越高,最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速,使得在所有风速下都工作于最大工作点,则发出电能最多,否则发电效能将降低。

涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关,关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比,纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中,每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线,倾角越大,曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段,其中下降段是稳定工作段(若风速和倾角不变,受扰动后转速增加,l加大,Cp减小,涡轮机输出机械功率和转矩减小,转子减速,返回稳定点。)它是工作区段。在工作区段中,倾角越大,l和Cp越小。 3,变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速,而是根据转速信号控制,因为风速信号扰动大,而转速信号较平稳和准确(机组惯量大)。 三段控制要求: 低风速段N<Nn,按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率-转速曲线的最大值点,得到PTARGET=f(n)关系,把PTARGET作为变频器的给定量,通过控制电机的输出力矩,使风力发电实际输出功率P=PTARGET。图3是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与A2点,风速增大至V2后,由于惯性影响,转速还没来得及变化,工作点从A2移至A1,这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率,机组加速,沿对应于V2的曲线向A3移动,最后稳定于A3点,风速减小至V3时的转速下降过程也类似,将沿B2-B1-B3轨迹运动。 中风速段为过渡区段,电机转速已达额定值N=Nn,而功率尚未达到额定值P<Pn。倾角控制器投入工作,风速增加时,控制器限制转速升,而功率则随着风速增加上升,直至P=Pn。 高风速段为功率和转速均被限制区段N=Nn/P=Pn,风速增加时,转速靠倾角控制器限制,功率靠变频器限制(限制PTARGET值)。 4,双馈异步风力发电控制系统 双馈异步风力发电系统的示意见图4,绕线异步电动机的定子直接连接电网,转子经四象限IGBT电压型交-直-交变频器接电网。 转子电压和频率比例于电机转差率,随着转速变化而变化,变频器把转差频率的转差功率变为恒压、恒频(50HZ)的转差功率,送至电网。由图4可知: P=PS-PR;PR=SPS;P=(1-S)PS P是送至电网总功率;PS和PR分别是定子和转子功率 转速高于同步速时,转差率S<0,转差功率流出转子,经变频器送至电网,电网收到的功率为定、转子功率之和,大于定子功率;转速低于同步转速食,S>0,转差功率从电网,

风电场电气系统课程设计报告

风能与动力工程专业 风电场电气系统课程设计报告 题目名称:48MW(35/110KV升压站)风 电场电气一次系统初步设计指导教师:贾振国 学生姓名: 班级: 设计日期:2014年07月 能源动力工程学院

课程设计成绩考核表

摘要 根据设计任务书的要求及结合工程实际,本次设计为48MW风电场升压变电站电气部分设计。本期按发电机单台容量2000kW计算,装设风力发电机组24台。每台风力发电机接一台2000kVA升压变压器,将机端690V电压升至35kV 并接入35kV集电线路,经3回35kV架空线路送至风电场110kV升压站。 变电站是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式,直接影响运行的可靠性、灵活性,并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。 本文是小组成员的配合下和老师的指导下完成的,虽然时间很短,没有设计出特别完整的成果,可是我们学会了如何查找对自己有用的资料,如何设计一个完整的风电场电气系统。并且我们设计出了三张图,包括风机与箱式变电站接线图、35KV风电场集电线路接线图、110KV变电所电气主接线图,在这里感谢小组成员们的辛勤付出和贾老师的耐心指导。 关键词:主接线电气设备配电装置架空线路防雷与接地

Abstract According to the requirements of the design task and combined with the engineering practice, the design is part of the 48MW wind power booster substation electrical design. This period in accordance with the generator unit capacity of 2000kW calculation, installation of 24 wind turbine units. Each wind generator with a 2000kV A step-up transformer, the terminal 690V voltage to 35kV and access 35kV integrated circuit, the 3 35kV overhead transmission line to the wind farm 110kV booster station. Substation is an important part of power system, which directly affects the safety and economic operation of the whole power system, is the intermediate link between power plants and users, plays a role in transformation and distribution of electricity. The main electrical wiring is composed of a transformer, circuit breaker, isolating switch, transformer, bus, surge arresters and other electrical equipment according to a certain order which is formed by the connection of different form, the main electrical wiring, directly affect the operation reliability,flexibility, and the choice of electrical equipment, power distribution equipment arrangement, relay protection and control to have a decisive impact. This paper is combined with team members and under the guidance of teachers completed, although time is very short, no design particularly integrity achievements, but we learned how to find useful on its own data, how to design a complete wind farm electrical system. And we designed the three pictures, including fans and box type substation wiring diagram, 35KV wind farm set wiring diagram of an electric circuit, 110KV substation main electrical wiring diagram.Thanks to the team members to work hard and Jia teacher's patient instructions here. Key word:The main wiring Electrical equipment Distribution device Overhead line Lightning protection and grounding

