杨锡运的发电机部分

1、风力发电原理风力发电原理 第五章第五章 发电机原理发电机原理 讲授人：杨锡运讲授人：杨锡运风力发电原理风力发电原理风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个能量转换过程，电能两个能量转换过程，发电机及其控制系统发电机及其控制系统承担了后一种能量转换任务承担了后一种能量转换任务，是风力发电系统是风力发电系统的一大核心部分。的一大核心部分。发电机及其控制系统不仅直接影响这个转换过发电机及其控制系统不仅直接影响这个转换过程的性能、效率和供电质量，而且也影响到前程的性能、效率和供电质量，而且也影响到前一个转换过程的运行方式、效率和装置结构。一个转换过程的运

2、行方式、效率和装置结构。这一章我们主要学校发电机原理。这一章我们主要学校发电机原理。风力发电原理风力发电原理风力发电原理风力发电原理一、基本工作原理一、基本工作原理 1. 原动机拖动原动机拖动电枢电枢，按，按逆时针恒定速度逆时针恒定速度方向方向旋转旋转， 2. 线圈线圈ab边边切割磁力线切割磁力线，右手定则确定，右手定则确定感应电势感应电势方向方向b指向指向a，cd边感应电动势方向边感应电动势方向d指向指向c，整个线圈是，整个线圈是d-c-b-a。3. 换向片换向片1和电刷和电刷A处于处于正电位，换向片正电位，换向片2和和电刷电刷B处于负电位。若接通外处于负电位。若接通外电路，电流就从电刷电路

3、，电流就从电刷A经经负载流入电刷负载流入电刷B，与线圈，与线圈构成闭合通路。构成闭合通路。4.线圈旋转线圈旋转1800后，线圈内部电路后，线圈内部电路反向，但由于反向，但由于电刷作用电刷作用，电刷，电刷A的的电位仍然是正的，其电刷电位仍然是正的，其电刷B的电位的电位仍然是负，对外电路负载上便得仍然是负，对外电路负载上便得到到恒定方向的电压恒定方向的电压和电流。和电流。 风力发电原理风力发电原理一、基本工作原理一、基本工作原理(5)直流发电机中只有一个线圈时，直流发电机中只有一个线圈时，电动势方向恒定电动势方向恒定，但数值，但数值却变化很大却变化很大,其其大小大小在零值和最大值之间在零值和最大值

4、之间脉动脉动，当线圈旋转一，当线圈旋转一周时，电动势脉动地变化两次周时，电动势脉动地变化两次 如何解决？如何解决？ (6)一个磁极下放一个磁极下放多个线圈多个线圈 电刷电刷A、B之间的之间的电势电势始终是始终是所有线圈的所有线圈的电势之和电势之和 结论：导体数目大于结论：导体数目大于8时，电势脉动程度时，电势脉动程度小于小于1，可近似认为是恒定的直流电势。，可近似认为是恒定的直流电势。 风力发电原理风力发电原理按励磁方式分按励磁方式分有永磁式及电励磁式有永磁式及电励磁式。图图1 永磁式直流发电永磁式直流发电风力发电原理风力发电原理电励磁式直流发电机电励磁式直流发电机（a）他励式直流发电机（）他

5、励式直流发电机（b）自励式）自励式（并励）直流发电机（并励）直流发电机 风力发电原理风力发电原理2 电励磁式电励磁式二二 直流发电机的分类直流发电机的分类2）自励式）自励式串励式串励式复合励磁式复合励磁式并励绕组产生的磁势占总励磁磁并励绕组产生的磁势占总励磁磁势的势的70以上起主要作用，而串以上起主要作用，而串励绕组起辅助作用励绕组起辅助作用 发电机发电机励磁所励磁所消耗的消耗的功率，功率，仅占额仅占额定容量定容量的的1-3% 风力发电原理风力发电原理1.1.回路中各电磁物理量关系回路中各电磁物理量关系 1)1)电枢回路：电枢回路： 2)2)励磁回路励磁回路 aeECnaaaUEI Rffff

