《电机学复习》PPT课件.ppt

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1、电机学复习,华北电力大学控制科学与工程学院,吕 跃 刚,一、变压器空载运行,电机学基础,有功功率：一次侧吸收功率“电动机惯例”二次侧发出功率“发电机惯例”无功功率：一次侧吸收滞后性（感性）无功 二次侧发出滞后性（感性）无功电压、电流、磁通符合右手定则空载（励磁）电流 的磁动势 是空载磁动势 产生的，且设：,i2,e2,u2,i1,e1,u1,i0,ZL,令，相量形式：,即电动势滞后磁链900,铁芯存在磁滞与涡流，产生铁损，同时使磁通滞后励磁电流 角度。励磁电流无功分量产生磁通；有功分量是铁损与铜损。,等效电路：,R1铜损、X1漏抗、Rm铁损、Xm励磁电抗由于铜铁损很小，励磁电抗远大于漏抗，因此

2、：U1E1,其中：r1=线圈长度/（磁导率线圈面积）,相量图：,一、变压器负载运行,电机学基础,负载：,回路总的磁动势：,合成磁动势产生励磁磁动势。此时，虽然I0变为I1，但R1太小，U1E1，F0变化不大。,磁动势平衡方程,其中：,，,一、二次电压与电流的关系：,等效电路：,折合前后有功/无功功率、功率因数不变：,交流电枢绕组的磁动势,电机学基础,+A,展开,A,X,转子,定子,A,X,0,A,1、磁动势的表示方法：,2、傅里叶变换后，基波磁动势3、交变电流产生脉振磁动势：设AX中通入基波磁动势 既是空间函数，又是时间函数4、脉振磁动势可分解为两个旋转磁动势即可分解为气隙内正反转的两个磁动势

3、。5、用空间矢量表示的空间正弦分布（基波）磁动势,注：磁动势NI主要消耗在气隙上,空间电角度,三次谐波磁动势,j,j,j,j,i,i,i,i,FK1,FK1,FK1,FK1,FK1,FK1,FK1,FK1,F”K1,F”K1,F”K1,F”K1,t=0o,t=60o,t=90o,t=120o,三相磁动势,第一章 电机学基础,三相电流：,三相基波磁动势：,三个反向旋转磁动势相加为零，剩下的三个正向磁动势叠加。与单相脉振磁动势比，三相为旋转磁动势。振幅不变，顺ABC正相序方向，旋转角速度F1的瞬时位置可由 决定，且某相电流达到最大值时，F1位于该相轴线上。高次谐波：3次及3的倍频相互抵消，5次谐波

4、以 朝反向旋转，幅值为基波的五分之一 7次谐波以 朝正向旋转，幅值为基波的七分之一,验证t=240o时：,一、变压器负载运行,第一章 电机学基础,一、变压器负载运行,第一章 电机学基础,一、变压器负载运行,第一章 电机学基础,一、变压器负载运行,第一章 电机学基础,一、变压器负载运行,第一章 电机学基础,第一章 绪 论,二、风力发电机组的主要类型与控制要求,定桨距失速型机组监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；自动相位补偿；监视机组的运行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、发电量等机组运行数据。全桨叶变距型机组监控系统任务：控制风力发电机并网与脱网；优化功率曲线

5、；监视机组的运行状态、电网状况与气象情况；异常工况保护停机；产生并记录风速、功率、发电量等机组运行数据。基于变速恒频技术的变速型机组监控系统任务除去上述功能外主要包括：基于微处理器及先进IGBT电力电子技术的发电机转子变频励磁；脉宽调制技术产生正弦电压控制发电机输出电压与频率质量；低于额定风速的最大风能（功率）控制与高于额定风速的恒定额定功率控制。,第一章 绪 论,三、风力发电机组的控制技术,定桨距失速型机组解决了风力发电机组的并网问题和运行安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术。固定的节距角及电网频率决定的转速，简化了控制与伺服驱动系统。全桨叶变距型机组启