变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理

变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究 变速恒频发电技术 变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术,其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来,就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是:起动时通过调节桨距控制发电机转速;并网后在额定风速以下,调节发电机的转矩使转速跟随风速变化,保持最佳叶尖速比以获得最大风能;在额定风速以上,采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作,限制风力机获取的能量,保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性,提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式,也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速,使风能利用系数保持在最佳值;能吸收和存储阵风能量,减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动,延长机组寿命,减小噪声;还可控制有功功率和无功功率,改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比,风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵,但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大,因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。 目前,采用变速恒频技术的风力发电机组,由于采用不同类型的发电机,并辅之相关的电力电子变流装置,配合发电机进行功率控制,就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。主要有以下几类:鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中,由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的,采用双馈发电方式,突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念,使原动机转速不受发电机输出频率限制,而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响,变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点,由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。

DL_T_5383-2007风力发电场设计技术规范

风力发电场设计技术规范DL/T5383-2007 Technical specification of wind power plant design 1.范围本标准 规定了风力发电场设计的基本技术要求。本标准适用于 装机容量5MW及以上风力发电场设计。 2.规范性引用文件 GB5005935~110KV变电所设计规范 GB5006166KV及以下架空电力线路设计规范 DL/T5092110KV~500KV架空送电线路设计技术规程 DL/T5218220KV~500KV变电所设计技术规程 3.总则 3.0.1风力发电场的设计应执行国家的有关政策,符合安全可靠、技术先进和经济合理 的要求。 3.0.2风力发电场的设计应结合工程的中长期发展规划进行,正确处理近期建设与远期 发展的关系,考虑后期发展扩建的可能。 3.0.3风力发电场的设计,必须坚持节约用地的原则。 3.0.4风力发电场的设计应本着对场区环境保护的,减少对地面植被的破坏。 3.0.5风力发电场的设计应考虑充分利用声区已有的设施,避免重复建设。 3.0.6风力发电场的设计应本着“节能降耗"的原则,采用先进技术、先进方法,减少 损耗。 3.0.7风力发电场的设计除应执行本规范外,还应符合现行的国家有关标准和规范的规 定。 4.风力发电场总体布局 4.0.1风力发电场总体布局依据:可行性研究报告、接入系统方案、土地征占用批准 文件、地质勘测报告、环境影响评价报告、水土保持评价报告及国家、地方、 行业有关的法律、法规等技术资料、 4.0.2风力发电场总体布局设计应由以下部分组成: 1.风力发电机组的布置 2.中央监控室及场区建筑物布置 3.升压站布置。 4.场区集电线路布置 5.风力发电机组变电单元布置 6.中央监控通信系统布置 7.场区道路 8.其他防护功能设施(防洪、防雷、防火) 4.0.3风力发电场总体布局,应以下因素: 1.应避开基本农田、林地、民居、电力线路、天然气管道等限制用地的区域。 2.风力发电机组的布置应根据机组参数、场区地形与范围、风能分布方向确定,并与本声规划容量、接入系统方案相适应。 3.升压站、中央监控室及场区建筑物的选址应根据风力发电机组的布置、接入系统的方案、地形、地质、交通、生产、生活和安全要素确定,不宜布置在主导风能分布的下风各或不安全区域内。 4.场区集电线路的布置应根据风力发电机组的布置,升压站的位置及单回集电线路的输送距离、输送容量、安全距离确定。

