变速恒频双馈风力发电变频器简介

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双馈风力发电技术交流近四年风力发电容量统计

年份2003年2004年2005年2006年累计发电容量（万kW）56．776．4126．9258．9新增发电容量（万kW）9.819.750.5126比上年增长速度――2．01倍2．55倍2．5倍国内机组占新增容量比重――25％29．4％41．3％近两年风力发电机组类型统计分析

变速恒频双馈风力发电

变频控制技术中国北车集团永济电机厂西安永电电气有限公司主要内容双馈发电机工作原理双馈发电机结构双馈发电机应用特点双馈风力发电系统结构双馈变频器工作原理双馈变频器矢量控制原理异步电机矢量变化过程西安永电公司双馈变频器矢量控制方法电网侧变频器矢量控制转子侧变频器矢量控制双馈变频器电气原理图双馈变频器试验波形1.双馈发电机结构同普通绕线转子异步电机结构功能相同，所不同的是普通绕线转子异步电机主要用于提高起动转矩、用于串级调速（串电阻、内电反馈）；双馈发电机用于发电，其转子绕组必须接变频器，由双馈变频器给发电机转子提供励磁电流，在电机定子感应发电，基于这种原理，双馈发电机还可以有另外一种结构，即无刷双馈发电机，其结构原理如下图示：无刷双馈发电机结构原理图

由无刷双馈发电机结构原理图可知，无刷双馈电机与现有的双速失速型风力发电机结构相同，不同的是无刷双馈发电机定子上的两套绕组极对数是一样的，我们的双速风力发电机定子上两套绕组极对数不同，用于适应不同风速下发电；无刷双馈发电机的控制绕组，只用于给发电机励磁，同步速以上可向电网馈电，运行原理同有刷双馈发电机，但在结构上比有刷双馈发电机有许多优势：一是转子没线圈绕组，转子温升不受限制；二是线圈绕组全在定子上，有利于散热，也不旋转，可靠性大大提高；三是转子上没有了滑环，没有电刷，大大减小了电机维护量。2.双馈发电机的应用特点双馈发电机因为采用了双馈变频器给转子提供励磁，其运行特性与普通绕线转子有很大区别，主要表现在：双馈发电机转速运行范围大大提高，普通鼠笼发电机只能在同步转速范围以上发电，并且运行范围很窄，只有1％左右，超过后发电机即进入失速区；只要双馈变频器容量不受经济限制，双馈发电机转速运行范围可以是0－2倍同步转速，此时双馈变频器容量与双馈发电机容量相同。双馈变频器采用矢量控制，有功、无功分量完全解耦，可以使双馈发电机灵活输出超前、滞后无功功率，可以改善电网功率因数，稳定电网电压，控制特性近乎同步发电机。双馈发电机由于有双馈变频器提供励磁电流，在电网电压故障瞬间，具有较强过载能力，由于过载电流受IGBT额定电流限制，过载能力要次于同步发电机；普通鼠笼异步发电机，在电网故障瞬间，与同步发电机一样有较强过载能力，但由于没有励磁电流支撑，短路电流衰减很快，必需要靠无功补偿装置维持电网电压稳定。双馈发电机在双馈变频器供应励磁电流，在电机定子侧感应出恒定频率电功率；双馈变频器输出到发电机转子的频率，即励磁电流的频率f2，与转子旋转的角频率和必须恒等于50Hz，用公式表示如下：

3.双馈发电系统结构图4.双馈变频器矢量控制原理

双馈电机属于异步发电机，异步电机的转矩转矩方程：T＝CTφmI2COSφ2，即转矩与电机气隙磁场、转子电流、转子电流的功率因数有关。气隙磁场由定子电流、转子电流相互作用产生（准确的说法应该是，由定子电流产生的穿过气隙与转子绕组匝链的磁通以及转子感应电流相互作用而产生的），定子电流的大小与电机负载密切相关，因此要准确控制电机转矩，即双馈发电机功率，非常困难。因此引入矢量控制，即根据直流电机控制原理，将异步电机有功分量、无功分量进行解耦，在电机控制时，保持无功分量即励磁电流恒定，只需调节电机的有功分量，即可控制电机转矩，控制非常灵活。

5.异步电机矢量变化过程

矢量变化过程，其实就是坐标变化过程，主要是为了简化异步电机数学模型，使模型降阶。首先是三相电磁量变换成两相电磁量，即把三相坐标系中的电磁量变换到两相坐标系中进行运算，所以定义了定子两相坐标系（静止坐标系），坐标系的两个坐标轴分别用α、β表示，通常使α轴与三相轴a轴重合。另一坐标变换是，将两相静止坐标的电磁量转换为旋转坐标下的电磁量，两相旋转坐标系定义为d、q坐标系，又称M—T坐标系，实现异步电机有功分量。由于引入了旋转坐标，d、q坐标下的电磁量又产生了旋转耦合项，在实际应用时，