6、动时可进行转速控制，并网后可进行功率控制。电液伺服机构与闭环变距控制提高了机组效率。基于变速恒频技术的变速型机组采用变速风力发电机。根据风速信号控制，低于额定风速跟踪最佳功率曲线，高于额定风速柔性保证额定功率输出。改善了高次谐波对电网影响，提高了功率因数，高效高质地向电网供电。,习题：各不同类型机组的控制技术有何功能特点。,第一章 绪 论,图中看出，系统的特性除了与机组特性有关外，还受控制器影响。运行中控制器可改变功率输出，风能看成是扰动。,四、风力发电机组的控制特性,第一章 绪 论,五、风力发电机组的控制系统结构,用户界面,输入用户指令，变更参数显示系统运行状态、数据及 故障状况,发电机控制

7、,软并网变频器励磁调节,主控制器,运行监控，机组起/停电网、风况监测,无功补偿,根据无功功率信号分组切入或切出补偿电容,变距系统,转速控制功率控制,液压系统,刹车机构压力保持变距机构压力保持,制动系统,机械刹车机构气动刹车机构,调向系统,偏航自动解除电缆缠绕,习题：通过对控制系统结构的了解，回答控制系统主要包括那些功能？,第二章 风力机控制基础,气流动能为 m 空气质量，v 气流速度密度为的气流过面积 S 的气体体积为 V，M=V=Sv则单位时间内气流所具有的动能为理想风轮与贝兹（Betz）理论：前后空气体积相等：S1v1=Sv=S2v2根据牛顿第二定律，单位时间内风轮上的受力 F=mv1-m

8、v2=Sv(v1-v2)风轮吸收的功率P=Fv=Sv2(v1-v2)风轮吸收的功率又等于风轮前后动能（单位时间）的变化：令两式相等，得 经过风轮风速变化产生的功率为其最大功率可令 得，代入后得到的最大理想功率为与气流扫掠面积风的能量相比，可得风力机的理论最大效率：,一、1、风力机能量转换过程,1、风能利用系数：风力机的实际功率其中CP为风能利用系数，它小于0.5972、叶尖速比为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片圆周速度与风速比来衡量，称叶尖速比,一、2、风力机的主要特性系数,第二章 风力机控制基础,1、桨叶的翼型,二、1、桨叶的几何参数与空气动力特性,功角,升力角,零升力角,风向,弦长,A

9、,B,攻角：来流方向与弦线的夹角零升力角：弦线与零升力线夹角升力角：来流方向与零升力线夹角,2、桨叶上的气动力,总的气动力，S 桨叶面积，Cr 总气动系数,C,压力中心,升力，与气流方向垂直，Cl 升力系数,阻力，与气流方向平行，Cd 阻力系数,相对前缘点由F产生的力矩，,Cd、Cl 是由设计的叶片决定的固有参数，也是气动力计算的原始依据。,第二章 风力机控制基础,二、2、升力和阻力的变化曲线,-30o-20o-10o 0o 10o 20o 30o 40o,0.80.60.40.2,-0.2,升力系数与阻力系数是随攻角变化的升力系数随攻角的增加而增加，使得桨叶的升力增加，但当增加到某个角度后升

10、力开始下降；阻力系数开始上升。出现最大升力的点叫失速点。截面形状（翼型弯度、翼型厚度、前缘位置）、表面粗糙度等都会影响升力系数与阻力系数。对有限长桨叶，叶片两端会产生涡流，造成阻力增加，,第二章 风力机控制基础,三、旋转桨叶的气动力（叶素分析）,风向,v,-u,w,运动旋转方向,安装角（节距角）：回转平面与桨叶截面弦长的夹角,倾斜角,相对速度,驱动功率dPw=dT,风输入的总气动功率P=vFa旋转轴得到的功率Pu=T风轮效率=Pu/P,第二章 风力机控制基础,第二章 风力机控制基础,四、简化风力机理论（1）,1、基本关系的确定,贝兹理论最佳状态下r,r+dr一段截面受的轴向推力,第一种方法：,

11、此时，功率最大。叶素的推力可写为,第二种方法：,v,-u,w,倾斜角,相对速度,dF,dL,dD,dFa,dFu,I-,B个叶片投影到轴向的推力dFa为:,a,令两式相等，得,即,最佳运转条件下，v=2/3 v1,即,因此上式可写成：,因tan=dD/dL=Cd/Cl很小,叶尖速比o确定后,即,第二章 风力机控制基础,四、简化风力机理论（2）,与设计有关的几个问题：1、如安装角确定了，攻角也即确定了（=I-），由翼型气动力曲线即可确定升力系数Cl。叶片数给定后，Clbl表达式可确定r为变量的叶片截面弦长。2、r增加，l减少。所以叶片由根部向尖部逐渐变窄。3、叶尖速比o增加，即风轮的额定转速高，