风力发电机组设计与制造课程设计报告

《风力发电机组设计与制造》 课程设计报告 院系:可再生能源学院 班级:风能0902班 姓名:陈建宏 学号 指导老师:田德、王永 提交日期: 一、设计任务书 1、设计内容 风电机组总体技术设计 2、目的与任务 主要目的: 1)以大型水平轴风力机为研究对象,掌握系统的总体设计方法; 2)熟悉相关的工程设计软件; 3)掌握科研报告的撰写方法。 主要任务: 每位同学独立完成风电机组总体技术设计,包括: 1)确定风电机组的总体技术参数; 2)关键零部件(齿轮箱、发电机和变流器)技术参数; 3)计算关键零部件(叶片、风轮、主轴、连轴器和塔架等)载荷和技术参数;

4)完成叶片设计任务; 5)确定塔架的设计方案。 每人撰写一份课程设计报告。 3、主要内容 每人选择功率范围在1.5MW至6MW之间的风电机组进行设计。 1)原始参数:风力机的安装场地50米高度年平均风速为7.0m/s,60米高度年平均风速为7.3m/s,70米高度年平均风速为7.6 m/s,当地历史最大风速为48m/s,用户希望安装1.5 MW至6MW之间的风力机。采用63418翼型,63418翼型的升力系数、阻力系数数据如表1所示。空气密度设定为1.225kg/m3。 2)设计内容 (1)确定整机设计的技术参数。设定几种风力机的C p 曲线和C t 曲线,风力机基本 参数包括叶片数、风轮直径、额定风速、切入风速、切出风速、功率控制方式、传动系统、电气系统、制动系统形式和塔架高度等,根据标准确定风力机等级; (2)关键部件气动载荷的计算。设定几种风轮的C p 曲线和C t 曲线,计算几种关键 零部件的载荷(叶片载荷、风轮载荷、主轴载荷、连轴器载荷和塔架载荷等);根据载荷和功率确定所选定机型主要部件的技术参数(齿轮箱、发电机、变流器、连轴器、偏航和变桨距电机等)和型式。以上内容建议用计算机编程实现,确定整机和各部件(系统)的主要技术参数。 (3)塔架根部截面应力计算。计算暴风工况下风轮的气动推力,参考风电机组的整体设计参数,计算塔架根部截面的应力。最后提交有关的分析计算报告。 4、进度计划

风力发电课程设计

1.风力发电发展的现状 1.1世界风力发电的现状 近20年风电技术取得了巨大的进步。1995—2006年风力发电能力以平均每年30%以上的速度增长,已经成为各种能源中增长速度最快的一种。今年来欧洲、北美的风力发电装机容量所提供的电力2成为仅次于天然气发电电力的第二大能源。欧洲的风力风力发电已经开始从“补充能源”向“战略替代能源”的方向发展。 到2008年,世界风能利用嘴发达的国家是德国、美国和西班牙,中国名列世界第四位。丹麦是世界上使用风能比例最高的国家,丹麦能源消费的1/5来自于风力。 欧洲在开发海上风能方面也依然走在世界前列,其中丹麦、美国、爱尔兰、瑞典和荷兰等国家发展较快。尤其是在一些人口密度较高的国家,随着陆地风电场殆尽,发展海上风电场已成为新的风机应用领域而受到重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家都在计划较大的海上风电场项目。目前海上风电机组的平均单机容量在3MW左右,最大已达6MW。世界海上风电总装机容量超过80万千瓦。 有余风力发电技术已经相对成熟,因此许多国家对风发电的投入较大,其发展较快,从而使风电价格不断下降。若考虑环保及地理因素,加上政府税收优惠政策和相关支持,在有些地区风力发电已可与火力发电等展开竞争。在全球范围内,风力发电已形年产值超过50亿美元的产业。 1.2我过风力发电的发展现状 我国风力发电从20世纪80年代开始起步,到1985年以后逐步走向产业化发展阶段。 自2005年起,我国风电规模连续三年实现翻倍增长。风电新增容量每年都增加超过100%,仅次于美国、西班牙,成为世界风电快速增长的市场之一。根据国家能源局2009年公布的统计数据,截止2008年底,我国风电装机容量已达1271万千瓦,居世界第4位,但是风电在我国整个电力能源结构中所占的比重仍然比较低。 我国将在内蒙古、甘肃、河北、吉林、新疆、江苏沿海等省区建设十多个百万千瓦级和几个千瓦级风电基地。根据目前国内增长趋势,预计到2020年,中国风电总装机容量将达到1.3亿~1.5亿千瓦。 2 风力发电机 2.1恒速恒频的笼式感应发电机 恒速恒频式风力发电系统,特点是在有效风速范围内,发电机组的运行转速变化范围很小,近似恒定;发电机输出的交流电能频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为鼠笼式感应发电机组。 恒速恒频式发电机组都是定桨距失速调节型。通过定桨距失速控制的风力机使发电机转速保持在恒定的数值,继而使风电机并网后定子磁场旋转频率等于电网频率,因而转子、风轮的速度变化范围较小,不能保持在最佳叶尖速比,捕获风能的效率低。 2.2变速恒频的双馈感应式发电机 变速恒频式风力发电系统,特点是在有效风速范围内,允许发电机组的运行转速变化,而发电机定子发出的交流电能的频率恒定。通常该类风力发电系统中的发电机组为双馈感应式异步发电机组。 双馈感应式发电机结合了同步发电机和异步发电机的特点。这种发电机的定子和转子都可以和电网交换功率,双馈因此而得名。 双馈感应式发电机,一般都采用升级齿轮箱将风轮的转速增加若干倍,传递给发电机转子转速明显提高,因而可以采用高速发电机,体积小,质量轻。双馈交流器的容量仅与发电机的转差容量相关,效率高、价格低廉。这种方案的缺点是升速轮箱价格贵,噪声大、易疲劳损坏。

