变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究

摘要：该文分析了变速恒频双馈风力发电系统的运行区域，并针对高低风速区采取不同的控制策略，实现低风速区最大风能追踪和高风速区的额定功率保持。

关键词：风力发电机组变速恒频控制策略

中图分类号：tm614 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2012）12（b）-00-01

在当今新能源技术开发中，风电成为最成熟、最具开发利用的发电技术。风电机组是风电系统的重要装置，直接影响输出电能的质量和效率，因此选取合适的控制策略是保证系统安全、高效运行的关键。

1 变速恒频双馈感应风力发电系统

变速恒频双馈感应风力发电系统中，风力机通过齿轮箱与发电机转子相连，发电机定子直接连接到电网，转子通过变频器并网。“双馈”是指发电机的定、转子同时向电网馈电。

根据不同的风速，风力发电机组主要有五个运行区域，如图1所示，每个运行区域机组的输出功率不同。

图1 双馈风力发电机组的运行区域

其中，a为并网区；b为最大风能追踪（mppt）区域；c为过渡区；d为功率限制区。e为切出停机区。

由于风速的不断变化，风电机组运行在不同的运行区域。通常将发电机组的运行策略确定为：低风速区域，实现最大风能的追踪或

变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理

变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究变速恒频发电技术变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术发展的主要方向。其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最佳值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。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。主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的发展趋势。

双馈式风力发电机剖析

双馈式风力发电机【摘要】随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。关键词：风能风力发电变速恒频双馈式发电机一、风力发电风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）

双馈发电机工作原理

第七章双馈风力发电机工作原理我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位臵上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功功率，还可以调节有功功率。交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力发电机组均是采用此种控制策略。一、双馈电机的基本工作原理设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，电机的极对数为p，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的 n称为同步转速，它与电网频率气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速 1

双馈风力发电模拟实验机组

双馈风力发电模拟实验机组双馈风电机组（又称：双馈风力发电机模拟试验台），是风力发电行业广泛应用的模拟实验机组，该机组具有模拟变速恒频风力机组并网发电的功能及特性，是风电行业科学研究、教学实验的理想产品。双馈风电机组分为拖动单元、控制单元、发电单元、测量单元。本机组使用原动电机为拖动单元，电动机通过联轴器拖动双馈发电机。用户可根据设计的实验目的由控制单元调节电动机转速，达到宽范围模拟大自然风速变化引起的发电机发电状况之变化。用户通过开放式测量单元，可以根据自己的实验需求给定发电机转矩，通过控制双馈发电机的功率输出，达到变速恒频风力机组的并网发电等过程各参数的实验研究。通过机组故障模拟，达到对机组常见故障的认识和处理方法。拖动单元的原动机选用异步电动机（也可选用永磁同步电动机、交流同步电动机、直流电动机）：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。发电单元选用双馈发电机（也可选用永磁同步发电机、直流发电机、交流异步发电机，交流同步发电机）：双馈发电机变速恒频发电。控制单元选用变频器控制拖动电机转速，用以模拟风速的变化，同时可以方便的通过计算机控制变频器实现电机的转速调节模拟风机出力。测量单元选用光电编码器采集发电机的转子位置和实时转速，光电编码器安装于发电机后端输出轴上（两台电机联轴间也可安装扭矩传感器，用于测量轴功率和转速）；选用电压、电流、频率等测量传感元件及检测显示表面板、按键，开关模块等，对电量信号进行采集、分析、处理。机组实现变速恒频风力机组发电状态的模拟，包括转速、转矩、发电量及有功、无功调节。拖动单元：模拟机组因风速变化而引起的转速变化。机组模拟实验内容 1、风力发电机接线形式实验 2、空载运转实验 3、风速模拟实验 4、转距模拟实验

风力发电机设计

高等教育自学考试毕业设计（论文）风力发电机设计题目级机电一体化工程09专业班级姓名高级工程师指导教师姓名、职称

所属助学单位 2011年 4月1 日目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)

