双馈风力发电机及控制原理

1、2009-4-1,双馈风力发电机及控制原理,2009年8月,北京清能华福风电技术有限公司,双馈风力发电机及控制原理,主要内容风力发电简介双馈电机原理双馈电机控制策略,2009-4-1,一、风力发电简介,2009-4-1,风力发电简介,中国风电场分布图（截止2007年年底）,2009-4-1,风力发电简介,中国风电市场发展电机、齿轮箱、叶片等设备已实现国产化；电控系统国产化程度低，被国外设备占据。,1997-2008年中国风力发电总装机容量（除台湾省）,2009-4-1,风力发电简介,风电机组分类按风轮机类型分(风能到机械能)水平轴、垂直轴定桨距、变桨距单叶片、双叶片、三叶片、多叶片定速型、变速

2、型按发电机类型分(机械能到电能)鼠笼式绕线式同步/永磁式其他新型电机（开关磁阻电机、横向磁场电机、高压电机）,2009-4-1,风力发电简介,不同类型的风机,水平轴风机,垂直轴风机,永磁直驱型风机,2009-4-1,风力发电简介,风力发电技术的进展,2009-4-1,风力发电简介,定速到变速的原因追求最大的风能捕获减小机组的机械应力,风能利用系数与叶尖速比的关系,最大功率点跟踪,2009-4-1,风力发电简介,基于鼠笼式异步电机的风电机组,2009-4-1,风力发电简介,基于绕线式电机的风电机组,2009-4-1,风力发电简介,双馈机型的优、缺点优点：气动效率高，机械应力小，功率波动小功率变换

3、设备成本低缺点：电机滑环、齿轮箱等设备维护量大,2009-4-1,风力发电简介,基于同步电机的风电机组（直驱机型）,2009-4-1,风力发电简介,直驱型机组优、缺点优点：不需要齿轮箱，维护量小永磁同步机组效率高缺点：技术不成熟全功率变流器，成本高,2009-4-1,水平轴风力发电机的结构和组成,风力发电简介,2009-4-1,二、双馈电机原理,2009-4-1,双馈电机原理,电机的分类变压器直流电机同步电机异步电机鼠笼式绕线式,2009-4-1,双馈电机原理,异步电机运行方式转差功率全部损耗定子调压、转子串电阻最优转差功率定子变频运行转差功率回馈（双馈运行模式）静止Kramer(单向)、静止

4、Scherbius(双向)双馈电机是由绕线式电机与变流器共同组成的一种电机运行系统。,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机系统结构静止Kramer结构转差功率单向流动定子侧励磁转速范围窄静止Scherbius结构转差功率双向流动转子侧励磁转速范围宽,2009-4-1,双馈电机原理,异步电机运行方式异步电机等效电路,普通异步运行模式,双馈运行模式,2009-4-1,双馈电机原理,不同工况下双馈电机的能量关系,A、超同步速发电,c、亚同步速发电,B、超同步速电动,D、亚同步速电动,2009-4-1,双馈电机原理,普通异步电机运行工况,A、超同步速发电,D、亚同步速电动,2009-4-1,双馈电

5、机原理,双馈电机工作原理双馈电机是一种交流励磁的电机；同步电机是双馈电机的一种特例。,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机与普通绕线电机设计上的不同,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机与双馈变流器的参数匹配双馈系统主要参数电网电压等级-变流器电压容量变流器电压容量+转速运行范围-转子开路电压系统功率等级+转速运行范围+电机互感-变流器电流容量新的要求故障穿越-降低转子开路电压，提高变流器电流容量，增大电机机械强度。无功功率支持-提高变流器电流容量，改善电机散热。,2009-4-1,三、双馈电机控制策略,2009-4-1,双馈电机控制策略,常用的控制策略转子侧变流器控制双馈电机运行矢量

6、控制直接转矩控制网侧变流器稳定直流环节电压矢量控制,2009-4-1,双馈电机控制策略,矢量控制矢量：既有大小，又有方向的量矢量控制：即控制电机磁场矢量的大小，又控制磁场矢量的方向。(相当于控制电机反电势)控制方式：连续控制，相当于电位器。稳态无差运行，响应略慢。,2009-4-1,双馈电机控制策略,直接转矩控制即控制电机磁场矢量的大小，又控制磁场矢量的方向。控制方式：梆梆控制，相当于开关；无法达到稳态误差，转矩和磁场脉动大。响应快。目前的趋势：矢量控制与直接转矩控制相结合。,2009-4-1,双馈电机控制策略,双馈电机矢量控制原理通过控制转子电流来控制定子反电势变流器通过控制附加在转子绕组端口的电压来控制转子电流由给定的有功、无功指令，通过一定的折算，得到转子电流指令的幅值、相位和相序。,2009-4-1,双馈电机控制策略,双馈电机矢量控制原理关键的电机参数及检测值电机互感-定子侧的无功功率指令向转子电流折算电机定转子匝比-定子侧功率向转子电流的折算电机饱和度-定子无功功率控制的精度电机转子位置检测（编