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  文章標(biāo)題:并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究綜述
回復(fù)文章
作者:vivan2254  發(fā)表時(shí)間:2010-6-2 15:03:57
并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究綜述
李珂
(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,北京102206
 
 
摘要:概述了并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本工作原理、工作方式和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性,在此基礎(chǔ)上,闡述了并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的典型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),及其工作原理和控制方法,并比較了不同拓?fù)湎嘛L(fēng)電系統(tǒng)的效率,最后指出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及今后的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電;發(fā)電機(jī);電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);并網(wǎng)控制
中圖分類(lèi)號(hào):tm351    文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a    文章編號(hào):1001-6848(2010)02_0083_04
0引言
    風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型化和其控制技術(shù)。大型化有利于提高風(fēng)能利用效率,降低單位功率造價(jià);控制技術(shù)的提高則主要由于電力電子技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制技術(shù)的引入,人們對(duì)其變流電路和整機(jī)控制系統(tǒng)的研究。隨著并網(wǎng)機(jī)組需求持續(xù)增長(zhǎng),生產(chǎn)量上升,機(jī)組更新?lián)Q代,單機(jī)容量提高,機(jī)組性能優(yōu)化,故障降低,生產(chǎn)成本將會(huì)越來(lái)越低,風(fēng)電必將具備與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的能力。
1并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電基本原理和特性
1.1原理
  并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的基本原理是:風(fēng)輪機(jī)利用葉輪旋轉(zhuǎn),從風(fēng)中吸收能量,將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,葉輪通過(guò)一增速齒輪箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)(直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無(wú)此環(huán)節(jié)),發(fā)電機(jī)再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并入電網(wǎng)供用戶(hù)使用。并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)一般為水平軸式。水平軸式風(fēng)機(jī)在其槳葉正對(duì)風(fēng)向時(shí)才旋轉(zhuǎn),根據(jù)風(fēng)向,由偏航系統(tǒng)控制風(fēng)機(jī)迎風(fēng)。對(duì)于變槳矩機(jī)組,還需要一套變槳矩系統(tǒng),主要有液壓型與電氣傳動(dòng)型兩類(lèi)。前者適合在大中型機(jī)組中應(yīng)用,后者具有可靠性高和槳葉獨(dú)立可調(diào)的特點(diǎn)。
l。2空氣動(dòng)力學(xué)特性
  風(fēng)機(jī)輸出的功率和機(jī)械轉(zhuǎn)矩是隨風(fēng)速的變化而不斷變化的,其關(guān)系式可表示為:
式中,p為風(fēng)輪輸出功率;cp=f(λ,α)為風(fēng)輪的利用系數(shù);a=πr2為風(fēng)輪掃掠面積;ρ為空氣密度;u為風(fēng)速;r力風(fēng)輪半徑;λ=ωr/v為葉尖速比;ω為風(fēng)輪機(jī)械角速度;α為風(fēng)機(jī)槳矩角;t為機(jī)械轉(zhuǎn)矩。
    由上式可知,假設(shè)空氣密度p、風(fēng)輪掃風(fēng)面積a和風(fēng)速v不變,則風(fēng)機(jī)所獲得的機(jī)械能只為風(fēng)能利用系數(shù)cp的函數(shù),且cp僅為風(fēng)力機(jī)的葉尖速比a和風(fēng)機(jī)槳矩角α的函數(shù)。不同的風(fēng)機(jī),其函數(shù)關(guān)系不同。-一種典型風(fēng)機(jī)的cp與a和α的函數(shù)關(guān)系
如圖1所示。
    由此可見(jiàn),對(duì)于一臺(tái)確定的風(fēng)力機(jī),槳葉不變時(shí),風(fēng)機(jī)槳矩角α不變,風(fēng)速v與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速ωm相對(duì)應(yīng),才能保證葉尖速比λ總為****葉尖速比λopt并使得c為****cmaxp為****pmax而此時(shí)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩r為****轉(zhuǎn)矩topt。
   
2并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作方式及比較
    并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有恒速恒頻( cscf)和變速恒頻( vscf)兩種工作方式l6i。cscf方式下,隨著風(fēng)速的變化,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定,輸出電能頻率恒定,其發(fā)電效率較低,而且由于機(jī)械承受應(yīng)力較大,相應(yīng)的裝置成本較高。vscf方式下,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的變化而變化,實(shí)現(xiàn)了不同風(fēng)速下的高效發(fā)電,在低風(fēng)速下,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)下降,從而使系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力和裝置成本都大大降低。
    圖2為槳矩角一定時(shí),不同風(fēng)速下的風(fēng)力機(jī)功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線(xiàn)。其中風(fēng)速vl> v2 >v3。若風(fēng)機(jī)工作在cscf方式下,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為002恒定,風(fēng)速變化時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行在圖中的c、d、e點(diǎn),顯然只有:風(fēng)速下,系統(tǒng)獲取的風(fēng)能****;當(dāng)風(fēng)機(jī)工作在vscf方式下,即風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化時(shí),系統(tǒng)可以運(yùn)行在b、d、f焦,即不同風(fēng)速下系統(tǒng)都可以獲取****風(fēng)能。因此,vscf方式下風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于cscf方式。
3并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1拓?fù)湟唬猴L(fēng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)雙速異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行
    雙速異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)多采用晶聞管軟并網(wǎng)方法來(lái)限制并網(wǎng)瞬間的沖擊電流,同時(shí)也在低速(低功率

 

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