6、UIRrfffUIRr()ff I其中：其中： 为电机的电势系数；为电机的电势系数； 为电机每极下的磁为电机每极下的磁通量；通量； 为电枢绕组电阻；为电枢绕组电阻； 为励磁绕组的外接电为励磁绕组的外接电阻；阻； 为绕组感应电势；为绕组感应电势； 为电枢端电压；为电枢端电压； 为发电为发电机转速；机转速； 为励磁电流。为励磁电流。 eCaRfRaEUnfI风力发电原理风力发电原理2 发电机的电磁转距发电机的电磁转距1)电磁转距对发电机的电枢旋转是制动力矩电磁转距对发电机的电枢旋转是制动力矩M1M1为风力机的拖动转矩；为风力机的拖动转矩；M0M0为机械摩擦阻转矩，为机械摩擦阻转矩，M M为为电磁转

7、距电磁转距,为发电为发电机转轴的旋转角速率机转轴的旋转角速率,J,J为风力机、发电机及传动系统的总转动惯量为风力机、发电机及传动系统的总转动惯量 2)电磁转矩的大小：电磁转矩的大小： 根据比奥根据比奥沙瓦定律，直流发电机的电枢电流与电机的磁沙瓦定律，直流发电机的电枢电流与电机的磁通作用会产生电磁力，并由此而产生电磁转矩，电磁转矩通作用会产生电磁力，并由此而产生电磁转矩，电磁转矩可表示为：可表示为：10dMMMJdtMaMCI 3)负载不变时，即电磁转距不变时，风速变化带来的现象负载不变时，即电磁转距不变时，风速变化带来的现象 负载不变即负载不变即M为常数时，若风速增大，发电机转速增加；反为常数

8、时，若风速增大，发电机转速增加；反之，转速下降之，转速下降 ,导致电枢感应电势和端电压改变，因此需要通过导致电枢感应电势和端电压改变，因此需要通过调速装置进行控制。调速装置进行控制。风力发电原理风力发电原理四直流风力发电系统举例四直流风力发电系统举例较早时期的小容量独立风力发电装置一般采用较早时期的小容量独立风力发电装置一般采用小型直流发电机，在实际应用中，小型直流发电机，在实际应用中，直流发电机直流发电机常和蓄电池组常和蓄电池组配合使用配合使用 ，向电阻性负载供电。向电阻性负载供电。 独立运行的直流风力发电系统 L：电阻性负载：电阻性负载(如如照明灯等照明灯等)，J：逆：逆流继电器控制的动流

9、继电器控制的动断触点。当风力减断触点。当风力减少，风力机转速降少，风力机转速降低，直流发电机电低，直流发电机电压低于蓄电池组电压低于蓄电池组电压时逆流继电器动压时逆流继电器动作，断开动断触点作，断开动断触点J，使蓄电池不能向发使蓄电池不能向发电机反向供电。电机反向供电。 风力发电原理风力发电原理上述系统上述系统合理选择蓄电池组容量合理选择蓄电池组容量的选择至关重的选择至关重要要 ，蓄电池容量的选择与选定的蓄电池容量的选择与选定的风力发电机风力发电机的的额定数值额定数值(容量、电压等容量、电压等)、日负载、日负载(用电量用电量)状状况以及该风力发电机安装地区的风况况以及该风力发电机安装地区的风况

10、(无风期无风期持续时间持续时间)等等有关有关 ，同时还应按同时还应按10h放电率电流放电率电流值值(蓄电池的最佳充放电电流值蓄电池的最佳充放电电流值)的规定来计算的规定来计算蓄电池组的充电及放电电流值，以保证合理的蓄电池组的充电及放电电流值，以保证合理的使用莆电池，使用莆电池，延长蓄电池的使用寿命延长蓄电池的使用寿命。 四直流风力发电系统举例四直流风力发电系统举例风力发电原理风力发电原理五五 并励直流发电机的自励并励直流发电机的自励自励的条件：自励的条件：1）发电机有剩磁）发电机有剩磁 2）励磁绕组并联极性正确，产生的磁通方向与剩）励磁绕组并联极性正确，产生的磁通方向与剩磁一致（增磁），否则端

