风力发电-双控讲座.ppt

风力发电系统的技术发展研讨,学术研讨四,一、风力发电的背景与意义二、兆瓦级风电机组的主要机型三、兆瓦级风电机组的关键技术四、风力发电的最新技术,研讨内容,一、风力发电的背景与意义,风能不仅储量大，可利用率高，清洁环保，而且技术日趋成熟，便于大规模开发使用。受石化能源日趋枯竭、能源供应安全和保护环境等的驱动，世界许多国家都在重视风能的开化利用。风力发电是目前我国可供商业化、产业化投资的重要领域，国家在这方面在政策上也给予了大力扶持。积极开发风能等可再生能源，调整我国能源结构，走可持续能源发展道路，具有重要的能源战略意义。,1.1开发风能资源具有重要的能源战略意义,风力发电的背景与意义,世界风能资源十分丰富。世界气象组织（WMO）估计地球上海洋和陆地的风能源约为200亿kW，其中陆地约占一半。如果这些风全部得到利用，发出的电力相当于地球上可利用水资源发电量的10倍。风力发电技术在当今世界上已相当成熟，已具有同燃煤、燃油、水电、核电等发电技术相竞争的技术经济性。近年来，风电增长十分迅速。1990年以来，全球风力发电装机年平均增长率超过20％。预计2010年达120000MW，2020年可提供世界电力需求的12。,1.2国外风电发展概况,当前国外风电市场上的主力机型是1MW～2MW。MW级的风电机组装机容量占到了总装机容量的60％以上，单机容量逐步增大已成为国际风电市场发展的必然趋势。德国、丹麦、美国、荷兰和印度风电装机总容量走在世界前列，现欧洲主流机组容量已是2MW，已商业运行的最大单机容量是3MW，6MW的样机进入试验阶段。海上风能资源丰富，开发海上风电资源是一种趋势。目前海上风电场的开发大部分在欧洲的丹麦、德国、荷兰、英国、瑞典、爱尔兰等欧洲国家。,风力发电的背景与意义,风力发电的背景与意义,,世界风力发电设备容量增长情况,我国风能资源非常丰富。据专家预测，我国陆地可开发和利用的风能储量约为2.5亿kW，海上可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计约10亿kW。每年可供电量约为20000亿千瓦时。我国风电开发的空间十分巨大。目前，风力发电只占在全国电力装机总容量的0.11。而根据国家发改委的长期产业规划，2020年3000万kW，占全国电力总装机的2。,1.3国内风电发展情况,风力发电的背景与意义,风力发电的背景与意义,国内风电装机容量的增长情况,我国风电的开发历程中国现代风电技术的开发利用始于20世纪70年代，0.1～15kW离网型风力发电机开始试验、示范、应用推广。“六五”、“七五”、“八五”期间，国家和地方政府把22kW、30kW、55kW、75kW、120kW、200kW风电机组列入重点科技攻关项目，但由于诸多原因，都未商业化运行。规模化的风力发电场80年代后期投入运行。,风力发电的背景与意义,风力发电的背景与意义,“九五”期间，并网型风电机组得到快速发展。定桨距失速型200kW、250kW、300kW、600kW风电机组；变桨距双速型600kW风电机组；“十五”期间，国家提出研制“兆瓦级风电机组”的攻关目标。90年代定桨距失速型风电机组为主导机型，现在向变速变距型兆瓦级风电机组为主流机型的方向发展。,我国风电发展的模式技术引进、自主研发、合资办厂、合作办厂。目前国产风力发电机组整机生产厂家有新疆金风科技，浙江运达、航天万源等占国内风机市场的27，其余均从国外进口。近年来，国内涌现了很多合资公司和生产风机的厂家，如华锐科技、航天安迅能、湘潭电机集团、哈电集团等。国内风力发电机的生产配套厂家主要有兰州电机、永济电机、湘潭电机、株洲南车电机等厂家。,风力发电的背景与意义,二、兆瓦级风电机组机型,2.1、定桨定速型发电机组,双速（6极4极）双压（Y接法△接法）采用此方案的公司金风科技、浙江运达，德国VESTAS,印度SUZLON.,兆瓦级风电机组机型,异步风力发电机,双速异步风力发电机4极/6极600KW/125KW单速异步风力发电机4极750、800、850、1300KW特点结构简单，并网方便；功率因数低，捕捉风能效果较差；,兆瓦级风电机组机型,异步发电方式异步鼠笼发电机四象限变流器双馈发电方式双馈标准型/双馈无刷型同步发电方式永磁同步电动机,2.2、变桨变速型发电机组,兆瓦级风电机组机型,异步鼠笼发电机四象限变流器,异步发电方式,兆瓦级风电机组机型,异步发电方式的特点通过改变定子侧同步频率的方式实现并网发电；无滑环，可靠运行，长寿命，适合于海上风电场；发电机价格低廉；低速时可电动运行。