双馈电机变速恒频风力发电技术概述

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1、双馈电机变速恒频风力发电技术概述林波基金项目：国家自然科学基金资助项目(50577025)作者简介：林波（1983—），男，江西萍乡人，华东交通大学硕士研究生，主要研究电力电子与风力发电电话：15979038113E-mail：linbo0613@163.com宋平岗赵芳（华东交通大学电气与电子工程学院江西南昌330013）摘要：文中简要介绍了双馈电机变速恒频风力发电系统的基本结构和运行原理，对双馈电机变速恒频风力发电技术进行了概述，其中包括交流励磁电路拓扑、控制策略、并网控制，展望了双馈电机变速恒频风力发电技术的发展趋势

2、。关键词：变速恒频；双馈电机；风力发电；控制策略0引言风能是一种非常具有开发潜力的可再生能源，近年来风力发电技术已经得到了各国学者的广泛关注和重视。风力发电技术中的变速恒频发电方式是目前风力发电技术的发展方向。变速恒频双馈风力发电系统运行时通常将发电机定子绕组接入工频电网，转子绕组与幅值、频率、相位和相序均可调节的四象限变频器相连。与其他变速恒频风力发电系统相比，双馈风力发电系统所需变频器容量较小，在额定同步速+30%的调速范围运行时，变频器的容量约为电机额定容量的25%，变频器的损耗小，系统的效率高，有功功率和无功功率可

3、实现解藕控制。在双馈变速恒频风力发电系统中，双馈发电机的控制与鼠笼型异步电机调速控制相似，经历了标量控制、矢量控制、直接转矩控制及智能控制等阶段。结合风力发电的特殊运用场合，产生了直接功率控制等新的控制策略[1]。本文对双馈电机变速恒频风力发电技术中交流励磁变频电源拓扑结构、交流励磁控制策略、并网控制等进行了概述，力图反映变速恒频双馈风力发电技术的最新研究进展。1双馈电机变速恒频风力发电系统的基本结构和运行原理风力发电技术中的变速恒频发电方式是目前风力发电技术的发展方向，变速恒频控制技术的风力发电系统主要由风力机、双馈发电

4、机、变频器励磁系统、控制检测系统组成，如图1-1所示图1-1双馈电机变速恒频风力发电系统的基本结构众所周知，任何电机在稳态运行时，定子旋转磁场与转子旋转磁场都是相对静止、同步旋转的。对双馈电机有：+=(1-1)式中：—定子绕组电流频率；—转子绕组电流频率；—转子旋转的转速—电机的极对数其中，“+”表示亚同步运行，“一”表示超同步运行，后者要求转子绕组相序与定子相反。从这个关系式可以看出，当转子转速变化时，可调节转子的供电频率，保持不变，即保证定子馈电频率不变，与电网一致。2双馈风力机交流励磁变频电源拓扑结构采用绕线异步电机

5、作为发电机并对其转子电流进行控制，是变速恒频异步风力发电系统的主要实现形式之一，当前使用电力电子器件可满足交流励磁要求的变频电源形式主要有：交交变换器，矩阵式交交变换器，交直交变换器、多电平PWM变换器。交交变换器采用晶闸管作为功率开关器件，按相控方式工作，实现交流-交流直接变频、变压[3]。三相交-交变换器有3个“三相输入，单相输出”的交-交变换器按照三相对称原则连接而成。这种变换器工作稳定，可靠，适合作为双馈电机转子绕组的变换器电源，交交变频的最高输出频率是电网频率的1/3-1/2，在大功率低频范围有很大的优势。交交变

6、频没有直流环节，变频效率高，主回路简单，不含直流电路及滤波部分。虽然交交变换器双馈系统得到了普遍的应用，但因其功率因数低，高次谐波多，输出频率低，变化范围窄，使用元件数量多使之应用受到了一定的限制。 　　为解决晶闸管型相控交-交变换器输入、输出特性差、谐波成分大的缺陷，近来出现了另一种新颖的交-交直接变频电路—矩阵式变换器，这种变换器是一种交交直接变换器，由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成[4][5]。矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三个电平组成，谐波含量比较小；其功率电路简单、紧凑，并可输出频率、幅值及相位可

7、控的正弦负载电压；矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作。虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通或者关断的现象，实现起来比较困难。矩阵变换器最大输出电压能力低，器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。应用在风力发电中，由于矩阵变换器的输入输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。另外，矩阵变换器的输入端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。 　　交直交变换器是目前应用最广泛的变换器，它

8、分为电压型和电流型两种，由于控制方法和硬件设计等各种因素，电压型逆变器应用比较广泛[6][7][8][9]。电压型变换器大多数采用二极管整流方式供电，二极管不可控单方向导电特性使得变换器不能向电网回馈能量。为实现双馈电机转子能量的双向传送，交直交电压源变换器常采用PWM形式。该类型的变换装置具有结构简单