双馈异步风力发电机(讲)

1.引言: 风力发电机组主要包括变频器,控制器,齿轮箱(视机型而定),发电机,主轴承,叶片等等部件,在这些部件中发电机目前国产化程度最高,它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包 括2种机型:永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时,不需要庞大的齿轮箱,但是机组体积和重量都很大,1.5MW 的永磁直驱发电机机舱会达到5米,整个重量达80吨。同时,永磁直驱发电机的单价较贵,技术复杂,制造困难,但是这种机型的优点是少了个齿轮箱,也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱,再带动异步发电机运行,因为叶片速度很低,齿轮箱可以变速100倍,以让风机在1500RPMF运行,目前流行的是双馈异步发电机,主要有1.25MV Y 1.5MV y 2MW三种机型,异步发电机的机组单价低,1KW大概需6000元左右,而且技术成熟,国产化高。 2.双馈异步发电机的原理: 所谓双馈,可以理解为定子、转子同时可以发出电能, 发电机原理理论上说只要有动力带动电动机,在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩(即风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱

变速,带动电机高速旋转,同时转子接变频器,通过变频器PW M控制以达到定子侧输出相对完美正弦波,同时在额定转速下,转子侧也能同时发出电流,以达到最大利用风能效果。通俗的讲,就是要变频器控制转子电流,反馈到定子上面,保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能,同时在额定转速下,转子也能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW 发电机的定子发电量大概1200KV,转子大约300KV,转子侧发出的功率要在30%以下,总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3.双馈异步发电机的设计难点: 结构设计难点:因机舱封闭体积,风机运行环境非常恶劣,需要气温-30?55度之间正常运行,希望电机尺寸尽量小,风机对发电机重量有严格要求,部分厂家对转子转动惯量也有要求。发电机需要高速运行,但振速要小,通常要小于 2.8mm/s。此外对于水冷的电机入水温度较高,需要考虑维修和维护问题!比如轴承自动加油等!还有就是,整个发电机是倾斜运行的,大概4?5度的倾斜角度,这个在结构设计时候需要考虑??大家看到发电机的轴承就知道了。 电气设计难点:风机需要效率97%以上,由于转子绕组接变频 器,接变频器就会引发谐波电流,会引起铜耗,铁耗等!此外 定子转子承受很大冲击电压,提高绕组温升问题是优先考虑, 转子电流非常大,上千安培,滑环设计也是难点!电机会有轴 电流,需要考虑绝缘问题!同时高空运行需要防雷处理!转子 绕组线规非常大,成型困难!尽量控制转子输出功率尽量小于 30%,以缩小变频器的功率。