11、电压不能建立。磁一致（增磁），否则端电压不能建立。结论：在满足上述条件下，为了建立电压，结论：在满足上述条件下，为了建立电压，1励磁回路的总电阻必须小于临界电阻值励磁回路的总电阻必须小于临界电阻值2对于某一励磁回路的电阻值，对应一个最小临界转对于某一励磁回路的电阻值，对应一个最小临界转速，发电机小于此转速不能自励，故必须使风力速，发电机小于此转速不能自励，故必须使风力机调速机构确定的转速值大于发电机的最小临界机调速机构确定的转速值大于发电机的最小临界转速转速风力发电原理风力发电原理风力发电原理风力发电原理风力发电中所用的同步发电机绝大部分是三相同步电机，其风力发电中所用的同步发电机绝大部分是三

12、相同步电机，其输出连邻近三相电网或输配电线。输出连邻近三相电网或输配电线。一、同步发电机一、同步发电机1.基本工作原理基本工作原理 1）分定子和转子两部分。定子：电枢绕组，产生感应）分定子和转子两部分。定子：电枢绕组，产生感应电动势和产生旋转磁场的部件。电动势和产生旋转磁场的部件。转子：可由励磁绕组转子：可由励磁绕组调节，产生一个强磁场。调节，产生一个强磁场。2）具体：励磁绕组外接直流电源得到励磁电流，产生）具体：励磁绕组外接直流电源得到励磁电流，产生磁极磁场（主磁场或励磁磁场），风机拖动转子旋转时，磁极磁场（主磁场或励磁磁场），风机拖动转子旋转时，得到一个机械旋转主磁场，该磁场对定子发生相对

13、运动，得到一个机械旋转主磁场，该磁场对定子发生相对运动，在定子绕组中感应出对称的交流电势。由于定于三相对在定子绕组中感应出对称的交流电势。由于定于三相对称绕组在空间相差称绕组在空间相差120度电角度电角度，因此三相对称的电势度，因此三相对称的电势也在时间上相差也在时间上相差120度电角度。可表示为度电角度。可表示为eOA,eOB,和和eOC风力发电原理风力发电原理=2f=2fs s , ,是励磁电流产生的每极磁通；是励磁电流产生的每极磁通；K K是一个与电机是一个与电机极对数和每相绕组匝数有关的常数极对数和每相绕组匝数有关的常数。60sspnf 01Ek一一 同步发电机同步发电机2.交流电势的

14、频率交流电势的频率频率取决于电机的极对数频率取决于电机的极对数P和转子转速和转子转速ns，即，即3.每相绕组的电势有效值每相绕组的电势有效值4.同步发电机的额定值同步发电机的额定值 1 1）额定容量：是指出线端的额定视在功率，以千伏安）额定容量：是指出线端的额定视在功率，以千伏安（kVAkVA）、兆伏安）、兆伏安(MVA)(MVA)为单位；为单位；2 2）额定功率：是指发电机输出的额定有功功率，一般以干）额定功率：是指发电机输出的额定有功功率，一般以干瓦（瓦（kWkW）或兆瓦（）或兆瓦（MWMW）为单位。）为单位。 风力发电原理风力发电原理风力驱动的同步发电机与电网并联风力驱动的同步发电机与电

15、网并联 5 并网同步风力发电系统举例并网同步风力发电系统举例2）为保证发出的电频率恒定：）为保证发出的电频率恒定：1恒速恒频（通过调速机构实现）恒速恒频（通过调速机构实现） 2 变速恒频（通过变频器实现）变速恒频（通过变频器实现）一一 同步发电机同步发电机1）注意并网条件）注意并网条件风力发电原理风力发电原理带调速系统的恒速恒频同步发电机风力发电系统带调速系统的恒速恒频同步发电机风力发电系统带变频器的变速恒频同步发电机风力发电系统带变频器的变速恒频同步发电机风力发电系统5 并网同步风力发电系统举例并网同步风力发电系统举例一一 同步发电机同步发电机风力发电原理风力发电原理1)1)同步发电机的主要