12、l越小，重量越轻。4、风力发电机组的沿叶片Cl不一定保持常数。,气动效率和最佳攻角1、气动效率：,埃菲尔极线（Eiffel Polar）,0 4 8 12 16,1.2,-0.4,0.4,0.8,dr段叶片产生的风轮功率,流过dr段叶片的风的功率,因轴向推力 旋转推力 倾斜角 及所以，效率,即当,较小时，效率较高,M,第二章 风力机控制基础,五、涡流理论（诱导速度的确定）,风轮旋转时，在风轮下游存在尾迹涡流。该气流以一个与叶片旋转方向相反的方向绕自己的轴旋转，速度为，则风轮下游气流旋转速度相对叶片为+=h,h叫周向速度因子。,在风轮平面内，气流速度为下游的1/2（贝兹理论），所以相对叶片气流旋

13、转速度为：,半径r处的圆周速度为,。说明风轮转速低于气流的转速。,令,k为轴向速度因子，则风轮处的轴向风速为,风轮半径r处的倾角：,（风轮降低了迎风气流、增加了旋转气流）,此时作用于风轮的相对风速与轴向风速、风轮转速的关系为：,第二章 风力机控制基础,五、涡流理论（轴向推力和转矩计算）,r，r+dr的受力：方法一：如前分析已知轴向推力为,其中,气动力矩为,方法二：由动量关系可得,结果：将两种方法对比，并用v1表示w1得：,式子给出了风轮几何尺寸、气动参数与速度因子之间的关系。,2-58,2-59,第二章 风力机控制基础,五、涡流理论（当地功率因数）,流经环型面积（r、r+dr）的气流中获得的最

14、大功率为：,对应的当地功率因数：,对于Cd=0的无阻力、无限多叶片理想风机，,令前5-58、5-59相等可推得：,因此Cp可写成：,当,时，可得与k的关系式,即对每个值，可确定k，进而可求得Cp的最大值。,小结：对给出的，可得,第二章 风力机控制基础,五、涡流理论（考虑阻力时的当地功率系数）,当地功率因数可进一步表示为：,将dFa、dFu、v代入并代以下关系式描述：,得到：,当tan=0时，式子第一项表示理想风机的功率因数。图中表示无限叶片数，以为函数，不同Cd/Cl下所能达到的最大功率系数值。对给定的叶尖速比，tan较低时，功率系数较高。埃菲尔极线中tan最小值点的功率系数最大。图中表明，高

15、叶尖速比时低粗糙度叶片的特性好。红线为3叶片的功率系数曲线（参考），,Cl/Cd,10,第二章 风力机控制基础,五、涡流理论（叶片数的影响及实际风力机Cp曲线）,有限叶片数由于较大的涡流影响将造成一定的能量损失，使风力机效率有所下降。实际风力机曲线如下图所示：,Betz极限,理想的Cp曲线,实际的Cp曲线,失速损失,型阻损失,0,第三章 定桨距风力发电机组,一、定桨距风力发电机组的特点,1、风轮结构主要特点：桨叶与轮毂的连接是固定的，桨叶的迎风角度不随风速变化而变化。需解决的问题：高于额定风速时桨叶需自动将功率限制在额定功率附近（失速特性）。脱网（突甩负荷）时桨叶自身具备制动能力。添加了叶尖扰

16、流器，降低机械刹车结构强度，2、桨叶的失速调节原理因桨叶的安装角不变，风速增加升力增加升力变缓升力下降阻力增加叶片失速叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。失速部分功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。3、叶尖扰流器叶尖部分可旋转的空气阻尼板，正常运行时，在液压控制下与叶片成为整体，风力机脱网时液压控制指令将扰流器释放并旋转80o90o，产生阻力停机，即产生空气动力刹车。空气动力刹车是按失效思想设计，即起到液压系统故障时的机组停机保护。4、双速发电机,小发电机功率曲线,大发电机功率曲线,切换点,风速,功率,如6极200kW和4极750kW