,兆瓦级风电机组机型,,绕线型双馈风力发电系统,双馈标准型,兆瓦级风电机组机型,,双馈标准型风力发电系统装置,兆瓦级风电机组机型,双馈标准型绕线型双馈风力发电机,四极850、1500、2000、2500KW,速度范围1000－2000RPM六极850、1500、2000KW,速度范围800－1600RPM特点功率因数可调，从0.9滞后－0.9超前;变速恒频恒压发电;捕捉风能效果较优;控制较复杂;,兆瓦级风电机组机型,双馈无刷发电机型,兆瓦级风电机组机型,永磁同步发电机型直驱型风电机组半直驱型风电机组多发电机型机组,同步发电型,兆瓦级风电机组机型,1.Rotorblade2.Casthub3.Pitchdrive4.Generatorrotor5.Generatorstator6.Azimuthdrive7.Anemometer8.Mainframe9.Tower10.Auxiliarycrane,直驱型风电机组装置,兆瓦级风电机组机型,直驱型风电机组,兆瓦级风电机组机型,直驱型风电机组控制图,永磁同步风力发电机,极数多达100多极，功率在1WM-5WM。特点效率高；实现直接驱动，省掉齿轮箱，可靠性高；与全功率的变换器配合可以实现变速恒频发电；风能捕捉效果优；电机体积大，成本高；,兆瓦级风电机组机型,,半直驱型风电机组,,一级行星齿轮箱91发电机转速190rpm；极数72极。,半直驱型风电机组装置图,兆瓦级风电机组机型,半直驱型风电机组,兆瓦级风电机组机型,多发电机型机组,６个500ＫＷ３２５rpm永磁同步发电机,兆瓦级风电机组机型,多发电机型装置图,兆瓦级风电机组机型,5.1双馈风电机组的关键技术兆瓦级双馈式发电机关键技术兆瓦级双馈式风电机组控制系统及变流器关键技术,三、兆瓦级风电机组的关键技术,,双馈型风电机组的控制原理图,兆瓦级风电机组的关键技术,兆瓦级双馈式发电机关键技术,兆瓦级双馈式发电机的电磁分析、性能优化设计（大容量，高效率；高压型双馈发电机的设计；转子绝缘可靠性技术；电机结构优化及散热技术；,电机参数和变流器参数的匹配；满功率发电机试验平台建设。,兆瓦级风电机组的关键技术,网侧变流器的控制技术；电机侧变流器的控制技术；并网控制技术；谐波抑制和滤波技术。,兆瓦级风电机组的关键技术,兆瓦级双馈式风电机组控制系统及变流器关键技术,兆瓦级风电机组的关键技术,5.2直驱型风电机组的关键技术,直驱式永磁发电机关键技术直驱式变速恒频风电机组变流器控制及其关键技术,直驱型风电机组的控制原理图,稀土永磁电机磁路结构和设计计算；电机结构优化及散热技术；永磁材料抗去磁能力及寿命稳定性检测技术；大型稀土永磁电机的制造工艺；满功率发电机试验平台建设。,兆瓦级风电机组的关键技术,直驱式永磁发电机的研制及产业化中的关键技术,最大风能捕获技术；有功无功解藕控制技术；谐波抑制与滤波技术；并网控制技术；全功率控制系统及变流器试验平台建设。,直驱式风电机组变流器控制及其关键技术,兆瓦级风电机组的关键技术,四、风力发电的最新技术,高压大容量大型风力发电技术风电场静态无功补偿技术复合励磁永磁风力发电技术轻型直流输电风力发电技术大电网故障时风力发电的应对策略弱电网时风力发电机的控制技术分布式风力发电技术,主要包括,,4.1高压大容量大型风力发电技术,风力发电的最新技术,采用高压电机，如定子为10KV的高压电机，直接并网。增大单机容量。减轻单位千瓦重量、提高转换效率。,风力发电的最新技术,4.2风电场静态无功补偿技术SVC,风力发电的最新技术,,风力发电的最新技术,4.3复合励磁永磁风力发电技术,,兆瓦级复合永磁励磁风力发电系统结构原理图,风力发电的最新技术,大型复合励磁永磁风力发电机的设计和优化；大型复合励磁永磁风力发电机的制造工艺；大型复合励磁永磁风力发电机励磁控制器的研制；大型复合励磁永磁风力发电机的试验技术。,复合励磁风力发电系统中的关键技术,风力发电的最新技术,4.4轻型直流输电风力发电技术（主要用于海上风电场）,风力发电的最新技术,大型风力发电场的建模；大型风电场的调度控制策略与方法；大型风电场对电网运行稳定性和电能质量的影响；高压直流换流器的功率器件串联技术；轻型直流输电风力发电系统网侧变换器的动态控制；多电平电压型功率变换器的PWM控制技术；,轻型直流输电关键技术关键技术,风力发电的最新技术,4.5大电网故障时风力发电的应对策略,按欧洲UCTE（TheUnionfortheco-ordinationofTransmissionofElectricity）最新标准。电网由于某种原因电压跌落至90以下时，风力发电机应承受短时的过载，不能立即从电网切离。,风力发电的最新技术,变流器功率器件余量选择变流器或风电场应无功功率控制技术变流器在较低电压下运行控制技术电网短路后恢复时的过电压控制利用风轮的转动惯性能量和变流器的限流特性,风力发电的最新技术,大电网故障时风力发电的应对策略和技术,4.6弱电网时风力发电机的控制技术,风力发电的最新技术,弱网时ZN,,或ZL,,,导致UL,,策略当发现风电场电网电压是由于风力机出力而升高时，应进入风机限功率（调桨）运行，确保弱电网时电压升高在允许值范围。,风力发电的最新技术,分布发电技术在用户端或附近，采用各种能源发电，实现多能源的容错，以保证能源最大限度的综合利用。,小型、微型燃气轮机,燃料电池,往复式发动机,小型水轮机,太阳能光伏发电,风力发电,斯特林发动机,太阳能热发电、地热发电,蓄电池（BESS）,小型抽水蓄能电站,核超导贮能SMESS,飞轮FWESS,4.7分布式风力发电技术,风力发电的最新技术,异步发电机与油机分布发电,风力发电的最新技术,风光油蓄分布发电系统,风力发电的最新技术,