16、优点是同步发电机的主要优点是可以向电网或负载可以向电网或负载提供无功功率提供无功功率，它不仅可以并网运行，也可，它不仅可以并网运行，也可以单独运行，满足各种不同负载的需要。以单独运行，满足各种不同负载的需要。 2)2)同步发电机的缺点是它的结构以及控制系统同步发电机的缺点是它的结构以及控制系统比较复杂，成本比异步发电机高。比较复杂，成本比异步发电机高。一一 同步发电机同步发电机6.同步发电机的优缺点同步发电机的优缺点风力发电原理风力发电原理1.结构：结构： 二异步发电机二异步发电机风力发电原理风力发电原理2.工作原理：工作原理：1)根据异步电机理论，异步电机并网运行时由定子根据异步电机理论，异

17、步电机并网运行时由定子三相绕组电流产生的旋转磁场的同步转速决定于三相绕组电流产生的旋转磁场的同步转速决定于电网的频率及电机绕组的极对数，即：电网的频率及电机绕组的极对数，即：式中：式中：n ns s为同步转速；为同步转速； f为电网频率；为电网频率；p p 为绕组对数。为绕组对数。 60sfnp二异步发电机二异步发电机风力发电原理风力发电原理二异步发电机二异步发电机2.工作原理工作原理风力发电原理风力发电原理2 2）当异步电机与电网并联后作为发电机运行时，）当异步电机与电网并联后作为发电机运行时，转差率转差率S为负值。为负值。 |s|s|取值越大，则系统平衡阵风扰动的能力越好，取值越大，则系统

18、平衡阵风扰动的能力越好，一般与电网并联运行的容量较大的异步风力发电机其一般与电网并联运行的容量较大的异步风力发电机其转速的运行范围在转速的运行范围在n ns s与与1.05n1.05ns s之间。之间。 二异步发电机二异步发电机3.转差率转差率100%ssnnSn风力发电原理风力发电原理1）缺点：在向电网）缺点：在向电网提供有功功率提供有功功率的同时，要从的同时，要从电网中电网中吸收无功功率吸收无功功率。2）优点：）优点：并网并网要求不像同步发电机那么严格，要求不像同步发电机那么严格，只要转速接近同步转速时就可并网只要转速接近同步转速时就可并网。？并网方式？并网方式结论结论 ：在与电网并联运行

19、的定桨距风力发电系：在与电网并联运行的定桨距风力发电系统中大多采用异步发电机统中大多采用异步发电机 。为了充分利用低风为了充分利用低风速时的风能，广泛采用双速异步发电机。速时的风能，广泛采用双速异步发电机。 二异步发电机二异步发电机4.优缺点优缺点双速异步发电机系指具有两种不同的同步转速双速异步发电机系指具有两种不同的同步转速( (低同步转速及低同步转速及高同步转速高同步转速) )的电机低风速时小电机运行，高风速时大电机运的电机低风速时小电机运行，高风速时大电机运行，一方面可以提高风力发电机组的风能利用率；另一方面，行，一方面可以提高风力发电机组的风能利用率；另一方面，可以极大地减少机组的启可

20、以极大地减少机组的启/ /停次数停次数, ,延长机组的使用寿命。延长机组的使用寿命。 风力发电原理风力发电原理项目项目异步发电机异步发电机同步发电机同步发电机结构结构定子与同步发电机相同定子与同步发电机相同,转子为鼠笼转子为鼠笼,结构简单、结构简单、牢固。牢固。 转子上有励磁绕组和转子上有励磁绕组和阻尼绕组阻尼绕组,结构复杂。结构复杂。 励磁励磁 不需要励磁装置及励磁不需要励磁装置及励磁调节装置。调节装置。 需要励磁装置及励磁需要励磁装置及励磁调节装置。调节装置。 并网并网 强制并网强制并网,不需要同步不需要同步装置装置,无失步现象无失步现象,运行运行时只需适当限制负荷。时只需适当限制负荷。