17、,P1,P2,第三章 定桨距风力发电机组,一、定桨距风力发电机组的特点,5、功率输出功率的输出主要决定于风速，叶片的失速特性功率曲线是在标准空气密度=1.225kg/m3测出的，一般温度变化10oC，空气密度变化4%。因此气温升高，密度下降，输出功率减少。750kW机组可能会出现3050kW的偏差，因此冬季与夏季应对安装角各作一次调整。6、节距角与额定转速的设定对功率输出的影响由于机组的桨叶节距角和转速都是固定不变的，使机组功率曲线上只有一点有最大功率系数。额定转速低的机组，低风速下有较高的功率系数；额定转速高的机组。即为双速电机依据。设计的最大功率系数并不出现在额定功率上，因风力发电机并不经

18、常工作在额定风速点。定桨距风力发电机应尽量提高低风速的功率系数和考虑高风速的失速性能。节距角的改变对功率的影响如下图，它主要改变了桨叶对气流的失速点，这是随空气密度调整节距角的依据。,功率/kW,第三章 定桨距风力发电机组,二、定桨距风力发电机组的基本运行过程,1、待机状态风速v3m/s但没达到切入转速或机组从小功率切出，没有并网的自由转动状态。控制系统做好切入电网的准备；机械刹车已松开；叶尖阻尼板已收回；风轮处于迎风状态；液压系统压力保持在设定值；风况、电网和机组的所有状态参数检测正常，一旦风速增大，转速升高，即可并网。2、风力发电机组的自启动及启动条件机组在自然风作用下升速、并网的过程。需

19、具备的条件为：电网：连续10分钟没有出现过电压、低电压；0.1秒内电压跌落小于设定值；电网频率在设定范围内；没有出现三相不平衡等现象。风况：连续10分钟风速在机组运行范围内（3.0m/s25m/s)机组：发电机温度、增速器油温在设定值范围以内；液压系统各部位压力在设定值以内；液压油位和齿轮润滑油位正常；制动器摩擦片正常；扭缆开关复位；控制系统DC24V、AC24V、DC5V、DC15V电源正常；非正常停机故障显示均已排除；维护开关在运行位置。3、风轮对风偏航角度通过风向测定仪测定。10分钟调整一次，调整中释放偏航刹车。,第三章 定桨距风力发电机组,二、定桨距风力发电机组的基本运行过程,4、制动

20、解除启动条件满足后，控制叶尖扰流器的电磁阀打开，压力油进入桨叶液压缸，扰流器被收回与桨叶主体合为一体。控制器收到扰流器回收信号后，压力油进入机械盘式制动器液压缸，松开盘式制动器。5、风力发电机组的并网当转速接近同步转速时，三相主电路上的晶闸管被触发开始导通，导通角随与同步转速的接近而增大，发电机转速的加速度减少；当发电机达到同步转速时晶闸管完全导通，转速超过同步转速进入发电状态；1秒后旁路接触器闭合，电流被旁路，如一切正常晶闸管停止触发。低风速时先启动小发电机，如6级绕组，同步转速为1000r/min；当功率达到某预制值P1一定时间后，短开小发电机接触器及旁路接触器，发电机脱网并升速，到达4级

21、绕组的1500r/min同步转速附近后，执行大发电机并网发电。当发电机功率10分钟低于预制值P2时，执行向小发电机切换。由于脱网后转速会上升，应迅速投入小发电机接触器。也可在切换过程中借入扰流器减速。电动机启动目前使用较少,第三章 定桨距风力发电机组,三、风力发电机组的基本控制要求,1、控制系统的基本功能根据风速信号自动进入启动状态或从电网切出。根据功率信号及风速大小自动进行转速控制。根据风向信号自动对风。根据功率因数及输出电功率大小自动进行电容切换补偿。脱网时保证机组安全停机。运行中对电网、风况和机组状态进行监测、分析与记录，对异常情况进行判断及处理。2、主要监测参数电力参数：电网三相电压、

22、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等。判断并网条件、计算电功率和发电量、无功补偿、电压和电流故障保护。发电机功率与风速有着固定的函数关系，两者不符可作为机组故障判断的依据。风力参数：风速；每秒采集一次，10分钟计算一次平均值。v3m/s时启动小发电机，v8m/s启动大发电机，v25m/s停机。风向；测量风向与机舱中心线的偏差，一般采用两个风向标进行补偿。控制偏航系统工作，风速低于3m/s偏航系统不会工作。机组参数：转速；机组有发电机转速和风轮转速两个测点。控制发电机并网和脱网、超速保护。温度；增速器油温、高速轴承温度、发电机温度、前后主轴承温度、晶闸管温度、环境温度。振动；机舱振动

