双馈发电理论培训

2005v1.0双馈变频发电机控制技术基础

1变速发电概论传统同步发电机转速公式：

n0=60f0/pn0:同步转速f0:定子供电频率P:极对数直流励磁同步机传统火电发电机，50赫兹，两极，3000rpm2双馈发电机原理图VVVF3双馈发电机原理图解释采用绕线式异步电动机，定子接工频电源，转子外接三相可变电源，因定、转子均供电，故称双馈也称为交流励磁发电机4双馈发电机特性发电机转速可变（可以高于或低于同步速度）转速变化过程中控制变频电源保持转子磁场与定子磁场同步旋转（自同步特性）可以对发电机定子侧有功和无功同时进行解耦控制（矢量控制）5直流励磁同步发电机交流励磁发电机直流励磁三相交流励磁定子、转子磁场按同步速度转子与旋转磁场同步旋转定子、转子磁场按同步速度旋转由于转子励磁是三相交流，转子磁场相对

于转子旋转转子速度慢于磁场旋转速度（亚同步）转子速度快于磁场旋转速度（超同步）定子磁场转子磁场定子磁场转子磁场转子转子6关键概念定子频率f0=50HZ定子磁场旋转速度n0=60f0/p转差率s=(n0–n)/n0转子转速

n=(1–s)60f0/p7关键概念自同步转子供电频率

f2=sf0转子电势

E2=sE20E20：转子开口电压8双馈发电机工作状态静止状态s=1亚同步状态0<s<1同步状态s=0超同步状态s<09转差率s定子额定电压的转子转子感应电势E210开口电压E20（G58：定子D接法1852V）最高速度静止亚同步速度区超同步速度区同步速度0.4-0.3740/1.732=427V（定子Y接法）556V（定子D接法）10功率关系风机功率PM定子有功功率P1=PM+P2转子有功功率P2=sP1转子无功功率S2=sS1发电总功率P=PM=P1-P2=（1–s)P1

11发电功率P转子功率P2亚同步S>0定子功率P1超同步S<012转差率s发电功率P10最高速度1950rpm静止亚同步速度区超同步速度区同步速度1500rpm定子额定功率G58双馈发电机功率曲线图转子功率投入速度900rpm额定发电功率。转速1620rpm，Y–D切换0.4-0.08-0.313双馈发电机对转子变频器的要求四象限变频器，功率可以双向流动低谐波，满足电网要求变频器容量取决于最大电流和最大转差率满足自同步控制要求满足有功/无功解耦控制要求14四象限变频器15低谐波，满足电网要求采用IGBT高频开关减少谐波总量，提高谐波次数采用滤波器进一步过滤高次谐波16变频器容量选择转差越大，变频器工作电压越高风机力矩越大，变频器工作电流越大转子绕组采用星–三角变换可以减小变频器容量并匹配风机特性低速、低负荷时定子采用星形接法，降低转子感应电势高速、高负荷时定子采用三角形接法，降低转子工作电流G58转子变频器容量仅63KVA，大大小于传统双馈转子变频器容量17转子变频器的自同步控制采用光电码盘确定转子绕组位置以转子位置为起始点控制转子三相电流，使转子磁场与定子磁场同步旋转光电码盘要进行初始定位以矫正安装误差18有功和无功的解耦控制控制器有两个控制通道有功功率通道控制发电量无功功率通道控制功率因数19矢量变换IIIp有功功率无功功率I2TI2M33320Ψ气隙磁通矢量I2I1IME1，E2U1发电矢量图I2TI2M有功分量无功分量VVVFI2I1U1E1，E221变频调速是如何实现的？以最低的损耗进行能量控制，把固定频率和幅值的交流电源变成频率和幅值可控的交流电源变频调速技术是半导体功率开关技术和电动机运动控制技术结合的产物半导体功率开关技术：变频器主回路，执行能量变换电动机运动控制技术：变频器控制回路硬件和软件，能量变换的控制22为什么要采用开关技术来进行能量控制？采用开关来进行功率的控制，理想状态开关上的静态功率损耗为零（I=0或V=0，二者必居其一，P=I*V=0）开关的能量损耗主要发生在开关由开到关或由关到开的过渡过程中KK23

用开关进行功率的连续控制有触点开关，机械动作开关频率低无触点开关，没有机械动作，开关频率高对开关进行高频通断，可以控制负载上的平均功率，开关动作频率越高，功率控制越平稳24为什么要采用半导体功率开关技术？有触点开关无法满足功率连续控制对开关进行高频率分合操作的要求开关的过渡过程的损耗不仅带来能量损失，而且使开关发热，危害安全运行用半导体开关代替机械开关，由于半导体开关是无触点的，因此开关频率高，寿命长，能够满足工业上功率连续控制的要求25半导体开关器件半导体开关器件的发展水平决定了功率开关技术的水平。大功率半导体开关器件从可控硅SCR开始，经历了可关断可控硅GTO，大功率晶体管GTR，功率MOS管MOSFET，绝缘栅晶体管IGBT，集成门极换流晶闸管IGCT等数代元件的发展过程开关的发展趋势是工作频率越来越高，开关动作的速度越来越快（开关损耗低），操作开关所需要的能量越来越小26使用半导体开关进行功率变换的主要方式移相控制

移相控制采用可控硅技术，通过对可控硅触发时刻（移相角）的控制来使固定频率和幅值的电网电压得到整流，产生可调的输出电压。由于移相角控制策略的不同，可以产生可控整流或交交变频的效果。半导体器件承受的是交流电压，电压反向后能自然关断，因而变流器结构简单，可靠性高。但移相控制的开关频率受电网频率限制，输出谐波大，响应慢。27移相控制，控制角大，输出电压平均值低移相控制，控制角小，输出电压平均值高输出电压UU3AC28斩波控制斩波控制直接对直流电源进行开关控制，必须采用强迫关断电路或可关断器件。例如交直交电流型变频器，通过逆变桥斩波将直流电流逆变成交流方波电流，斩波的频率决定了输出电流的频率。对斩波的开关时间进行一定的数学计算，产生脉冲宽度调制（PWM）的效果，达到平均值的控制

29UU单相斩波器(PWM)输出电压斩波控制30电动机运动控制技术电动机运动控制技术的目的是实现对电动机力矩的控制TU1I2cos2要在充分利用电动机铜、铁材料的基础上实现转矩的控制(基速以下的恒磁通控制，基速以上的恒功率控制）31运动控制的实现通过对电动机物理状态的数学模型的模拟和控制，用矢量分解的办法把交流电动机的调速变得和直流电动机调速一样（磁通）E（感应电势）U（定子电压）I（定子电流）电流力矩分量IT电流励磁分量IM32在控制的实现方法上

经历了模拟控制到数

字和计算机控制的发

展过程，得益于微