双馈风力发电机的工作原理.pdf

双馈风力发电机工作原理讲义 本章的主要内容是讲述双馈感应发电机（Doubly-Fed Induction Generator，简称DFIG）的工作原理及其励磁控制，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，但是由于其有独立的励磁绕组，可以 像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（Alternating Current Excitation GeneratorACEG）也有称为异步化同步电机（Asynchronized Synchronous Generator）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，释放或者吸收负荷，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 在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的 相对位置，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以调节无功功率，也可以调节有功功率。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。 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 电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个旋转磁场的转速n 称为同步转速， 1 p 它与电网频率 f及电机的极对数 的关系如下： 1 n = 60f1 （3-1） 1 p 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 的三相对称电流，所产生的旋转磁场相 2 对于转子本身的旋转速度为： -1- n = 60f2 （3-2） 2 p 由式（3-2）可知，改变频率f ，即可改变n,而且若改变通入转子三相电流的2 2 相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设n 为对应于电网频率为501 Hz时双馈发电机的同步转速，而n 为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n ±n=n=常数，见式（3-3），则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电 2 1 机时一样，其频率将始终维持为f 不变。1 n±n=n=常数 （3-3） 2 1 n −n 双馈电机的转差率S= 1 ，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为 n 1 pn p(n −n) pn n −n f = 2 = 1 = 1 × 1 = fS （3-4）