23、、桨叶振动探测。电缆扭转；安装有从初始位置开始的齿轮记数传感器，用于停机解缆操作。位置行程开关停机保护。刹车盘磨损；油位；润滑油和液压系统油位。,第三章 定桨距风力发电机组,三、风力发电机组的基本控制要求,各种反馈信号的检测：控制器在发出指令后的设定时间内应收到的反馈信号包括回收叶尖扰流器、松开机械刹车、松开偏航制动器、发电机脱网转速降落。否则故障停机。增速器油温的控制：增速器箱内由PT100热电阻温度传感器测温；加热器保证润滑油温不低于10oC；润滑油泵始终对齿轮和轴承强制喷射润滑；油温高于60oC时冷却系统启动，低于45oC时停止冷却。发电机温升控制：通过冷却系统控制发电机温度，如温度控制

24、在130140oC，到150155oC停机。功率过高或过低的处理：风速较低时发电机如持续出现逆功率（一般3060 s），退出电网，进入待机状态，可提高切入预制点0.5%，重新并网，并恢复原预制值。功率过高，可能为电网频率波动（瞬间下降），机械惯量不能使转速迅速下降，转差过大造成。也可能是气候变化，空气密度增加造成。当持续10min大于额定功率15%或2s大于50%应停机。风力发电机组退出电网：风速过大会使叶片严重失速造成过早损坏。风速高于25 m/s持续10min或高于33m/s持续2s正常停机，风速高于50m/s持续1s安全停机，侧风90oC。,第三章 定桨距风力发电机组,三、风力发电机组的

25、基本控制要求,3、风力发电机组的基本控制策略风力发电机组的工作状态：,第三章 定桨距风力发电机组,三、风力发电机组的基本控制要求,工作状态之间转变急停停机：停机条件满足，关闭急停电路、建立液压工作压力。停机暂停：暂停条件满足，启动偏航系统，（接通变桨距压力）暂停运行：运行条件满足，核对上风向、叶尖阻尼板收回（或 变桨距系统投入）、根据转速控制并网。紧 急 停 机：主要控制有打开紧急电路、置所有信号无效、机械 刹车作用、逻辑电路复位。暂停停机：停止自动调向、打开气动刹车（或变距系统失压）运行停机：脱网、打开气动刹车（或变距系统失压）暂 停：功率调节到0后通过晶闸管切出发电机、降低风轮转速 到0。

26、故障处理：故障发生时意味着从较高状态转换到较低状态，（1）故障检测：扫描传感器及信号，判断可降低状态的信号。（2）故障记录：故障存储与报警。（3）故障反应：选择降为三种停机状态中的一种。（4）重新启动：一般故障可能自动复位或操作人员远程手动复位，重新启动。致命故障必须由人员到现场检查处理，就地复位。,运行,暂停,停机,急停,第三章 定桨距风力发电机组,四、定桨距风力发电机组的制动与保护系统,1、定桨距风力发电机组的制动系统叶尖气动刹车：液压系统提供的压力由经旋转接头进入桨叶根部的压力缸，压缩扰流器机构中的弹簧，使叶尖扰流器与桨叶主体平滑连为一体。当风力机停机时，液压系统释放压力油，叶尖扰流器在

27、离心力作用下，按设计轨迹转过90o。机械盘式刹车：作为辅助刹车装置被安装在高速轴上，液压驱动。因风力机转矩很大，作为主刹车将会使刹车盘直径很大，改变了机组结构。大型风机一般有两部机械刹车。制动系统按失效保护原则设计，一旦失电或液压系统失效即处于制动状态。正常停机制动过程：电磁阀失电释放叶尖扰流器、发电机降至同步转速时主接触器动作与电网解列、转速低于设定值时第一部刹车投入、如转速继续上升第二部刹车立即投入、停机后叶尖扰流器收回。安全停机制动过程：叶尖扰流器释放同时投入第一部刹车、发电机降至同步转速时主接触器跳闸同时第二部刹车立即投入、叶尖扰流器不收回。紧急停机制动过程：所有继电器断电、接触器失电