21、需要同步合闸装置需要同步合闸装置,负负载急剧变化时有可能载急剧变化时有可能失步。失步。 维护检修维护检修 定子的维护与同步机相定子的维护与同步机相同同,转子基本不需要维转子基本不需要维护。护。除定子外除定子外,励磁绕组及励磁绕组及励磁调节装置需维护。励磁调节装置需维护。 异步发电机与同步发电机的比较异步发电机与同步发电机的比较 风力发电原理风力发电原理项目项目异步发电机异步发电机同步发电机同步发电机功率因数功率因数功率因数由输出功率决功率因数由输出功率决定定,不能调节。需要电网不能调节。需要电网供给励磁的无功电流供给励磁的无功电流,因因而导致功率因数下降。而导致功率因数下降。 功率因数可以很容

22、易地功率因数可以很容易地通过励磁调节装置予以通过励磁调节装置予以调整调整,即可在滞后的功率即可在滞后的功率因数下运行因数下运行,也可在超前也可在超前的功率因数下运行。的功率因数下运行。冲击电流冲击电流 强制并网强制并网,冲击电流大。冲击电流大。有时需要采用限流措施。有时需要采用限流措施。有同步装置有同步装置,并网时冲并网时冲击电流小。击电流小。 电压调节电压调节 单独运行时电压频率的单独运行时电压频率的调节调节单独运行时电压频率的单独运行时电压频率的调节调节异步发电机与同步发电机的比较异步发电机与同步发电机的比较 风力发电原理风力发电原理 单机独立运行的自励异步发电机：单机独立运行的自励异步发

23、电机： 1 1）建立电压的条件是：）建立电压的条件是： 发电机必须发电机必须有剩磁有剩磁，一般情况下，发电机都会有剩，一般情况下，发电机都会有剩磁存在，万一失磁，可用蓄电池充磁的方法重新获得磁存在，万一失磁，可用蓄电池充磁的方法重新获得剩磁。剩磁。 在异步发电机的输出端在异步发电机的输出端并上并上足够数量的足够数量的电容。电容。三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题1 电容自励异步发电机电容自励异步发电机自励异步风力发电机自励异步风力发电机风力发电原理风力发电原理2)2)建立电压时注意的问题：建立电压时注意的问题：（1 1）对应着）对应着最小临界电容最小临

24、界电容值值（2 2）对应着）对应着发电机发电机的的最小转速最小转速。三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题1 电容自励异步发电机电容自励异步发电机风力发电原理风力发电原理3)3)单机独立运行自励异步发电机的频率单机独立运行自励异步发电机的频率 )1 (601spnfs三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题1 电容自励异步发电机电容自励异步发电机(1)(1)负载增加时，负载增加时，为了维持发电机的频率不变，必为了维持发电机的频率不变，必须相应地提高发电机转子的转速须相应地提高发电机转子的转速。因为异步发电。因为异步发电机

25、的滑差绝对值机的滑差绝对值 增大，增大，（2 2）负载增加，发电机端电压下降，导致容性励）负载增加，发电机端电压下降，导致容性励磁电流的减少，磁电流的减少，为保持端电压不变，必须增加并为保持端电压不变，必须增加并接电容的数值，以增大励磁流。接电容的数值，以增大励磁流。 风力发电原理风力发电原理很难保证电压和频率不变。很难保证电压和频率不变。 在负载变化时，在调转速的同时，尚需根据负在负载变化时，在调转速的同时，尚需根据负载的大小和性质调节电容量的数值，而这种调载的大小和性质调节电容量的数值，而这种调节除非有自动装置，否则很难以保证电压和频节除非有自动装置，否则很难以保证电压和频率不变。率不变。

