Power Generation System - Das Kernsystem für die Kapazitätsumwandlung von Windkraftanlagen

Um mechanische Energie in netzkonformen Wechselstrom umzuwandeln, müssen Windkraftanlagen mit einem Energiewandlungssystem ausgestattet sein, durch das die in der Windkraftanlage enthaltene mechanische Energie mit wechselnder Drehzahl in stabilen Wechselstrom entsprechend der Netzspannung umgewandelt und umgewandelt wird Frequenzparametern nennen wir dieses Energieumwandlungssystem ein Stromerzeugungssystem.

Es gibt verschiedene Arten von Stromerzeugungssystemen für moderne große Windkraftanlagen. Verschiedene Windturbinenunternehmen haben unterschiedliche technische Wege gewählt und sie haben Windturbinen mit unterschiedlichen Arten von Stromerzeugungssystemen entwickelt und produziert, sodass wir Windturbinen mit unterschiedlichen Formen und Innenräumen gesehen haben.

Je nach Art der Antriebskette können Windturbinentypen in drei Kategorien eingeteilt werden: Hochgeschwindigkeitsantrieb, Mittelgeschwindigkeitsantrieb und Direktantrieb, wobei Stromerzeugungssysteme mit Hochgeschwindigkeitsantrieb hauptsächlich doppelt gespeiste asynchrone Stromerzeugungssysteme und Asynchronstrom mit Käfigläufer umfassen Erzeugungssysteme, Modelle, die wir als doppelt gespeiste Asynchrongeneratorsätze und Käfigläufer-Asynchrongeneratorsätze bezeichnen; Mittelgeschwindigkeitsantrieb nennen wir auch Halbdirektantrieb, Stromerzeugungssysteme für Permanentmagnet-Stromerzeugungssysteme, Modelle nennen wir Halbdirektantriebsmodelle. Das Antriebserzeugungssystem mit niedriger Drehzahl ist ein Permanentmagnet-Erzeugungssystem.

Obwohl es viele Arten von Stromerzeugungssystemen gibt, ist ihre Kernkonfigurationszusammensetzung ähnlich. Die Kernkomponenten von Energieerzeugungssystemen sind Generatoren und Umrichter. Basierend auf den Unterschieden in der Struktur der Antriebskette und den Unterschieden bei Generatoren und Umrichtern hat sich eine Vielzahl von Stromerzeugungssystemen entwickelt und erfolgreich auf Windturbinen angewendet.

Eine der Kernkomponenten eines Windturbinen-Stromerzeugungssystems ist der Generator, der mechanische Energie durch den Generator in Wechselstrom umwandelt. Die Haupttypen von Generatoren sind Permanentmagnet-Synchrongeneratoren, doppelt gespeiste asynchrone Induktionsgeneratoren und Käfigläufergeneratoren; verschiedene Generatortypen sind für verschiedene Arten von Antriebskettenstrukturen geeignet. Aufgrund der instabilen Natur des Windes ist die Frequenz und Spannung des Wechselstroms vom Generator instabil, sodass das Stromerzeugungssystem auch mit einer anderen Kernkomponente ausgestattet werden muss.

Diese andere Kernkomponente ist der Konverter. Windkraftanlagen wandeln den frequenz- und spannungsinstabilen Strom des Generators in frequenz- und spannungsstabilen Strom um, der den Netzstandards entspricht, und zwar über den Umrichter, der hauptsächlich als Vollumrichter und doppelt gespeister Umrichter verfügbar ist. Unterschiedliche Generatortypen müssen mit unterschiedlichen Wandlern konfiguriert werden, um eine stabile Stromerzeugungsqualität, Stromerzeugungssteuerung, Drehmomentsteuerung und andere Funktionen zu erreichen.

Was ist also die Mainstream-Modellkonfiguration der Windkraftindustrie für Stromerzeugungssysteme? Das Folgende ist eine Einführung in jedes von ihnen und gibt Ihnen einen Überblick über die Arten von Stromerzeugungssystemen, ihre Hauptkonfigurationen und Anwendungsszenarien.

Doppelt gespeiste asynchrone Stromerzeugungssysteme

Doppelt gespeiste Asynchrongeneratoren plus doppelt gespeiste Umrichter

Der Antriebskettentyp einer doppelt gespeisten asynchronen Windkraftanlage ist ein Hochgeschwindigkeitsantrieb, und ihr Energieerzeugungssystem ist ein doppelt gespeistes asynchrones Energieerzeugungssystem, das aus einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator und einem doppelt gespeisten Umrichter besteht.