28、；叶尖扰流器和两部机械刹车同时起作用；发电机同时与电网解列。,第三章 定桨距风力发电机组,四、定桨距风力发电机组的制动与保护系统,2、超速保护发电机或风轮转速超过额定转速110%时，控制器发出正常停机指令。叶尖扰流器制动液压系统设有独立超速保护装置，风轮超速时，液压缸压力迅速上升，受压力控制的“突开阀”打开，压力油被泄掉，叶尖扰流器迅速打开，使得在控制系统失效时停机。3、电网失电保护电网一旦失电，控制叶尖扰流器和机械刹车的电磁阀立即打开，实现失压制动紧急停机。电网原因引起的停机，控制系统在电网恢复后10分钟自动恢复运行。4、电气保护过电压保护：控制器对通过电缆进入控制柜的冲击电压具有自我保护能

29、力感应瞬态保护：晶闸管、计算机的过电压屏蔽，传感器、通信电缆的隔离。雷击保护：提供便捷的接地通道释放雷电。5、紧急安全链是计算机系统的最后一级保护措施，原理是将对风力发电机组造成致命伤害的故障节点串联在停机回路中，任何一个故障都可紧急停机。如：紧急停机按钮、控制器看们狗、叶尖扰流器液压继电器、扭揽传感器、振动传感器、控制器DC24V电源失电。紧急停机后安全链只能手动复位,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,一、引言,在风力发电机组正常运行前，需要将发电机接入电力系统并列运行，进入正常的发电运行模式，发电机并入电网是风力发电系统正常运行的“起点”。如果并网时冲击电流过大，不但会引起电网电压的大幅

30、下降，造成发电机与电网连接的主回路中的自动开关断开和低压保护动作威胁其它发电机组的正常运行，而且还会对发电机的部件造成损害，因此发电机并网控制的好坏直接关系到电力系统的稳定性和风力发电系统的安全运行。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,二、发电机并网条件,为了在并网的短时间内不产生大的电流冲击，必须满足以下四个条件：（1）.发电机的频率等于电网频率；（2）.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，且波形一致；（3）.发电机的电压相序与电网电压的相序相同；（4）.发电机的电压相位与电网电压的相位一致；举例：设并网前频率、相序、电压幅值与电网都相等但相位有差情况下，通过电压间的相量关系解释并网冲击产生

31、的原因，其它情况以此类推。,电网及发电机电压相量,合闸前电压差:并网冲击电流:,国家电网公司规定同步电机并网时发电机与电网的电压差不超过510，频率差不超过0.10.5。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,三、发电机并网方式,1、同步发电机组的并网技术同步发电机即能输出有功功率，又能输出无功功率，周波稳定，电能质量高而得到普遍应用。但风速及不稳定，易发生无功振荡与失步问题。在同步发电机与电网之间采用变频装置是解决的方案之一。（1）自同步并网方式 自同步并网就是同步发电机在转子未加励磁，励磁绕组经限流电阻短路的情况下，由原动机拖动将同步发电机转子转速升高到接近同步转速(约为8090同步转速)时

32、，将发电机投入电网，再立即投入励磁，靠定子与转子之间的电磁力作用将发电机自动牵入同步运行。由于同步发电机在投入电网时未加励磁，因此不存在准同步并网时的对发电机电压和相角进行调节和校准的整步过程，并且从根本上排除了发生非同步合闸的可能性。这种并网方式的优点是不需要复杂的并网装置，并网操作简单，并网过程迅速。但是它的缺点是合闸后有冲击电流，电网电压会出现短时间的下降，电网电压的降低程度和电压恢复时间的长短，同并入的发电机容量与电网容量的比例有关。发电机自同步过程与投入励磁的时间及励磁增长速度有密切关系，当发电机是在非常接近同步转速时投入电网，则应迅速加上励磁，以保证发电机能迅速拉入同步，而且励磁增

33、长的速度越快，自同步也就完成的越快。但是在同步发电机转速距同步速较大的情况下应避免立即投入励磁，否则将导致自同步过程中出现较大的振荡电流及力矩。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,三、发电机的并网方式,（2）自动准同步并网方式：,发电机的极对数、转速及频率之间有严格不变的关系:该并网方式需要严格的速度控制和复杂的并网装置，难以在风力发电领域实现。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,三、发电机的并网方式,2、异步风力发电机组的并网技术异步发电机运行时靠转差率来调整负荷，对转速要求不高，只要转速接近同步转速即可并网，控制简单，运行稳定。但如果保障措施不利也会存在如下问题：直接并网对电网及旋转机