风力发电机设计与制造课程设计

一.总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数,主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ;一般风力机组设计寿命至少为20年,这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s (对于一般变桨距风力发电机组(选 3.5MW )的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ) 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径: m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中: P r ——风力发电机组额定输出功率,取3.5MW ; ——空气密度(一般取标准大气状态),取1.225kg/m 3; V r ——额定风速,取12m/s ; D ——风轮直径; 1η——传动系统效率,取0.95; 2η——发电机效率,取0.96; 3η——变流器效率,取0.95; C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积: 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ 综上可得风轮直径D=104m ,扫掠面积A=84822 m

4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示: )()()(△t P t P t P sta t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段V(t)的平均值所对应的功率; )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的围按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式: 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率,取0.95; 2η——发电机效率,取0.96; 3η——变流器效率,取0.95; ——空气密度(一般取标准大气状态),取1.225kg/m 3; V r ——额定风速,取12m/s ; D ——风轮直径; C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。

风力发电系统的控制原理

风力发电系统的控制原理 风力涡轮机特性: 1,风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示: P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹(Betz)理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为:Cpmax=0.593。 2,叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态,用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下,输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看,对应于每个风速的曲线,都有一个最大输出功率点,风速越高,最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速,使得在所有风速下都工作于最大工作点,则发出电能最多,否则发电效能将降低。 涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关,关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比,纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中,每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线,倾角越大,曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段,其中下降段是稳定工作段(若风速和倾角不变,受扰动后转速增加,l加大,Cp减小,涡轮机输出机械功率和转矩减小,转子减速,返回稳定点。)它是工作区段。在工作区段中,倾角越大,l和Cp越小。 3,变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速,而是根据转速信号控制,因为风速信号扰动大,而转速信号较平稳和准确(机组惯量大)。 三段控制要求: 低风速段N<Nn,按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率-转速曲线的最大值点,得到PTARGET=f(n)关系,把PTARGET作为变频器的给定量,通过控制电机的输出力矩,使风力发电实际输出功率P=PTARGET。图3是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与A2点,风速增大至V2后,由于惯性影响,转速还没来得及变化,工作点从A2移至A1,这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率,机组加速,沿对应于V2的曲线向A3移动,最后稳定于A3点,风速减小至V3时的转速下降过程也类似,将沿B2-B1-B3轨迹运动。 中风速段为过渡区段,电机转速已达额定值N=Nn,而功率尚未达到额定值P<Pn。倾角控制器投入工作,风速增加时,控制器限制转速升,而功率则随着风速增加上升,直至P=Pn。 高风速段为功率和转速均被限制区段N=Nn/P=Pn,风速增加时,转速靠倾角控制器限制,功率靠变频器限制(限制PTARGET值)。 4,双馈异步风力发电控制系统

风力发电场设计技术规范----DL

风力发电场设计技术规范DL/T 2383-2007 Technical specification of wind power plant design 1. 范围本标准规定了风力发电场设计的基本技术要求。本标准适用于装机容量5MW 及以上风力发电场设计。 2. 规范性引用文件 GB 50059 35~110KV 变电所设计规范 GB 50061 66KV 及以下架空电力线路设计规范 DL/T 5092 110KV~500KV 架空送电线路设计技术规程 DL/T 5218 220KV~500KV 变电所设计技术规程 3. 总则 3.0.1 风力发电场的设计应执行国家的有关政策,符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求。 3.0.2 风力发电场的设计应结合工程的中长期发展规划进行,正确处理近期建设与远期发展的关系,考虑后期发展扩建的可能。 3.0.3 风力发电场的设计,必须坚持节约用地的原则。 3.0.4 风力发电场的设计应本着对场区环境保护的,减少对地面植被的破坏。 3.0.5 风力发电场的设计应考虑充分利用声区已有的设施,避免重复建设。 3.0.6 风力发电场的设计应本着“节能降耗”的原则,采用先进技术、先进方法,减少损耗。 3.0.7 风力发电场的设计除应执行本规范外,还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。 4. 风力发电场总体布局 4.0.1 风力发电场总体布局依据:可行性研究报告、接入系统方案、土地征占用批准文件、地质勘测报告、环境影响评价报告、水土保持评价报告及国家、地方、行业有关的法律、法规等技术资料、 4.0.2 风力发电场总体布局设计应由以下部分组成: 1.风力发电机组的布置 2.中央监控室及场区建筑物布置 3.升压站布置。 4.场区集电线路布置 5.风力发电机组变电单元布置 6.中央监控通信系统布置 7.场区道路