Das Laufrad der doppelt gespeisten Einheit ist über ein Übersetzungsgetriebe mit dem Rotor des doppelt gespeisten Asynchrongenerators verbunden. Die Frequenz, Spannung, Amplitude und Phase der Erregung der Rotorwicklung werden vom Umrichter automatisch entsprechend den Betriebsanforderungen angepasst, sodass das Gerät bei unterschiedlichen Drehzahlen mit konstanter Frequenz Strom erzeugen kann, was die Vorteile eines großen Drehzahlbereichs bietet Regelung, unabhängige Einstellung von Wirk- und Blindleistung, geringe Kapazität des Rotorerregungsumrichters (ca. 1/3 der Nennkapazität des Generators), hohe Drehzahl, kleines Drehmoment, geringe Größe und Gewicht, großes Übersetzungsverhältnis des Getriebes, Generator mit Schleifringen und Bürsten beeinträchtigen die Zuverlässigkeit bis zu einem gewissen Grad. Gegenwärtig sind doppelt gespeiste Einheiten die am weitesten verbreiteten Windkraftanlagen.

Asynchrone Stromerzeugungssysteme mit Käfigläufer

Käfigläufer-Asynchrongeneratoren plus Vollumrichter

Im Vergleich zu doppelt gespeisten asynchronen Windkraftanlagen besteht der Hauptunterschied zwischen asynchronen Käfigläufer-Windkraftanlagen zur Stromerzeugung darin, dass der Generatorrotor eine geschlossene Käfigstruktur ist, die keine Strukturen wie Bürsten und Schleifringe benötigt, und die Statorwicklungen des Generators sind über einen Vollumrichter vernetzt. Der Käfigläufer-Asynchrongenerator hat keine dedizierte Erregungsstruktur und wird über einen statorseitigen Umrichter mit Erregung versorgt, um eine variable Drehzahl- und Konstantfrequenzsteuerung zu erreichen. Käfig-Asynchron-Windkraftanlagen haben die Vorteile einer hohen Zuverlässigkeit und eines breiten Drehzahlregelbereichs. Asynchrongeneratoren mit Käfigläufer erfordern einen Vollumrichter und die gesamte Energie muss durch den Umrichter umgewandelt werden, sodass die Umrichterkosten höher sind als bei einem doppelt gespeisten Umrichter, obwohl einige Hersteller asynchrone Stromerzeugungssysteme mit Käfigläufer in Offshore-Modellen eingeführt haben ihre hohe Zuverlässigkeit.

Direkt angetriebene Permanentmagnet-Synchronstromerzeugungssysteme

Generator mit Direktantrieb plus Vollumrichter

Das Generatorsystem ist ein Permanentmagnet-Synchronstromerzeugungssystem, das nach den verschiedenen Antriebsketten und der Windkraftindustrie in Permanentmagnetgeneratoren mit Direktantrieb, Permanentmagnetgeneratoren mit Halbdirektantrieb und Hochgeschwindigkeits-Permanentmagnetgeneratoren unterteilt ist verwendet hauptsächlich einen Permanentmagnetgenerator mit Direktantrieb und einen Permanentmagnetgenerator mit Halbdirektantrieb

Das Laufrad eines PMG ist direkt mit dem Generator verbunden, wodurch ein Booster-Getriebe überflüssig wird, und der Rotor wird von einem Permanentmagneten erregt, wodurch die Notwendigkeit einer externen Erregungsstromversorgung entfällt und Erregungsverluste reduziert werden. Der Generator der PMG-Direktantriebseinheit ist über einen Vollumrichter mit dem Netz verbunden, was die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, eines geringen Geräuschpegels und einer Überbrückungsfunktion bei niedriger Spannung bietet; Der PMG-Synchrongenerator hat eine große Anzahl von Polpaaren und ist größer und schwerer.

Jedes dieser Systeme hat seine eigenen Vor- und Nachteile, und verschiedene Windkraftanlagenhersteller wählen den Systemtyp auf der Grundlage ihrer Technologie- und Kostenauswahl sowie ihrer Einschätzung des Marktes aus und entwickeln Windkraftanlagen, die dem Systemtyp entsprechen .