变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理

变速恒频双馈风力发电机原理及优点研究变速恒频发电技术变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点是风车以变速运行。 结合该调速系统和变桨距调节技术环节，构成了变速恒频风力发电系统。 其调节方法是，在起动时通过调节节距来控制发电机的转速使其净化后，在额定风速以下，调节发电机的转矩来追随风速的变化，维持最佳的叶尖变速比，在得到最大风能的额定风速以上，采用减速和节距的双重调节，减少节距调节的频繁动作，限制风力机获得的能量该方式现已被公认为最佳调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。 其主要优点是，为了将风能利用系数保持在最佳值，能够大范围地调节转速，吸收蓄积阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机的疲劳破坏、机械应力和转矩脉动，延长单元寿命，控制能够减少噪声的有效功率和无效功率，从而实现功率变速系统与定速系统相比，风力变换装置的电力电子部分复杂且昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占的比例并不大，因此，大力发展变速定频技术是今后风力发电的必然趋势。目前，采用变速恒频技术的风力发电机组采用不同类型的发电机，辅助相关电力电子变流装置，配合发电机进行电力控制，构成形式多样的变速恒频风力发电系统。 主要有笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线型异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。 其中，双馈发电机构成的变速恒频控制方案通过转子电路实现，采用双馈发电机方式，突破机电系统必须严格同步运行的传统观念，使发电机转速不受发电机输出频率限制为了使振幅和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变电机械系统间的刚性连接进行灵活的连接。 基于众多优势，双馈发电机组成的变速恒频风力发电系统目前已成为国际风力发电研究的热点和必然发展趋势。变速恒频双馈风力发电机基本原理双馈电机的结构类似于绕组式异步电机，旋转电机定子和转子设置对称三相绕组，定子类似于普通交流电机定子，定子绕组由具有固定频率的对称三相电源励磁。 电机定子的极数相同。 转子绕组由频率可调的对称三相电源励磁。 电机的转速由固定转子之间的滑差频率决定。 电机的定子磁场同步旋转，因此具有同步电机的特性。电动机定子的对称三相绕组由频率的电网供电时，气隙中的基波旋转磁场的同步旋转速度不满足。 转子通过原动机以旋转速度旋转，对转子对称三相绕组施加频率(s为滑动率)的逆变电源，在转子中产生三相对称电流，它们产生的基波旋转磁力相对于转子以滑动速度旋转，相对于定子以同步旋转速度旋转。 转子的电动势在气隙中建立的基波旋转磁场在定子绕组中产生感应电位(频率)，该电位与施加在定子绕组上的电源电压协作而形成三相对对称电流，由此产生的定子基波电动势也以同步旋转速度旋转。 定子的磁动势相对静止，在气隙中形成合成磁动势，该磁动势在气隙中产生合成磁动势，分别与定子绕组交链，在绕组中分别感应磁动势(频率)。基本上，双馈电机和普通异步电机的工作原理一致。 两者的差异在于，普通异步电动机的转子电流的频率取决于电动机的转速，由转子短路杆的感应电位的频率决定，与滑移率有关，转子电流自身的频率不能自主、人为地调整。 另外，双馈电动机转子绕组的频率可以施加交流励磁电源进行供电，改变其频率进行调节。 因此，双馈电机具有异步电机的工作原理和同步电机的工作特性，是一种具有同步特性的特殊异步电机。双馈电机定子为三相对称绕组，均匀分布在电机圆周内，气隙均匀，电路、磁路对称分布。 现在，假设(1)只考虑转子电流的基波成分，忽略高次谐波成分。 (2)只考虑决定转子空间磁动势的基波成分。 (3)忽略滞后、涡流损耗和铁损。 (4)逆变电源可以为转子提供满足振幅、频率和功率因数要求的电源，其阻抗和损耗可以忽略不计。 定子的正方向由发电机的规则定义，转子的正方向由电动机的规则定义。 与分析感应电动机的方法同样，基于磁动势和电位平衡的原则，将转子侧的物理量换算为定子侧时，基本的方程式如下式中，定子电压、定子电流、定子泄漏阻抗、换算后转子电压、换算后的转子电流、换算后的转子泄漏阻抗、励磁电流、励磁电阻、励磁电抗、滑动率、感应电位。 此外，我会忽略它。关于发电机，输入轴的机械电力，根据能量保存的原理，如下所示所以呢电磁转矩可表示如下式中，转子的机械角速度。电磁转矩公式可从机械功率公式中推导出来。 电磁转矩公式由以下3个成分构成式中可知是感应转矩。 在一定的情况下，由定子电压的振幅大小决定。 在这种情况下，在拖动转矩的情况下，制动转矩，即其转矩的性质由正负决定。 总是制动转矩。 一定的情况下，由转子电源电压的振幅大小决定。 由定子磁场的相互作用产生，可视为同步转矩，其值为正负。 因此，一般双馈电动机的电磁功率和电磁转矩不仅与滑差率有关，还与定子电压振幅值和它们的相位差角有关。 考虑到双馈电动机的外部特性整体问题，认为这只作用于定子侧的两个施加电压源。可以认为转子绕组始终受到2个频率均为滑动频率的电压源的作用，因此一个是转子感应电位(转子静止时为转子释放感应电位)，另一个是向转子绕组施加电压。 因此，请改变角度，从电机的转子侧考虑电磁力和电磁转矩。 定义转子绕组施加电压与转子感应电位之间的角度，将固定转子侧功率因数角分别设为和，则由等效电路得到用Euler式展开上式，取实部和虚部，分别将转子电流的有效成分定义为无效成分，则如下所示(1)(2)如果将双馈电机视为特殊的异步电机，则根据异步电机的统一转矩公式，双馈电机的电磁转矩公式如下所示式中，是由电机参数决定的常数。根据上式，交流励磁双馈发电机的电磁转矩与转子电流的有效成分成比例，因此能够通过转子电流的有效成分控制双馈发电机的定子端口的有效功率的转子电流的无效成分能够控制双馈发电机的定子端口的无效功率。当时，电动机进行下一次同步运转，差动功率表示电磁功率的一部分由转子侧电源供给，此时从原动机供给的机械功率当时，电动机进行超同步运转，滑差功率为， 虽然表示转子侧电源吸收从电动机的气隙反馈的电磁电力的一部分，但此时，从原动机供给的机械电力表示来自定子侧的电力和从转子侧电源吸收的电力全部由原动机承担。式(1)和式(2)表示，通过独立调节转子侧的施加电压的振幅和相位角，可以控制双馈发生器的定子端口的有效功率和无效功率。 滑移率不变化的情况下，如果转子电流的有效成分变化，则在适当调整后的振幅和相位角下，可以不变化转子电流的无效成分，或者使定子端口的有效功率和无效功率保持一定的功率因数关系。 式(1)和式(2)同时，若转子侧施加电压的振幅和相位角取适当的值，则滑移率为正值时()转子电流的有效电流成分为正值，电动机同步运转，表示定子输出有效功率的滑移率为负值时()转子电流的有效电流成分为负值，电动机超同步运转通过对等效电路的分析和计算，双馈发生器的控制规则可以认为是三个量的函数：滑差率s、转子励磁电源电压(包括其幅度、相位和频率)以及相位差角。 因此，为了使电动机成为一定的稳定状态，能够利用这三个量进行控制。双馈发电系统作为可再生能源取得的执行部件，是典型的分散发电系统。 因此，分布式发电系统的共同问题，例如孤岛效应等，值得双馈发电系统研究。 双馈发电系统与普通大功率网并联运行时，还需要研究对应于电网电压扰动的不对称功率网、压降、电网电压谐波、电网电压相位和频率变化等。参考文献1王承熙等.风力发电.北京：中国电力出版社，20032陈雷.大型风力发电机组技术发展趋势.可再生能源，2003、107(1):33秦晓平等.感应电动机双馈和串行速度.北京：机械工业出版社，19904叶启明.大型风力发电机组系统结构和特点.华中电力，2002，15 (2) :685黄顺礼，魏晓玲，黄春阳. 第五次全国电机学术讨论会论文集评价.电机技术，