双馈型异步发电机的运行理论

1、双馈型异步发电机的运行理论（一）双馈型异步发电机的运行理论屈虎机组的运行稳定性提高，可更多地吸收无功功率，改善目前由于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。利用矢量变换控制技术，综合改变DFIG转子励磁电流的相位和幅值，可以实现DFIG输出有功功率和无功功率的解耦控制，因此，在功率调节上DFIG较同步发电机有更多的优越性。由于DFIG具有同步发电机所不具备的变速恒频运行的能力，使它在以下几方面的应用中有明显的优势：(1) 在原动机变速运行场合中，实现高效、优质发电。 在很多发电场合中，原动机转速是时刻变化的，如潮汐电站中，水头是变化的，使水轮机转速也变化；风力发电中，随风速

2、的变化风力机转速也会变化；船舶与航空发电机的转速跟着推进器的速度而变化。以往的发电方式中，由于受电网频率和同步发电机特性的限制，发电机转速不能变，迫使原动机在不同水头、不同风力等情况下维持一个转速，使得机组运行效率降低，原动机磨损增大，发电质量下降或被迫降低出力，甚至停机。DFIG可通过调节转子励磁电流的幅值、频率与相位，在原动机速度变化时也可保证发出恒定频率的电能，从而提高了机组的运行效率，降低了机组的磨损，延长了机组的使用寿命。(2) 能参与电力系统的无功功率调节，提高系统稳定性 现代电力系统的发展趋势是单机容量越来越大，送电距离日益增长，输电线电压等级逐渐提高。此外，

3、电网负荷变化率也随社会需求越来越大，经常出现输电线传输有功功率高于其自然功率的工况。这时线路出现过剩无功功率，引起持续工频过电压，这会危及系统的安全运行和增加损耗。目前解决的办法是在线路上加装静止电抗器、调相机或静止无功补偿器，或要求发电机进相运行，这些措施提高了运行的技术和经济成本。由于DFIG可以调节励磁电流的相位，达到改变功率角使发电机稳定运行的目的，所以可通过交流励磁使发电机吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调节，解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性。(3) 可实现发电机安全、便捷的并网P 采用同步发电机或异步发电机时，并网控制较为复杂，

4、往往需要精确的转速控制和整步、准同步操作。而采用DFIG时，通过对转子实施交流励磁，精确地调节发电机定子输出电压，使其满足并网要求，实现安全而快速的“柔性”并网操作。从上面的讨论中可以看出，具有变速恒频运行的能力是DFIG一个非常重要的优势。变速恒频的机理可用图2.1来进一步说明。图2.1 DFIG变速恒频运行原理 图2.1中、分别为DIFG定、转子电流的频率，为定子磁场的转速，即同步转速，为转子磁场相对于转子的转速，为DFIG转子的电转速。由电机学的知识可知，DFIG稳定运行时，定、转子旋转磁场相对静止，即从上式可知，当发电机转速变化时，可通过调节转子励磁电流频率保持定子

5、输出电能频率恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机亚同步运行时，转子绕组相序与定子相同；当发电机超同步运行时，转子绕组相序与定子相反；当发电机同步速运行时，转子进行直流励磁。（二）交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机。交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁，使其具有灵活的运行方式，在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。 随着电力系统输电电压的提高，线路的增长，当线路的传输功率低于自然功

6、率时，线路和电站将出现持续的工频过电压，为改善系统的运行特性，不少技术先进的国家，在6"世纪A"年代初开始研究异步发电机在大电力系统中的应用问题，并认为大系统采用异步发电机后，可提高系统的稳定性，可靠性和运行的经济性。本文在前期研究的基础上，通过应用实例，进一步深入地研究了异步发电机电磁设计及电站并接电容量的确定，为推广应用异步发电机提供了技术保障。 "异步发电机与同步发电机的比较异步发电机主要的优缺点：1）主要优点笼型转子异步发电机结构简单牢固,特别适合于高圆周速度电机。2）无集电环和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制。3）由于无转子励磁磁场,不需要同期及电压调节

7、装置,电站设备简化.4、负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下在一定转速范围内变速运行。5）异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和失步问题.并网操作简便。6）主要缺点大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是电网的无功负载。尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临界负荷,将引起电压崩溃。异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电网或静止电容器提供。具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定。虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功,可能是一个缺陷，但当其使用恰当时,可作为电网无功优化的一种手段。并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益。 异步发电机与同步发电机在电站中应用的经济性比较 ：1）异步发电机装备的电站由于无需直流励磁系统,同期装置,电站投资费用低. 2）由于无集电环,电刷,转子励磁绕组,因此维护及运行费用低.3）异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组,因此一般效率高于同容量同转速的同步发电机。相同的水源下,采用异步发电机可多发电。4）异步发电机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容器)受到部分抵消