7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动

双馈风电机组与永磁直驱机组对比

双馈风电机组与永磁直驱机组对比发表时间：2019-03-14T16:13:57.780Z 来源：《建筑模拟》2018年第34期作者：李兵[导读] 清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。李兵辽宁大唐国际新能源有限公司辽宁沈阳 110000 摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。一、双馈风力发电系统双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。 1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能； 2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率； 3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送能量，双馈式风力发电机在亚同步和超同步转速下都可发电。故称双馈技术主要特点发电机采用绕线式异步电机，定子直接与电网相连，转子侧通过变流器与电网相连。当双馈发电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节双馈发电机的功率因数。 1发电机转子侧变流器功率仅需要25%～30%的风机额定功率，大大降低了变流器的造价； 2发电机体积小、运输安装方便、成本低； 3可承受电压波动范围：额定电压±10%； 4网侧及直流侧滤波电感、电容功率相应缩小，电磁干扰也大大降低； 5可方便地实现无功功率控制。主要缺点 1需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，维护成本高 2发电机需安装集电环和刷架系统，且须定期维护、检修或更换随着风电机组单机容量的增大，双馈型风电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生；从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统将逐步在大型风电机组中占有更大比例，另外，在传动系统中采用集成化设计和紧凑型结构是未来大型风电机组的发展趋势。在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善的背景下，大型风电机组越来越多地采用pmsg（无功控制和低电压穿越能力），pmsg不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流电源，也不需要滑环碳刷，结构简单且技术可靠性高，对电网运行影响小。Pmsg与全功率变流器结合可以显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击，保障风电并网后的电网可靠性和安全性，与双馈型机组相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易满足电网对风电并网日益严格的要求。二、直接驱动型风力发电系统典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机（pmsg）和全功率背靠背双pwm变流器，无齿轮箱。Pmsg通过全功率变流器直接与电网连接，通常极对数较多，低转速，大转矩，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，呈圆环状；由于省去了齿轮箱，从而简化了传动链，提高了系统效率，降低了机械噪声，减小了维修量，提高了机组的寿命和运行可靠性；发电机通过变流器与电网隔离，因此其应对电网故障的能力更强，但是变流器容量较大，损耗较大，变流器的成本较高。

双馈电机调速

双馈电机调速科学技术的迅猛发展，人类社会已进入到一个飞速发展的时期，能源、材料、信息的发展在其中起到了举足轻重的作用。纵观人类历史文明的每次进步与更迭都与能源与材料的开发应用密切相关。中国是世界最大的发展中国家,同时也是世界第二大能源消费国, 正确认识中国能源消费状况与能源消费结构,实现能源、经济和社会之间的协调发展,是中国所面临和必须解决的重要课题。上世纪70年代,石油危机给工业国家的经济带来了沉重的打击,这大大促进了全球范围内对可再生能源的开发及节能技术的研究。尤其是近年来,随着石油价格的节节攀升,世界上许多国家一方面把可再生能源作为常规矿物能源的一种补充、替代能源，将可再生能源作为其能源发展战略的重要组成部分，另一方面积极开发和推广低功耗、高效率的节能技术。作为世界上第二大能源消费国，我国一直把节能减排当成一个重要的战略来选择，并在十一五规划中提出了具体的目标和要求。电能是能量的一种形式。与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换装置——电机，在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。目前，风机、水泵等机械设备的耗电量几占整个工业耗电量的一半，众所周知，采用变频调速技术后，风机和泵类负载可节约大量电能，平均30%左右。因此开发高效率的交流调速系统，经济地利用好这一部分电能，对应对当前能源紧张和实践国家节能要求都有着很好的现实意义。交流调速系统的应用与成熟是与电力电子技术，微电子技术以及控制技术的发展密切相关的。20世纪上半页，鉴于直流拖动系统优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电动机，而当时约占电力拖动容量80%以上的不变速拖动都采用交流电动机，这种分工在一定的时间内已成为一种公认的格局。那时，交流调速系统的多种方案虽然已经问世，并已获得应用，但其性能却始终不能与直流调速系统相匹敌。但直流调系统也并不是那样的完美，直流电机由于具有电刷和换向器等机械结构，存在着固有的―换向这一理论和技术上的实际困难，限制了其应用范围，特别是在大功率和高电压条件下的应用；另外，直流电机维护困难，易产生火花也使得提高电机转速和极限容量受到了限制。20世纪60～70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流调速系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统应运而生，交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。交流电动机较之直流电动机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高的优势得到了充分的发挥，其在国民工业生产和生活的各个方面得到了广泛的应用。随着交流电动机的广泛应用，以电力电子器件、微电子器件技术和控制技术等为基础的变频调速技术，有了突破性的进展，生产出满足变频调速要求的变频器，从此标志着交流调速进入了一个崭新的时代。在变频器出现后的近三十年里，其被广泛的应用在纺织、冶金、印刷、化工、工矿、石油、医药、造纸卷烟等行业，从工业环境，到家居电器到处都能看到它的身影。以应用广泛的交-直-交变频器为例，未来变频技术的发展主要有以下几个趋势： 1、开关损耗降低：低压小容量变频器普遍采用的功率开/关器件是功率MOSFET、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和IPM（智能功率模块）。中压大容量变频器采用的功率开关器件有：GTO（门极可关断晶闸管）、IGCT（集成门极换流晶

