20、小型风能系统发电机的设计与应用

小型风能系统发电机的设计与应用

1. 风能资源评估与发电机设计基础

在评估风能资源时，以一年为周期是自然且必要的最小评估周期。对于发电机的优化设计，需要考虑特定地点风分布的随机性，以此来确定发电机的频率和电压额定值。多数发电机的损耗源于使用齿轮箱来匹配发电机和涡轮机的转速，因此，考虑取消齿轮箱以设计整体最优系统是很有意义的。

2. 自励感应发电机（SEIG）在小型风能应用中的情况

小型风力发电厂可能会使用鼠笼式感应发电机（SCIG）作为感应发电机（IG），并且通常会配备电容器，为发电机提供自启动所需的磁化电流。SEIG通常具有简化的速度、电压和频率控制器。IG常用于小型风能系统，因为它们比其他电机更便宜、更坚固耐用，但也存在损耗较大和需要齿轮箱的问题。不过，IG不需要复杂的同步装置，并且对短路具有天然的保护能力。

在独立运行时，可以使用SCIG；有时，小型永磁同步发电机（PMSG）会与功率转换器一起使用。双馈感应发电机（DFIG）用于较大功率的应用，功率转换器连接在电机的转子上。SCIG在许多工业应用中广泛使用，这也便于其在发展中国家作为发电机应用。IG运行要么需要从公用电网获取无功功率，要么需要配备带有电池或电容器的逆变器进行自励。

2.1 SEIG设计涉及的因素

正确设计SEIG涉及多个因素，包括：
1. 一次能源的瞬时功率和能量总量
2. 电机的结构特性
3. 自励过程
4. 负载启动程序
5. 多级齿轮箱的速比
6. 可预测的瞬态和稳态负载
7. 与公共网络的接近程度

2.2 SEIG性能的影响因素