26、4)4)单机独立运行自励异步发电机的特点：单机独立运行自励异步发电机的特点：三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题1 电容自励异步发电机电容自励异步发电机风力发电原理风力发电原理2 硅整流自励交流发电机硅整流自励交流发电机 1）结构）结构 定子绕组为三相，定子绕组为三相，Y形连接，转子励磁绕组通过滑形连接，转子励磁绕组通过滑环得到经硅整流器的直流励磁电流环得到经硅整流器的直流励磁电流三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题风力发电原理风力发电原理（1 1）风变化，发电机）风变化，发电机转速变化转速变化，发电机出口，发电机

27、出口电压波动电压波动。（2 2）导致励磁电流变化，励磁磁场变化，造成）导致励磁电流变化，励磁磁场变化，造成电压的波动电压的波动，这，这种连锁反应使得电压的波动范围不断增加。种连锁反应使得电压的波动范围不断增加。 (3) (3) 电压波动向负载独立供电时，将造成电压波动向负载独立供电时，将造成用电设备损坏用电设备损坏。此外。此外独立运行的风力发电机都带有蓄电池组，电压的波动会独立运行的风力发电机都带有蓄电池组，电压的波动会导致蓄导致蓄电池组过充电电池组过充电，从而降低了蓄电池组使用寿命。，从而降低了蓄电池组使用寿命。三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题2

28、.硅整流自励交流发电机硅整流自励交流发电机2）存在问题）存在问题风力发电原理风力发电原理3)3)解决办法：励磁调节器解决办法：励磁调节器 使发电机能自动使发电机能自动调节其励磁电流调节其励磁电流( (励磁磁通励磁磁通) )的大小，来的大小，来抵消因风速变化而导致的发电机转速变化对抵消因风速变化而导致的发电机转速变化对发电机端电发电机端电压压的影响。的影响。（1 1）结构：电压继电器、电流继电器、逆流继电器及其所）结构：电压继电器、电流继电器、逆流继电器及其所控制的动断触点控制的动断触点J1、J2和动合触点和动合触点J3以及电阻以及电阻R1、R2等等组成。组成。（2 2）工作原理工作原理 a )

29、当发电机转速较低，发电机端电压低于额定值时，电当发电机转速较低，发电机端电压低于额定值时，电压继电器压继电器V V不动作，其动断触点不动作，其动断触点J1J1闭合，硅整流器输出端闭合，硅整流器输出端电压直接施加在励磁绕组上，发电机属于正常励磁状况电压直接施加在励磁绕组上，发电机属于正常励磁状况. b) 风速大，风速大，发电机转速增高发电机转速增高，端电压高于额定值，动断，端电压高于额定值，动断触点触点J1J1断开，断开，励磁回路中被串入了电阻励磁回路中被串入了电阻R1R1，励磁电流及，励磁电流及磁通随之减小磁通随之减小，发电机输出端电压也随之下降发电机输出端电压也随之下降；当电压；当电压降至额

30、定值，触点降至额定值，触点J1J1闭合，发电机恢复正常励磁状况。闭合，发电机恢复正常励磁状况。三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题2 .硅整流自励交流发电机硅整流自励交流发电机风力发电原理风力发电原理c) c) 负载过多负载过多, ,电流过大电流过大, ,会使发电机过负荷运行。会使发电机过负荷运行。当发电机当发电机输出电流高于额定值时，动断触点输出电流高于额定值时，动断触点J2J2断开，电阻断开，电阻R1R1被串入被串入励磁回路，励磁电流减小，从而降低了发电机输出端电压，励磁回路，励磁电流减小，从而降低了发电机输出端电压，并减小了负载电流并减小了负载电流

31、。d)d)为了防止无风或风速太低时，蓄电池组向发电机送电，装为了防止无风或风速太低时，蓄电池组向发电机送电，装有有逆流继电器逆流继电器。逆电流继电器由电压线圈。逆电流继电器由电压线圈vv、电流线圈、电流线圈II、动合触点、动合触点J3J3及电阻及电阻R2R2组成。发电机正常工作时，使组成。发电机正常工作时，使动合触点动合触点J3J3闭合；当风速太低，使得动合触点闭合；当风速太低，使得动合触点J3J3断开，从断开，从而断开了蓄电池向发电机励磁绕组送电的回路。而断开了蓄电池向发电机励磁绕组送电的回路。三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题2 .硅整流自励交流发

