双馈异步发电机金风课件

双馈发电机介绍

工作原理

双馈异步发电机是指将定、转子三相绕组分别接入两个独立的三相对称电源,定子绕组接入工频电源,转子绕组接入频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的交流电源,即采用交～直～交或交～交变频器给转子绕组供电的结构,如图所示。其中,转子外加电压的频率在任何情况下必须与转子感应电动势的频率保持一致,当改变转子外加电压的幅值和相位时即可以改变电机的转速及定子的功率因数。系统原理图

因此,若设n1为对应于电网频率为50Hz(f1=50Hz)时异步发电机的同步转速（磁场的转速）,而n为异步电机转子本身的旋转速度,则只要维持n+n2=n1为常数,则异步电机定子绕组的感应电势的频率始终维持为f1不变。f2=p(n1-n)/60=pn1/60×(n1-n)/n1=sf1。可见,在异步电机转子以变化的转速转动时,只要在转子绕组中通入滑差频率(sf1)的电流,则在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势。

运行状态及功率传递关系

异步发电机相量图。E2′—S=1时归算到定子侧的转子每相感应电动势;SE2

′—转差率为S时归算到定子侧的转子每相感应电动势;Û2′—折算到定子侧的转子外加电压

当在转子绕组中串入频率与其感应电势的频率相同、相位与幅值可调电压Û2后,通过改变串入电压Û2与转子电动势相角关系及其幅值大小,即可将异步发电机调整为超同步发电机、亚同步发电机、同步发电机三种状态。其中,适当调整转子外加电压Û2与E2S

的相位关系时可提高电机的功率因数、改善电网特性。双馈风力发电机的功率传递关系如下:(1)亚同步发电区(1>S>0):在此种状态下转子转速n<n1同步转速,由滑差频率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子的转速方向相同,因此n+n2=n1。此时的电磁功率Pem<0,由电机定子绕组馈入电网；转差功率Ps<0,由电网通过变频器提供给转子绕组,电机实际发电功率为(1-S)Pem,如图。(2)超同步发电区(S<0):在此种状态下转子转速n>n1同步转速,改变通入转子绕组的频率为f2的电流相序,则其所产生的旋转磁场转速n2的转向与转子的转向相反,因此有n-n2=n1。为了实现n2反向,在由亚同步运行转向超同步运行时,转子三相绕组必须能自动改变其向序;反之,也是一样。此时的电磁功率Pem<0,由电机定子绕组馈入电网；转差功率PS>0,由转子绕组经变频器将其馈入电网,电机实际发电功率为(1+|S|)Pem,如图。

与基本恒速运行的风力发电机组相比较,双馈异步风力发电机组有以下主要特点:

发电机可以在超同步和亚同步速广泛区域内运行,而且功率因数可以调节,整个系统具有较好的特性。(2)通过调节转子电压的频率、幅值、相位等实现系统的变速恒频功能。由电机学原理可知,异步电机频率具有下述关系:

f1=fm

±fR

(超同步时取-,亚同步时取+);

f1

—定子电压频率;

fm

—主轴传动的机械频率;

fR—电机工作的转差频率。

当转子旋转速度变化时,只要相应地改变转子磁势的频率,即可使定子频率为一常数,实现变速恒频功能。(3)并网运行时发电机和风力机的功率特性可获得最佳匹配。图为不同风速时风力机输出机械功率与转速的关系曲线。变频器容量的选择

根据实际风速的要求和风力发电机转速范围较窄的特点,电机转速一般为(0.7-1.3)

倍额定转速,即电机转差功率在±35%Pem之间。转差功率大小决定了变频器容量的大小,因此,双馈异步风力发电机变频器容量仅为发电机功率的1/4～1/3。适用范围

由于风力机及电机本身的结构特点,双馈风力发电机适用范围一般选定在下述范围内:功率:300～3000kW电压:400～690V(常用)功率因数:0.9(滞后)～0.9(超前)转差率:±25%(最大±35%)双馈式风力机是目前世界各国风力发电的研究热点之一,我国已有部分地区的风力发电场开始使用这种风力机系统。相对于传统的恒速风力机,其性能优势体现在:控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性;

不需要无功补偿装置;可以追踪最大风能,提高风能利用率;(4)降低输出功率的波动和机组的机械应力;

从上面的分析看出,双馈风力发电机有诸多的优点,下面介绍1500kW575V样机的技术要点:

型式:三相绕线型异步发电机

规格:YRKK50061500kW575V(暂用电动机的型号)

双反馈发电运行时的电气性能：

额定功率:1501kW

额定转速:1440r/min

额定效率