风力发电机组总体设计

1．总体设计一、气动布局方案包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。二、整机总体布置方案包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。三、整机总体结构方案包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。四、各部件和系统的方案应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。五、整机重量计算、重量分配和重心定位包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。六、配套附件整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能

双馈异步风力发电机(西莫讲堂)

主讲人：aser 关键词：双馈异步风力发电机协助讨论： Edwin_Sun lidb856 pat baizengchen g zslzsl xfq7111 wayne 会议摘要： 1. 引言：风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁直驱发电机机舱

会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPM下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW，1.5MW，2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。 2.双馈异步发电机的原理：所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速

到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。 3. 双馈异步发电机的设计难点：结构设计难点：因机舱封闭体积，

变速恒频风力发电机组的无功功率极限

变速恒频风力发电机组的无功功率极限申洪，王伟胜，戴慧珠（中国电力科学研究院，北京100085）摘要：根据变速恒频风电机组的工作原理，建立了变速恒频风电机组的稳态数学模型，该模型考虑了风力机、双馈电机及其转速控制的稳态特性。在此模型的基础上，提出了计算变速恒频风电机组无功功率极限的方法，并对一变速恒频风电机组进行了计算分析，验证了所提方法的可行性。关键词：变速恒频风电机；双馈电机；无功功率极限 1 引言近年来世界风力发电发展迅速，风电装机容量平均每年以高于20%的速度增长。截止到2002年底，全世界风力发电装机容量约为31128MW，其中我国风电装机容量达468.42MW。目前，兆瓦级风力发电机组已逐渐取代600kW级的机组，成为国际上风力发电机市场的主力机型，风电机组正向着大型化、变桨距和变速恒频的方向不断发展和完善。虽然变速恒频风电机组与固定转速的风电机组相比在性能上有较大改善，但由于风速变化的随机性，变速恒频风电机组的并网运行对电力系统而言仍然是一种波动的冲击功率，因而必须对这种风电机组的并网运行特性进行研究。变速恒频风电机组的发电机采用双馈感应电机，文献[1]~[3]对它的稳态模型进行了研究，建立了基于与定子磁场同步旋转的dq坐标系的数学模型。因为双馈发电机的转速和定子侧的无功功率都可以调节，所以转速控制规律和无功功率控制规律对变速恒频风电机组的稳态特性也有很大的影响。文献[1]、[2]介绍了转速控制和无功功率控制的基本思想，其中转速控制的目标是使风力机的功率系数最优，而无功功率控制则根据其接入的电力系统的实际运行方式可以设定为功率因数恒定或端电压恒定两种控制方式。风电机组发出的有功功率主要取决于风速的大小，而无功功率则取决于风电机组的无功控制方案。一般风电场位于偏远地区，电网结构薄弱，当无功功率控制的设定值达到风电机组的无功功率极限时，一方面转子绕组发热将导致风电机组停机，另一方面由于不能向系统中提供或吸收足够的无功功率，将导致端电压降低或升高，严重时将导致系统电压失稳。因而研究变速恒频风电机组的无功功率极限是很有必要的。文献[4]对此问题进行了一定的研究，但它只讨论了发电机定子绕组中有功功率和无功功率的稳态运行域问题，并没有解决整个风电机组注入系统的有功功率和无功功率的稳态运行域问题。另外，该文献没有考虑转速控制规律的影响。