32、电机硅整流自励交流发电机3)3)解决办法：励磁调节器解决办法：励磁调节器（2 2）工作原理工作原理风力发电原理风力发电原理(1)(1)特点：与永磁发电机比较，优点：能随风速特点：与永磁发电机比较，优点：能随风速变化自动变化自动调节发电机的输出端电压调节发电机的输出端电压，防止产防止产生对蓄电池过充电生对蓄电池过充电，延长蓄电池的使用寿命；，延长蓄电池的使用寿命；同时还实现了同时还实现了对发电机的过负荷保护对发电机的过负荷保护(2)(2)缺点：但励磁调节器的动断触点，由于其断缺点：但励磁调节器的动断触点，由于其断开和闭合的动作较频繁，需对触头材质及断开和闭合的动作较频繁，需对触头材质及断弧性能做

33、适当的处理。弧性能做适当的处理。 三独立运行的交流风力发电机组的自励问题三独立运行的交流风力发电机组的自励问题2 .硅整流自励交流发电机硅整流自励交流发电机4)4)优缺点优缺点风力发电原理风力发电原理近来，随着电力电子技术和微机控制技术的发展，近来，随着电力电子技术和微机控制技术的发展，双馈型异步发电机双馈型异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator，简称简称DFIG)得到了广泛的重视。得到了广泛的重视。DFIG在结构上类似绕线式异步电机，具有定、转子在结构上类似绕线式异步电机，具有定、转子两套绕组。在控制中，两套绕组。在控制中，DFIG转子一般由接到电网上转子一

34、般由接到电网上的变换器进行交流励磁。的变换器进行交流励磁。第三节第三节 双馈异步发电机双馈异步发电机风力发电原理风力发电原理风力发电原理风力发电原理一一 特点特点 特点：特点：DFIG兼有异步发电机和同步发电机的特性兼有异步发电机和同步发电机的特性， （1 1）如果从发电机转速是否与同步转速一致来定）如果从发电机转速是否与同步转速一致来定义，则义，则DFIG应当被称为异步发电机应当被称为异步发电机 （2 2）但）但DFIG在在性能上性能上又又不象异步发电机，相反具不象异步发电机，相反具有很多同步发电机的特点有很多同步发电机的特点 。第三节第三节 双馈异步发电机双馈异步发电机风力发电原理风力发电

35、原理2 2 好处好处（1 1）同步发电机）同步发电机励磁电流励磁电流的的可调量只有幅值可调量只有幅值，所以一般只能，所以一般只能调节无功功率调节无功功率。 （2 2）而）而DFIG实行交流励磁，实行交流励磁，可调量有三个可调量有三个:一是励磁电流一是励磁电流幅值幅值;二是励磁电流频率二是励磁电流频率;三是励磁电流相位三是励磁电流相位。由于。由于DFIG励励磁电流的可调量比同步发电机多了两个，控制上更加灵活磁电流的可调量比同步发电机多了两个，控制上更加灵活:改变转子励磁电流频率，改变转子励磁电流频率，DFIG可以实现变速恒频运行可以实现变速恒频运行;改改变转子励磁电流的相位，使转子电流产生的转子

36、磁场在气变转子励磁电流的相位，使转子电流产生的转子磁场在气隙空间上有一个位移，改变了发电机电势相量与电网电压隙空间上有一个位移，改变了发电机电势相量与电网电压相量的相对位置，调节了发电机的功率角，所以相量的相对位置，调节了发电机的功率角，所以交流励磁交流励磁不仅可调节无功功率，也可调节有功功率不仅可调节无功功率，也可调节有功功率。在功率调节上在功率调节上DFIG较同步发电机有更多的优越性较同步发电机有更多的优越性第三节第三节 双馈异步发电机双馈异步发电机一一 特点特点风力发电原理风力发电原理3 3 结论：结论：(1) (1) DFIG实行交流励磁不仅可调节无功功率，也可调节有实行交流励磁不仅可