34、械冲击很大；本身不发无功功率，需要无功补偿；输出功率超过其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车；过高的系统电压会使磁路饱和，无功激磁电流大量增加，定子电流过载，功率因数下降；电网频率升高，会因同步转速上升引起发电机变成电动状态；电网频率降低，会使发电机电流剧增而过载等。（1）直接并网方式发电机转速接近同步转速（99%100%）即可并网，控制简单。但并网瞬间存在三相短路现象，造成系统电压的瞬时严重下降，导致并网失败。所以只在与大电网并网时采用。（2）准同期并网方式转速接近同步转速时，给电机励磁，调整发电机电压、频率、相位与系统一致时并入电网。但调整复杂，并网时间长，适用于电网容量小的场合。此外还有

35、降压并网方式和捕捉式准同步快速并网技术。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,三、发电机并网方式,采用双向晶闸管的软并网（SOFT CUT-IN）技术 风轮带动异步发电机转速接近同步转速时，各相晶闸管导通角从0180o逐渐打开，在导通开始阶段，机组转速略小于同步转速，异步发电机作电动机运行，但电流很小，不会对电网造成冲击。随着转速升高，转差率逐渐趋于零。转差率为零时，晶闸管全部导通。并网开关闭合，短接了全部晶闸管，晶闸管自动关闭，并网结束，发电机进入发电状态。如果没有并网开关，晶闸管将能提供发电机的全部额定电流；采用并网开关后，晶闸管只要能通过略高于发电机空载时的电流即可满足要求。该装置适用于

36、双绕组定桨距风力发电机组，且允许机组在静止时作电动机启动。根据工作要求对工作电流进行较大范围调整，机组作为电动机启动时，自动选择限定电流较大的通道，一般为小发电机额定电流的三倍；当从大发电机向小发电机切换时，机组处在超同步发电状态，电流应小于发电机在最大转矩下的电流，此时选择限定电流较小的通道。装置内部具有发电机运行状态（电动状态或发电状态）检测，三相不平衡检测等功能。当发电机进入稳定的发电状态后，旁路接触器自动吸合，晶闸管退出工作状态。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,三、发电机并网方式,软并网触发脉冲及定子输出一相波形示意图,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,

37、基于双馈异步电机（Double-Feed Induction Generator，DFIG）变速恒频风力发电：通过在双馈电机的转子侧施加三相交流电进行励磁，通过调节励磁电流的幅值、频率和相位，实现定子侧输出恒频恒压的三相电。由于采用了定子磁链定向矢量控制技术，实现了有功、无功功率的独立解耦控制,提高了电力系统调节的灵活性和动静态稳定性。并网方式：基于定子磁链定向矢量控制的并网控制技术，包括空载并网技术、独立负载并网技术以及孤岛并网技术。基本原理：通过采用交流励磁，双馈电机和电力系统之间构成了“柔性连接”，可根据电网电压和发电机转速来调节励磁电流，进而调节发电机输出电压来满足并网条件。采用基于定

38、子磁链定向矢量控制的并网控制技术优点：（1）.省去了复杂而贵重的软并网硬件装置，降低了成本、提高了可靠性。（2）.普通异步发电机都要求在转速接近同步速（90100）时进行并网操作，对转速有一定的限制。而基于定子磁链定向矢量控制的并网控制技术，可以实现在非同步速和变速情况下并网，提高了风力机的风能利用效率。（3）.充分发挥了双馈异步电机的转子交流励磁的特点，并网控制精度高、电压误差小，并网冲击小。,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,交流励磁双馈异步电机的并网运行原理图：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：所谓空载并网就是并网前

39、双馈异步电机空栽，定子电流为零，提取电网的电压信息（幅值、频率、相位）给双馈异步电机控制系统，通过变频器对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致，当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后双馈发电机控制策略从并网控制切换到发电控制。其控制原理图如下所示：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载电机模型：,坐标系为以 同步转速旋转的二相坐标系，m轴定于发电机定子磁链矢量 的方向。坐标系为定子二相静止坐标系。定子A轴与转子 轴之间的夹角为；定子A轴与m轴之间的夹角为；转子 轴与m轴之间的夹角为。,第四章 定桨距风力发电机

40、组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,第四章 定桨距风力发电机组并网技术,四、双馈发电机并网方式,1、空载并网方式：,