风力发电机设计

摘要自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱

Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox

双馈风力发电机组

双馈风力发电机组一前言风力发电作为清洁、丰富、可再生能源,日益受到全世界广泛重视,特别就是在近年得到了迅猛发展。当风流过风力机叶片,带动风力机转动时,风能转化为机械能,风力机又拖动发电机转子旋转,发电机向电网供电,机械能转化为电能。采用双馈绕线型异步发电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著优势:风能利用系数高,不但能吸收由风速突变所产生的能量波动且避免主轴及传动机构承受过大的扭矩与应力,还可以自由调整有功与无功功率,改善系统的功率因数,可实现对频率与电压的方便调节等。目前,双馈风力发电技术就是应用最为广泛的风力发电技术之一。二双馈绕线型异步风力发电系统的组成变速恒频VSCF(Variable Speed Constant Frequency)双馈绕线型异步风力发电系统主要由风力机、增速齿轮箱、双馈绕线型异步发电机DFIG(Doubly-fed Induction Generator)、双向变频器与控制单元等组成。双馈发电机定子绕组接工频电网,转子绕组接“交—交”、“交—直—交”或“矩阵式”双向变频器,该变频器可实现对转子绕组的频率、相位、幅值与相序等调节控制。控制系统采用正弦波脉宽调制技术SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)与绝缘栅双极晶体管控制技术IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),可四象限运行,变速运行范围一般在同步转速的±35 %左右。三实现变速恒频的两种基本方式实现变速恒频的基本方式一般有两种:一种就是采用传统直流电励磁或永磁同步发电机(以及笼型异步发电机等),另一种就是采用交流励磁的同步化双馈绕线型异步发电机。当系统采用传统直流电励磁或永磁同步发电机(以及笼型异步发电机等)时,变频器设置在发电机定子侧。随着转速不断变化,发电机发出变频交流电,经整流与逆变,最终转换成恒频电源再并网发电,永磁直驱同步发电机系统结构如图1(永磁半直驱同步发电机系统须在风力机与发电机之间增加增速齿轮箱):

无刷双馈电机控制原理

无刷双馈电机控制原理一、设备名称 1250KW无刷双馈电机低压变频控制系统二、设备用途本设备用于电机厂1250kw无刷双馈电机低压绕组测变频控制三、现场技术条件及技术参数 1、环境条件 ·工作环境温度:0--40摄氏度 ·存储环境温度:-25-- 55摄氏度 ·相对湿度:<95%(无凝露) ·环境等级/ 有害化学物质:Class 3K3,符合标准 EN 60721-3-3 ·有机体 / 生物体影响因素:Class 3B1,符合标准 EN 60721-3-3 ·污染等级:2 (EN 61800-5-1) 2、电源 ·660 — 690 V 3 AC, ±10 % (-15 % < 1 min) ·不平衡度±5 % 3、无刷双馈同步电动机技术参数 3、1电机型号:TWS630-8 3、2额定功率:1250KW 3、3额定转速:743r/min 3、4满载效率:95、1％ 3、5工频绕组额定电压:6kV 3、6工频绕组额定频率:50Hz 3、7工频绕组额定电流; 100A

