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1、风力发电系统中的异步发电机型及其并网技术深圳壹田风电科技有限公司广东(518010)刘聿汇德风力发电有限责任公司内蒙古化德(013350)庞永平发电机是风力发电系统中重要的部件,因工作时转子转速n小于同步转速n1(nn1),电机为发电机状态运行,电机吸收机械能异步发电机型及其并网技术作简单介绍。向电网输出电能。上述笼型异步电机的运行方式
2、可用转差率s来1笼型异步感应发电机n1-n描述,由s=可知,S为正值时是电动机状态运笼型异步感应发电机结构、并网方法简单、价n1格低,适合在野外缺少维护的环境工作,因此,在风行。S为负值时是发电机状态运行。据笼型异步电电系统应用很广。机的转矩T转速n(转差率s)特性曲线见图1。可笼型异步感应发电机与电动机略有不同。为见电机工作在线性部分时,转速(转差率)稍有变化减少不稳定的自然风速对机组的机械冲击,发电机则电磁转矩便有较大的变化,这就是笼型异步电机的转速输出功率特性很软,转差率S的绝对值
3、的∀恒速发电原理#。较大,一般取2%~5%。
4、s
5、值越大,系统受风力波动的影响越小。然而,
6、s
7、值太大又会引起电机发热,所以笼型转子采用铜质材料,定子采用F级或H级的绝缘。发电机底部有气压平衡孔,内部有空间加热器。铁心磁导率较高,以提高自然功率因数,减少对电网无功功率的吸收和减少补偿电容量。发电机的过载系数Km=Tmax/TN2.0(Tmax为最大转矩,TN为额定转矩),有较强的短时过载能力。图1转矩转速(转差率)特性曲线Tmax值大可避免风力突变使发电机的电磁转矩越过峰值便迅速下降,发生飞车
8、,因此,发电机的飞逸转笼型感应异步发电机的并网如图2所示。风速速大于1.5倍同步转速。为减小机舱的体积和减轻达到并网所需的切入速度时,控制电路发出起动指机舱重量,要求发电机的体积尽可能小、重量尽可令,风力机拖动电机加速转动。当转子转速接近同2能轻。要求发电机的振动要<2.8mm/s、噪声要步转速时,控制电路发出并网指令,定子绕组接入!82dB。防护等级选IP54或IP44,冷却方式电网,电机以电动机形式起动。因为s值很小,在4选IC411。~5个周波内起动电流便降到额定值。在风力机驱若把笼型异
9、步感应电机接入电网,电机以电动动下,s值过O并向负值过渡,进入发电机运行状机状态运行,自电网吸收电能,轴上输出机械能,此态,向电网馈电。然后,发电机靠较大的s值来调整电气工程应用2010.335负荷。因此,与同步发电机不同,它不需要精确地较快风速上,一般风速下其输出功率均低于额定调整转速,也不用精确地整步设备与并网。值。绕线式感应发电机能较好地解决此问题。如图4所示,定于绕组直接入电网,转子绕组通过变频器(变流器)接入电网。定子绕组的旋转磁60f1场同步转速为n1=,(式中:f1为电网频率,p
10、为p电机极数)。转子绕组中的旋转磁场转速为n260f2,(式中:f2为变频器输出的三相交流电频率)。p电机转子在风力机驱动下的转子机械转速为n。从n1、n2、n三个转速之间的关系可知,只要维图2笼型异步发电机原理图护n%n2=n1=常数,即可在发电机定子绕组产生随着风力发电机单机容量不断增大,并网时的频率恒定的感应电势。风速变化,n就变化,要想维起动电流对电网及自身部件的冲击也增大。因此,持n%n2=n1,变频器就得输出频率可变的励磁电笼型感应异步发电机多采用晶闸管软并网技术见流再输入转子电
11、路,使n2随着n的变化而反向变图3。当系统发出并网指令时,双向晶闸管从0∃~化。频率可变的fz怎样变化呢?因为异步电机的180∃触发导通,起动电流被限制在1.5倍额定电流n1-n转差率为s=,所以输入转子绕组的电流频率以下,实现平稳的软起动。当s为0时,并网开关n1SA闭合,晶闸管被短接,完成并网过程。此外,也有n2P
12、n1-n
13、p
14、n1-n
15、pn1应为f2=====sf1。可6060n160在发电机与电网之间接入自藕变压器或串入电阻、见,只要在机械转速变化的转子绕组中输入频率为电抗器等设备来限制
16、起动电流的方式。sf1的电流即可在定子绕组中产生50Hz的恒频电动势,实现变速恒频发电。下面讨论因风速变化引起的转子机械转速n变化时,发电机的三种运行状态,见图5。图3发电机软起动方式笼型异步感应电机不管在哪种状态下运行,均要从电网吸收无功电流来励磁,使电网中无功分量增图4绕组式感应发电机原理图加。大中型感应发电机的励磁电流约为额定电流的20%~25%。为此,笼型感应发电机在运行稳定后,须投入补偿电容器进行无功补偿及稳定电压见图2。2绕线式感应发电机笼型异步感应发电机优点