37、调节无功功率，也可调节有功功率。功功率。而同步发电机直流励磁，其电流可调量只有幅而同步发电机直流励磁，其电流可调量只有幅值，所以一般只能调节无功功率，值，所以一般只能调节无功功率， （2 2）DFIG通过通过改变转子励磁电流频率，转子可运行在变改变转子励磁电流频率，转子可运行在变化的速度状态，实现变速恒频运行。化的速度状态，实现变速恒频运行。同步发电机的转子同步发电机的转子必须运行在恒定转速，和风力机配合发电时，要求恒速必须运行在恒定转速，和风力机配合发电时，要求恒速恒频。恒频。（3 3） DFIG通过转子上加交流通过转子上加交流励磁电流，可进行无功调节励磁电流，可进行无功调节 异步发电机必须

38、从电网上吸收无功功率产生定子的励异步发电机必须从电网上吸收无功功率产生定子的励磁电流，所以无法进行无功调节，磁电流，所以无法进行无功调节，第三节第三节 双馈异步发电机双馈异步发电机一一 特点特点风力发电原理风力发电原理 1 1 同步发电机在稳态运行时的同步发电机在稳态运行时的频率频率，其输出端电压的频率，其输出端电压的频率与发电机的极对数及发电机转子的与发电机的极对数及发电机转子的转速转速有着严格有着严格固定固定的关的关系，即系，即 f=pn/60,故当风力机带动发电机转子作变速运行时，故当风力机带动发电机转子作变速运行时，同步发电机不可能发出恒频电能。同步发电机不可能发出恒频电能。 2 如果

39、转子做变速运行其速度为如果转子做变速运行其速度为nm,对定子产生的旋转磁场对定子产生的旋转磁场的频率为的频率为fm,另外在加入一组交流电流在转子上，其频率为另外在加入一组交流电流在转子上，其频率为f2，产生的旋转磁场相对于转子的转速为，产生的旋转磁场相对于转子的转速为n2=60f2/p,如果控如果控制制 nm n2=n1=同步转速，则定子发出的频率恒定。同步转速，则定子发出的频率恒定。即：即：f1=fm f2=fm Sf1第三节第三节 双馈异步发电机双馈异步发电机二二 工作原理工作原理其中其中s为异步电机的转差率为异步电机的转差率，s=n1-nm/n1111226060)(60sfSpnnnp

40、pnfm风力发电原理风力发电原理3 3 结论：结论：亚同步亚同步状态：当发电机的转速状态：当发电机的转速小于小于同步转速时，同步转速时，n nm m+n+n2 2=n=n1 1，滑差频率，滑差频率f f2 2产生的产生的旋转磁场与转子旋转旋转磁场与转子旋转速度速度相同，此时励磁变换器相同，此时励磁变换器向发电机转子提供交流向发电机转子提供交流励磁励磁，发电机由，发电机由定子发出电能给电网定子发出电能给电网;超同步超同步状态：发电机的转速状态：发电机的转速大于大于同步转速时，同步转速时，n nm mn n2 2=n1 =n1 ，滑差频率，滑差频率f f2 2产生的产生的旋转磁场与转子旋转速旋转磁

41、场与转子旋转速度度反向，此时发电机同时反向，此时发电机同时由定子和转子发出电能给由定子和转子发出电能给电网电网，励磁变换器的能量流向逆向，励磁变换器的能量流向逆向;同步同步状态：发电机的转速状态：发电机的转速等于等于同步转速时，同步转速时，n nm m=n=n1 1，此时发电机作为同步电机运行，此时发电机作为同步电机运行，由定子发出电能给由定子发出电能给电网电网，励磁变换器，励磁变换器向转子提供直流励磁向转子提供直流励磁。 第三节第三节 双馈异步发电机双馈异步发电机二二 工作原理工作原理风力发电原理风力发电原理双馈异步发电机在亚同步运行及超同步运行时的双馈异步发电机在亚同步运行及超同步运行时的功率流向如图功率流向如图3-233-23所示，图中所示，图中PemPem为发电机的为发电机