3、8工频绕组功率因数:0、84 3、9变频绕组额定电压:690V 3、10变频绕组额定频率: 25Hz 3、11变频绕组额定电流; 528A 3、12变频绕组功率因数: 0、8 4.变频调速装置技术参数 4、1额定功率:450 kW 4、2额定输入电压: 690V 4、3额定输入电流:598 A 4、4额定输入频率:50 Hz 4、5额定输出电压:690 V 4、6额定输出电流:560 A 4、7额定输出频率:25 Hz 5、变频器供电变压器技术参数 5、1产品型号及名称_ZTSFG(H)-800-6__ 5、2额定容量___ _800______kVA 5、3高、低压额定电压___6___ / _0、69__ kV 5、4高压分接范围_____±2×2、5__ _% 5、5短路阻抗________6________% 5、6相数________3________ 5、7绕组数________3________ 5、8频率________50_______Hz 5、9使用条件 5、9、1海拔________1000_____m 5、9、2环境温度________-10～40__℃

双馈电机矢量控制系统的研究

双馈电机矢量控制系统的研究交流调速双馈电机矢量控制仿真 1引言近十年来，随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展，电气传动领域已出现交流电机调速取代直流电机调速的发展趋势。对于一些高电压、大功率且调速范围不大的场合，采用绕线型异步电机双馈控制系统，其装置可靠性高、造价低廉。此外，双馈电机矢量控制系统还具有快速动态响应，低谐波污染，高效及能调节电网功率因数等高性能控制特点。因此，双馈电机控制系统具有非常广阔的应用前景。本文给出了一种按定子磁链定向的双馈电机矢量控制系统，并通过仿真验证了该系统的正确性。 2矢量控制技术由于电动机的控制主要是对转矩的控制，交流电动机又是多变量、强耦合的非线性系统，与直流电动机相比，转矩控制要困难得多[1]。而以前的控制系统都是采用单变量控制系统的概念，没有考虑交流电机的非线性、多变量的本质，因而其动态性能不甚理想。许多专家学者对此进行了潜心研究，终于提出了两项研究成果：德国西门子公司F.Blaschke等提出了“感应电机磁场定向的控制原理”和美国P.C.Custman和A.A.Clark申请专利的“感应电机定子电压的坐标变换控制原理”。在以后的实践中经过不断的改进，形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速系统。由于交流电动机三相定子电流经过三相/两相坐标变换，可以等效成两相静止坐标下的交流电流，在通过按定子磁场定向的旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系下直流电流。由此可以将交流电动机等效成直流电动机，按照直流电动机的控制方法来控制经过变换的直流电流，在通过坐标的反变换，即可实现对交流电动机的控制。 3 定子磁链定向双馈电机的矢量控制的基本原理 3.1 双馈调速的基本原理所谓调速，就是将电能分别馈入感应电动机的定子绕组和转子绕组。通常将定子绕组接入工频电源，将转子绕组接入频率、幅值、相位和相序都可以调节的独立的交流电源。双馈调速的基本思想是，在绕线式感应电机的转子回路串入附加电势，调节附加电势的大小、相位和相序，就可以调节感应电机的转矩、转速和定子侧的无功功率。 3.2 双馈感应电机的数学模型双馈电机的数学模型建立在转子dq坐标系中比较方便[1]。其基本方程如下： (1) (2) (3)

