双馈式风力发电机运行原理及发电控制技术研究

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1、双馈式风力发电机运行原理及发电控制技术研究　　摘要：随着全球各国的工业发展速度加快，化石燃料储存量随之减少，因此风能发电技术愈加重要。因为电力企业的风能发电需求，风力发电机得到广泛运用。现阶段，我国在风力发电机的发展速率、技术运用和推广力度方面和国外相比存在一定差距。为推动风力发电机快速发展、运用，文章从双馈式风力发电机角度分析了其运行原理及发电控制技术。　　关键词：双馈式风力发电机；运行原理；发电控制技术；矢量控制；模糊控制文献标识码：A　　中图分类号：TM614文章编号：1009-2374（2016）20-013

2、9-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.069　　根据相关调查显示，在全球各国中，因风力发电项目，每年投入1000亿元资金总额，约有100个国家开始研究、运用风力发电技术。因此，随着化石燃料逐渐减少，社会生产需要太阳能技术、发电技术和水利技术，这些技术也有可能代替火力发电技术。对于风力发电技术，加强风力发电机研究和运用具有十分重要的现实意义，大多数选择双馈式设计方式。笔者结合自身多年的风电企业的从业经验，立足双馈式风力发电机角度，分析其运行原理、发电控制技术。　　1双馈式风

3、力发电机的结构、特点7　　双馈式风力发电机是由英国学者的设想而来，在自级联导发电机研发基础上，逐渐研发而来，双馈式发电机与绕线异步电机有着结构类似性，因定子、转子两部分均可以馈出、馈入电能，所以称之为双馈。另外，因双馈式发电机利用转子形成交流，因此，双馈式发电机又叫做交流励磁发电机。　　双馈式风力发电机，双馈主要指电机定子、转子，都能完成电力供应。通常而言，双馈式发电机是由接线盒、转子、定子、冷却系统、滑环系统和传动结构构成。转子结构一般为散嵌绕组、半线圈与成型绕组构成。滑环系统包含滑环座、维护罩、碳刷、风扇等构成，

4、滑环环氧浇注式、热套式类型，冷却系统包含水冷式和风冷式方式。　　从某种性质来看，双馈式发电机属于异步式发电机范围，这类发电机具有同步式发电机的励磁绕组，一般用于功率因素、励磁过程的调控，所以双馈式发电机具有异步、同步两种优点。　　针对双馈式发电机定子贴心，有相同形状凹槽的均匀分布，主要是用于嵌入定子绕组，通过定子三相电流，产生一定旋转磁场。在转子中，利用嵌入绝缘导线，可组成三相绕组。在转子上引出三相线，再连接转轴的集电环，通过电刷引出。通常而言，定子和工频电网能够直接连接，转子通过变换器与电网连接，以便于转子的交流励

5、磁。7　　同时，双馈式发电机的成本较低、体积较小，调节方式为无功率调节，且抗电磁的干扰能力强，具有简便易行的特点。发电机励磁过程和供电网络没有直接联系，由转子即可直接完成所处电路。所以双馈式发电机的输出能量较为稳定，在工作过程中，电网通常不会发生较大的波动幅度。双馈式发电机系统利用电机励磁过程的控制，能够准确和快速地调节运转状态、功率因素。此外，对于风力变化影响，双馈式发电机适应能力较强，可保持稳定的输出能力。　　2双馈式风力发电机的运行原理分析　　对于双馈式发电机，定子连接供电网络后，转子连接双脉冲调制变流器，接着

6、介入到相应网络。所以在双馈式风力发电机的定子端，如果电力参数没有发生变化，利用双脉冲变流器，即可调节转子端电流。此外，在双馈式发电机的运行流程中，转子部分利用交流，即可完成励磁过程，确保发电机具有较强适应能力、足够稳定性，对降低发电成本十分重要。按照定子和转子的磁场转动速率，双馈式发电机主要包含以下三种运转模式：　　2.1超同步模式　　如果定子磁场处于一种转动状态且低于转子磁场的转动效率，转轴输出功率，则高于定子磁场功率。对于转子所处电路，就无需直流励磁电流。借助双脉冲调制变流器，即可为供电网络供电，所以处于该种模式

7、状态，发电机通过定子与转子，向所处电路传输电能，即双馈式发电机的正常工作模式。　　2.2同步模式　　处于定子磁场转动状态下，如果和转子磁场转动速率相等，则转轴出功率和电子功率也基本相同。双馈式发电机就只能运用定子所处电路，为供电网络输送电能，转子所处电路无法参与其中，主要接受直流励磁电流。处于这种状态中，三者的转动速率基本相同，所以双馈式发电机能够实现同步模式工作。　　2.3亚同步模式7　　如果定子磁场处于一种转动状态，且低于转子磁场速率，转轴输出功率低于定子磁场功率。因此，在该种模式状态下，必须依靠双脉冲变流器，方

8、可实现转子供电网络的电能供给。电能输出需依靠定子电路承担，又称之为补偿发电。在发电机实际过程中，环境因素决定了发电机工作模式。若风力变化较小，则双馈式发电机处于亚同步模式。如果风力充足，则双馈式发电机处于正常工作模式。　　2.4模式分析　　对于上述三种工作模式，笔者以变速恒频风力发电系统为例，处于该系统中，发电机定子与电网直接连接，转子通过两个