风力发电控制系统

贝加莱风力发电控制系统 2009-05-18 09:24 1、蓬勃发展的风电技术 风力发电正在中国蓬勃发展,即使在金融危机的大形势下,风力发电行业仍然不断的加大投资。在2008年,风力发电仍然保持着30%以上的强劲增长势头,包括Vestas、Gemsa、GE、国内的金风科技、华锐、运达工程等其订单交付已经到2011年后。 国内的风力发电控制技术起步较晚,目前的控制系统均是由欧洲专用控制方案提供商提供的专用系统,价格高昂且交货周期较长。开发自主知识产权的控制系统必须要提上日程,一方面,由于缺乏差异化而使得未来竞争中的透明度过高,而造成陷入激烈的价格竞争,另一方面,寻找合适的平台开发自主的风电控制系统将使得制造商在未来激烈竞争中获得先手。 然而,风电控制系统必须满足风电行业特殊的需求和苛刻的指标要求,这一切都对风力发电的控制系统平台提出了要求,而B&R的控制系统,在软硬件上均提供了适应于风力发电行业需求的设计,在本文我们将介绍因何这些控制器能够满足风力发电的苛刻要求。 2、风力发电对控制系统的需求 2.1高级语言编程能力 由于功率控制涉及到风速变化、最佳叶尖速比的获取、机组输出功率、相位和功率因素,发电机组的转速等诸多因素的影响,因此,它包含了复杂的控制算法设计需求,而这些,对于控制器的高级语言编程能力有较高的要求,而B&R PCC产品提供了高级语言编程能力,不仅仅是这些,还包括了以下一些关键技术: 2.1.1复杂控制算法设计能力 传统的机器控制多为顺序逻辑控制,而随着传感器技术、数字技术和通信技术的发展,复杂控制将越来越多的应用于机器,而机器控制本身即是融合了逻辑、运动、传感器、高速计数、安全、液压等一系列复杂控制的应用,PCC的设计者们很早就注意到这个发展方向而设计了PCC 产品来满足这一未来的需求。 为了满足这种需求,PCC设计为基于Automation Runtime的实时操作系统(OS)上,支持高级语言编程,对于风力发电而言,变桨、主控逻辑、功率控制单元等的算法非常复杂,这需要一个强大的控制器来实现对其高效的程序设计,并且,代码安全必须事先考虑,以维护在研发领域的投资安全。 2.1.2功能块调用 PCC支持PLCopen Motion、PLCopen Safety和PLCopenHydraulic库

双馈风力发电机工作原理

双馈异步风力发电机工作原理 我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机,由于其定、转子都能向电网馈电,故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴,但是由于其有独立的励磁绕组,可以像同步电机一样施加励磁,调节功率因数,所以又称为交流励磁电机,也有称为异步化同步电机。 同步电机由于是直流励磁,其可调量只有一个电流的幅值,所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个:一是可调节励磁电流幅值;二是可改变励磁频率;三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量,通过改变励磁频率,可改变电机的转速,达到调速的目的。这样,在负荷突变时,可通过快速控制励磁频率来改变电机转速,充分利用转子的动能,释放或者吸收负荷,对电网扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时,由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移,这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位置,也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可以调节无功功率,也可以调节有功功率。 双馈电机的定转子绕组均为对称绕组,电机的极对数为 p,根据旋转磁场理论,当定子对称三相绕组施以对称三相电压,有对称三相电流流过时,会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场,这个旋转磁场的转速 n1称为同步转速,它与电网频率 f1 及电机的极对数 p的关系如下:

P f n 1 160= 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 2 的三相对称电流,所 产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为: P f n 2260= 由上式可知,改变频率 f 2,即可改变 n 2,而且若改变通入转子三 相电流的相序,还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此,若设n 1 为对应于电网频率为50Hz 时双馈发电机的同步转速,而n 为电机转子本身的旋转速度,则只要维持n ±n2=n1=常数,则双馈电机定子绕组的感应电势,如同在同步发电机时一样,其频率将始终维持为f 1 不变。 n ±n2=n1=常数 双馈电机的转差率 11n n n S -= ,则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为: 11 11122606060sf n n n Pn n n P Pn f =-=-==)( 根据上式表明:在异步电机转子以变化的转速转动时,只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率(即f 1S )的电流,则在双馈电机 的定子绕组中就能产生50Hz 的恒频电势。所以根据上述原理,只要控制好转子电流的频率就可以实现变速恒频发电了。 根据双馈电机转子转速的变化,双馈发电机可有以下三种运行状态: (1) 亚同步运行状态。在此种状态下n