变速恒频风力发电关键技术研究

变速恒频风力发电关键技术研究发表时间：2018-06-07T10:41:35.750Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：李琳[导读] 摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。（大唐新能源黑龙江公司 150038）摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。关键词：变速恒频；风力发电；技术研究前言：根据我国目前生态建设和可持续发展的需要，大力开发可再生能源已经成为了当下应用能源的新型趋势，而风能正是符合这一需求的可再生绿色能源。风力发电技术早在上个世纪就开始进行研究和应用，但是在一定程度上机组性能尚不完善，关键技术的研发未有突破，导致了风能利用率较低。在近些年逐步发展的变速恒频风力发电技术在一定程度上可以对此改善，在技术研究上也有了新突破。 1.风力发电的技术分析 1.1恒速恒频风力发电机组分析恒速恒频风力发电机组是一种运行后叶轮不能根据风速的变化而发生变化的，是由电网频率决定的风轮转速和电能频率在运行时基本保持不变的风电机组。主要发展于上世纪八十年代和九十年代之间，曾经被我国广泛应用于风力发电，并在此期间不断被研究者优化的一种风力发电形式。恒速恒频风力发电机组最开始的容量只有几十千瓦级，逐步发展为兆瓦级，并且有着一系列优点，例如：性能稳定、操作简便等，但仍属于非智能操作系统。在恒速恒频风力发电机组中，由两种较为常用的控制方式：主动失速控制和定桨距失速控制。其中，主动失速控制是应用于大容量机组的一种控制方式，这种控制方式可以使机组具有稳定的输出功率，也会有部分机组采用定桨距失速控制，但是，该方式的输出功率不稳定还会造成一定程度上的齿轮箱磨损。在恒速恒频风力发电系统中，由于外界风速变化无常，但风力发电机本身的转速不会改变，就会造成数据的不准确，风机效率低下等状况。在风力发电中，要提高风力发电系统的发电效率是首要任务，在整个过程中捕获最大风能是要点，所以发电系统一直在向着目标改进发展。随着科学技术的发展，在风力发电方面也有了明显的突破，正如近年来慢慢发展并强大的变速恒频风力发电系统。 1.2变速恒频与恒速恒频的对比分析变速恒频风力发电机组是当今的主流风力发电机组，是二十世纪末期发展起来的一种高效的风力发电方式。与恒速恒频风力发电机组相比，变速恒频风力发电机组有明显的优势。变速恒频风电机组可以应对不同风速大小，在不同风速下进行自身调节，最大化捕捉风能，提高风能的利用率。恒速恒频发电机组在遇到较大风力时，自身产生的较大电流会使自身结构遭到损害。变速恒频风力发电机组本身可以根据外界风速的变化进行自身调节，减少因力的相互作用而导致装置内部结构遭到破坏的现象，从而大大延长了机组的使用寿命。不仅如此，变速恒频风力发电机组主要是通过对内部转子交流励磁电流幅值、频率以及相位的控制，实现在变速下对于频率的恒定控制，，这种控制方式还可以达到对输出功率的控制，使装置运行更加灵活，以便于整个机组的运作。 2.变速恒频风力发电的关键技术分析 2.1变速恒频风力发电工作原理在变速恒频风力发电机组中，主要的三个部，分是风力机、发电机和辅助构件。变速恒频风力发电的基本工作原理是风力机构件中的叶轮吸收风能，在风能的作用下发生转动，使之转化为机械能，而后，叶轮的转动带动齿轮箱工作，产生机械能，再将产生的机械能通过发电机转化为电能，并经过一定转化输入电网，再由电网对各个用户进行传输。目前的变速风力发电系统完全实现了机械自动化，属于智能运作系统，不需要人工调节，可以根据风速风力进行自身调节，适应外界变化。对于变速恒频发电机组而言，在额定风速以上运行时，可以使叶轮上的载荷控制在安全值内，并且，有效的调节风电机组吸收的能量。风力机的叶轮由于质量较大，具有较大的惯性，在变桨控制产生作用时，叶轮不会及时发生变化，通常情况下会滞后一定时间才能有所表现，这一情况很容易使功率有大幅度的波动。所以，在额定风速上运行时，需要用发电机转矩来进行快速的调节，来保证输出稳定的能量。当机组处于额定风速以下时，可以通过提高对发电机转矩的控制，使机组变速运行，以达到提高能量转换率的目的。 2.2变速恒频发电系统交流励磁双馈发电系统：这种发电系统内部的主要结构有叶轮、齿轮箱、发电机、四象限变频器、交流励磁控制器、检测装置以及风力发电控制器等，其内部还存在滑环和电刷。馈电方式为装置内部转子绕组通过交流—交流的方式或是交流—直流—交流方式的变频器提供相关数据可以调节的电源，定子绕组接电网。交流励磁控制器还可以通过对于转子变频器输出的电压、幅值、相位以及频率的控制来调节转矩和定子的无功功率。在装置中，变频器提供给转子低频旋转磁场，且满足公式：ω1=ωs±ωr。其中ω1代表定子磁场同步转速，ωs代表整个磁场旋转速度，ωr代表转子机械旋转速度。无刷双馈发电系统：这种电力系统的深入研究始于上世纪七十年代末，在此期间的几十年中，主要由美国Wisconsin大学、Ohio州立大学等高等院校对无刷双馈发电系统进行深入研究。其内部结构主要有电网、功率绕组、控制绕组、变频器、无刷电机、风力机等。在其内部定子上，一般有两套三相对称绕组，一个为主绕组，一个为副绕组。一般由工频交流电源直接为主绕组供电，如果副绕组短路，系统能够在异步运行方式下运作。无刷双馈发电系统内部的转子一般分为磁阻转子和笼形转子两类，其中，磁阻转子以ALA型较为常见，笼形以笼形短路绕组转子较为常见。在风力发电系统的研究中表明，无电刷和滑环的发电转子在应用中更为稳定耐用，可靠性强。并且，发现在所有的发电系统研究中双馈型有刷及无刷的变速恒频控制在性能上都较为优越，较为常用，可以在此结论的基础上进一步对于双馈型变速恒频空间展开研究，进一步发展我国变速恒频风力发电的应用。 3.结语

