风力发电机组变流器基本原理.pdf

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1、1、双馈型风力发电系统的运行原理双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流

2、起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。风轮机制动器定子接触器变压器电网齿轮箱DFIG变桨机构变流器偏航滤机构波器Crowbar变流器控制系统控制器图1、双馈风力发电系统结构图双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁

3、场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式：n=n±n1r2npf=n±f1r260n−nn1r2s==±nn11式中，n、n、n分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产1r2生磁场相对于转子的旋转速度，f、f分别为定、转子电流频率，n为发电机极对数，12pn−nss=为发电机的转差率。ns由上式可知，当发电机转子转速n发生变化时，若调节转子电流频率f相应变化，可r2使f保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。当n

4、器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当n>n时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相r1对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当n=n时，r1f=0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。2双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机

5、的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。2.变速恒频双馈风力发电机运行工况2.1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程从上面对双馈电机的分析，我们可以建立双馈电机在不同情况下的运行状态，并且同时分析在该种情况下的功率流程。主要讨论的是定子侧功率P（向电网输出电能时为正，吸1收电网电能时为负），转差功率P（向电网馈送电能时为正，吸收电网电能时为负）和机械s功率P（电机吸收机械功率为正，电机输出机械功率时为负）。mec1）双馈电机运行于超同步发电机情况下：图2、双馈电机超同步发电机时的功率流程从上

6、图中可以看到，n=n−n，由于n与n方向相反，所以n＞n，转差S<0。并且12211电磁转矩T与n反向，起制动作用。因而此时，双馈电机是吸收机械功率P，然后通过emmec定子侧向电网输出功率P，通过转子侧向电网馈送转差功率P。因此可得P=P+P。1smec1s2）双馈电机运行于超同步电动机状态：图3、双馈电机超同步电动机时的功率流程n=n−nnnn从上图中可以看到，12，由于2与1方向相反，所以n＞1，转差率S<0。T并且电磁转矩em与n同向，起驱动作用。因而此时，双馈电机是通过定子侧向电网吸收功PPPPPP率1，通过转子侧向电网吸收转差功

7、率s，向外输出机械功率mec。因此可得mec=1+s。3）双馈电机运行于亚同步发电机状态：图4、双馈电机亚同步发电机时的功率流程从上图中可以看到，n=n−n，由于n与n方向相同，所以n＜n，转差率S＞0。12211并且电磁转矩T与n反向，起制动作用。因而此时，双馈电机是通过转子侧向电网吸收功em率P，向外吸收机械功率P，通过定子侧向电网输出转差功率P。因此可得P=P+P。smec11mecs4）双馈电机运行于亚同步电动机状态：从图5中可以看到，n=n−n，由于n与n方向相同，所以n＜n，转差率S12211＞0。并且电磁转矩T与n同向，起驱动

8、作用。因而此时，双馈电机是通过定子侧向电网em吸收功率P，向外输出机械功率P，通过转子侧向电网输出转差功率P。因此可得1mecsP=P+P。1mecs图5、双馈电机亚同步电动机时