风力发电控制技术

风力发电及其控制技术 摘要: 风力发电是将风能转换成电能,风能推动叶轮旋转,叶轮带动转动轴和增速机,增速机带动发电机,发电机通过输电电缆将电能输送地面控制系统和负荷。风力发电技术是一项多学科的,可持续发展的,绿色环保的综合技术。风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术,这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的,风力发电机组的切入(电网)和切出(电网)、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时,风力资源丰富的地区通常都是海岛或边远地区甚至海上,分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控,这就对风力发电机组的控制系统的可靠性提出了很高的要求 一、风电控制系统简述 风电控制系统包括现场风力发电机组控制单元、高速环型冗余光纤以太网、远程上位机操作员站等部分。现场风力发电机组控制单元是每台风机控制的核心,实现机组的参数监视、自动发电控制和设备保护等功能;每台风力发电机组配有就地HMI人机接口以实现就地操作、调试和维护机组;高速环型冗余光纤以太网是系统的数据高速公路,将机组的实时数据送至上位机界面;上位机操作员站是风电厂的运行监视核心,并具备完善的机组状态监视、参数报警,实时/历史数据的记录显示等功能,操作员在控制室内实现对风场所有机组的运行监视及操作。风力发电机组控制单元(WPCU)是每台风机的控制核心,分散布置在机组的塔筒和机舱内。由于风电机组现场运行环境恶劣,对控制系统的可靠性要求非常高,而风电控制系统是专门针对大型风电场的运行需求而设计,应具有极高的环境适应性和抗电磁干扰等能力。 风电控制系统的现场控制站包括:塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。 风力发电的基本原理 风能具有一定的动能,通过风轮机将风能转化为机械能,拖动发电机发电。 风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋 转,再通过增速器将旋转的速度提高来促 使发电机发电的。依据目前的风车技术, 大约3m/s的微风速度便可以开始发电。风 力发电的原理说起来非常简单,最简单的 风力发电机可由叶片和发电机两部分构成 如图1-1所示。空气流动的动能作用在叶 轮上,将动能转换成机械能,从而推动片 叶旋转,如果将叶轮的转轴与发电机的转

风力发电场课程设计报告

一、课程设计的目的和任务 根据《风力发电场》课程中第二章的内容,学习使用WAsP、WINDFARMER等软件,掌握风电场风能资源评估和微观选址的原理及方法,熟练掌握相关软件的使用方法。 二、课程设计的内容和要求 根据风场测风数据及地形图,分别使用WAsP和WINDFARMER软件,进行风资源评估和微观选址。具体包括: 1、对给定的风场测风数据进行处理,制作地形图(北京市及其周边地区);(Global Mapper、谷歌地球、AutoCAD) 2、使用经过处理后的测风数据,进行风资源评估,得到风图谱;(WAsP) 3、依据微观选址的基本原则,进行优化布机;(WAsP、WINDFARMER) 4、对两套不同软件的计算结果进行对比分析; 5、撰写设计报告。 三、课程设计进度安排 共两周,10天的时间,具体安排如下: 第1-2天:数据处理; 第3-5天:学习WAsP软件的使用方法,并对给定的任务进行计算; 第6-7天:学习WINDFARMER软件的使用方法,并对给定的任务进行计算; 第8-9天:整理计算结果,撰写设计报告; 第10天:考核。 四、实验内容 1、宏观选址及制作地形图 使用谷歌地球进行宏观选址,经过小组讨论,选择了一块山谷里的平地作为宏观场址,见图1 图1

进入网址:https://www.360docs.net/doc/3c2549444.html,/SELECTION/inputCoord.asp ,下载高程数据SRTM_60_04 和SRTM_60_05,用Global Mapper 打开,并修改投影方式,如图2 在宏观场址内选定一点,用Excel 制作 Global Mapper 的csv 定点文件,如图3 图 2 图 3

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