恒速恒频风力发电系统的数学模型

恒速恒频风力发电系统的数学模型为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型风轮机、传动机构和异步发电机的模型。本文以恒速恒频风力发电系统为研究对象，它主要由风力机和异步风力发电机等主要元件组成。我们着重于风电场与系统相互影响问题的研究，与之密切相关的环节，其数学模型将详细地描述。数学模型的建立为研究风电场的运行特性和风电场并网运行带来的稳定问题以及研究电力系统接入一定规模的风电场的可行性提供了基本的工具。 2.1 风电场及风力发电机组简介风力发电场是将多台并网风力发电机安装在风力资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电，简称风电场。风力发电形式可分为“离网型”和“并网型”“离网型”有：(1)单机小型风力发电机；(2)并联的小型或大型孤立的风力发电系统；(3)与其它能源发电技术联合的发电技术，如风力／柴油发电机联合供电系统。“并网型”的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到儿百兆瓦，由于十台甚至成百上千台风电机组构成。并网运行的风力发电场可以得大大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，也是近儿年来风电发展的主要趋势。在日益开放的电力市场环境下，风力发电的成本也将不断降低，如果考虑到环境等因素带来的间接效益，则风电在经济上也具有很大的吸引力。风电场的发电设备为风力发电机组，发电机经过变压器升压与电力系统连接，如图2．1

图2-1风电场与电力系统连接图在风场内，风机与变电所之间的连接有两种方式：场地布置相对集中时用电缆直埋；场地布置相对分散时用架空lOkV 线路。一般有两种供电方式如图2-2：一是采用一台风机经一台箱式变电站就近升压；二是采用两台或多台风机经一台箱式变电站就近升压。 2.2 异步发电机的稳态数学模型为了研究风电场对电力系统的影响，需要建立合理的风电场数学模型，为进一步仿真分析奠定基础。按照本课题研究的要求，我们先后建立了异步发电机的稳态数学模型和动态数学模型，其中动态数学模型包括风速模型、风轮机、传动机构和异步发电机的模型。首先异步发电机与异步电动机在能量转换过程中各功率损耗之间的关系不同，如图2-11。步发电机的功率转换是将输入的机械功率己转换为输出电功率，它的特点在于其转子的转速比定子产生的旋转磁场的转速更高。自然风吹动风轮机叶片，将风能转化为机械能，由此获得的机械功率只扣除掉机械损耗Pm 。和附加损耗mc P 后即为传递到异步发电机转子可转换的机械功率mec P 。在等效电路中对应可变电阻(1-s)／s(s<0)上的电功率，扣除转子铜耗1cu P 和铁心损耗fe P ，得到输入定子绕阻的电磁功率me P ，再扣除定子铜耗1cu P ,即得到注入电网的电功率Pe 。上述功率流向可表达为 ad me mec m P P P p ++= (2-1)