双馈式风力发电机结构原理及功率分析

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1、-双馈式风力发电机结构原理及功率分析摘要：文章详细介绍了双馈式风力发电机组的机构组成、工作原理，分析了风力发电系统中双馈式风力发电机的工作特性，详尽分析了含双馈式风力发电机的系统中功率的流向以及流动过程。关键字：双馈式风力发电机、原理、功率thestructureandprincipleandpoweranalysisofdoubly—fedinductiongeneratorbaiwenjun（chinathreegorgesuniversity，collegeofelectricalengineering&renewableenergy，yichang443002，china）absrta

2、ct：thispaperdescribethestructureandprincipleofthedoubly—fedinductiongeneratorindetail，andthenanalysistheoperatingcharacteristicsofthedoubly—fedinductiongeneratorinthewindpowergenerationsystem，atthelast，analysistheflowandliquidityofthepowersystemwhichcontainthedoubly—fedinductiongenerator.keywords：do

3、ubly—fedinductiongenerator，structure，power0.---引言随着人们对可再生能源的重视和科学技术的进步，风电正受到越来越多的关注，其在整个电力系统中所占的比重也日益增加。众所周知，风电的产生正是通过风力推动桨叶转动，同时带动发电机的转动，将风能转化为机械能从而产生电能，然而，风速却不是恒定不变的，这就造成桨叶的转速的不稳定，导致了发电机所发出的电能的电压和频率的波动，因此，怎样使风力发电机发出稳定的电能是困扰了人们多年的问题。为了使风力发电系统能够发出稳定的电能，人们从多种科学角度对风机进行了控制，包括：通过对风机采用变桨距控制，改变风机的桨距角（即风机叶

4、片与风轮平面的夹角），从而改变风机叶片的迎风角度，调整风机对风能的利用率的方式；利用桨叶翼型的本身所具有的失速特性，让风机在风速大于额定风速的情况下，利用气流的攻角增大到失速的条件下，在桨叶的表面产生涡流，从而使风机的效率降低，由此来限制发电机的输出功率的方式等等。随着双馈式发电机的出现及应用，其在很大程度上改善了风力发电不稳定的情况，为风机并网运行做出了很大的贡献。1双馈式风力发电机的结构双馈发电机（doubly—fedinductiongenerator，简称dfig）最初的设想来自于一位英国学者，是在自级联异步电机的基础上发展出来的。其在结构上与绕线异步电机较为类似，由于其转子和定子两部

5、分都能馈入或馈出能量，因此得名“双馈”.---，同时，由于双馈式发电机是通过转子来产生交流磁场，所以，双馈式发电机也被形象的称为交流励磁发电机。双馈式发电机的结构一般是由转子、定子和气隙三个组成的。在双馈式电机定子的铁心上，均匀的分布着同形状的凹槽，它的主要作用就是用来嵌入定子绕组，使得通过定子的三相电流能够产生旋转磁场，同样，在转子中也有嵌入用绝缘导线组成的三相绕组，如图1，从示意图中可以清楚的看到，转子上引出的三相线先连接到位于转轴上的集电环上，然后再由电刷引出。一般情况下，定子是直接接到工频电网上，而转子则通过变换器连接到电网上，以用于转子进行交流励磁用。2双馈式风力发电机的原理在分析双

6、馈式风力发电机的工作原理之前，先引入双馈式电机交流励磁变速恒频发电系统，这样能更好的帮助我们分析双馈式发电机在系统中是如何工作的以及其在整个系统中的作用。图2所示即为双馈式发电机交流励磁变速恒频发电系统的基本组成示意图。图的最左端为风机的桨叶，当桨叶通过风力的推动转动时，连杆经过齿轮箱的变速后带动发电机转动。当风速发生变化时，势必带动发电机的转速发生变化，此时，可以通过变频器有针对的控制输入到转子侧的励磁电流的频率，来改变转子磁场的旋转速度，这样，就能使定子侧感应出同步转速，将变速恒频发电变为现实。我们可以用一个数学表达式来表示这种关系：（2—.---1）式中各符号意义如下：f为电网频率；fr

7、为转子的电流频率；nm为发电机的机械转速；np为电机的极对数。发电机的机械角速度ωr与电机的极对数np以及电角速度ωm之间的关系为：ωr=npωm。由以上关系式可以推断，当发电机的转速发生变化时，即式2—1中的发生变化时，要保持电网的频率不发生变化，我们可以通过控制转子的电流频率，即fr来确保f恒定不变，达到变速恒频的目的。当发电机的转速小于同步转速，即ωrω1时，该发电机处于超同步状态之下，在此