风力发电用双馈电机.ppt

1、1,风力发电中的双馈电机,邬雪琴 2020年9月23日,2,目录,风力发电现状 风力机的基本原理 风力发电中的变频调速 双馈电机的基本原理 双馈电机的控制策略,3,风力发电现状,社会的发展,经济的持续增长，能源消耗的持续增加，面对日益严峻的能源形势，化工燃料日益枯竭，全球范围的能源困局，迫使世界各国不得不讨论后续能源的接续问题，在各种各样的选择中，风力发电已逐渐成为最值得考虑的选择。风能资源是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟！最具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术，在远期有可能成为世界重要的替代能源。,4,19世纪末，丹麦首先研制成功了风力发电机组，并建成了世界第一座风

2、力发电站。一个世纪以来,世界各国纷纷研制了类型各异的风力发电设备，风力发电的重要意义不断受到国际社会的普遍关注。,5,6,7,8,9,风力发电中的变速恒频技术,变速恒频发电是 20 世纪 70 年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术，其主要优点在于当风轮以变速运行时，调节电机转速，可以实现最大功率跟踪，较电机的恒速运行效率高，有很大的优势。,10,目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。,11,几种风力发电系统的比较,1）鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统,12,这种系

3、统中，由于变频器在发电机定子侧，变频器的容量必须与发电机的容量相等，导致变频器体积大、重量大，系统成本昂贵。,13,2 )同步发电机变速恒频风力发电系统,14,同步发电机在运行时既能输出有功功率，又能提供无功功率，且频率稳定，电能质量高，因此在常规并网发电系统中，同步发电机是使用最普遍的。这种方案可以在较宽的转速范围内得到频率恒定的交流电，并且无须中间调速机构，实现了变速恒频发电运行。 缺点是变频器在发电机定子侧，变频器的容量必须与发电机的容量相等，导致变频器体积大、重量大，系统成本昂贵。这种系统配置方式也属于全额定值变换。,15,3 )双馈发电机变速恒频风力发电系统,16,双馈发电机构成的变

4、速恒频控制方案是在转子电路实现的。流过转子回路的功率是双馈发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，而且可以双向流动。因此，和转子绕组相连的励磁变频器的容量也仅为发电机容量的一小部分，这大大降低了变频器的体积和重量。,17,18,双馈电机的基本原理,常规的同步发电机采用直流励磁方式，而异步发电机没有励磁绕组，其激磁通过定子取自电网。 双馈电机，它的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转子均安放对称三相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对称三相电源激励。电机定转子极数相同。转子绕组由具有可调节频率的对称三相电源激励。,19,调速的

5、基本原理： 在转子中通以某一频率（转差频率）的交流电时，就会产生一个相对转子旋转的磁场，转子的实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。 从定子侧看，这与同步发电机直流励磁的转子以同步转速旋转时，在电机气隙中形成一个同步旋转的磁场是等效的。 如果按电机的转子转速是否与同步转速一致来区分异步发电机或同步发电机，则双馈发电机应当被称为异步发电机。但是，从外特性来看，双馈发电机在很多地方又与同步发电机类似。,20,双馈电机变频调速的几个研究点,控制方式 1）矢量控制 转子磁场定向 定子磁场定向 气隙磁场定向 电压定向 2）直接转距控制,21,磁通观测器 1）电压模型法 2）电流模型法 3）组合模型法 4）旋转坐标系下的磁通观测法,22,无速度传感器 在高性能的电机矢量控制中，转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常，采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。但是，速度传感器的安装会增大成本，降低系统的鲁棒性。故采用无速度传感器。 无速度传感器矢量控制就是利用电动机电流、电压信息，通过电流模型法或者电压模型法计算出磁链和坐标转角及转速。,23,常见速