双馈电机介绍.doc

一、双馈发电机 1. 定义 交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机.交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。 2、分类 交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种: 1) 运行于变速恒频方式; 2) 运行于无功大范围调节的方式; 3) 运行于发电-电动方式。 二、双馈异步发电机与同步发电机的比较 随着电力系统输电电压的提高,线路的增长, 当线路的传输功率低于自然功率时,线路和电站将出现持续的工频过电压.为改善系统的运行特性, 不少技术先进的国家,在16世纪初开始研究异步发电机在大电力系统中的应用问题,并认为系统采用异步发电机后,可提高系统的稳定性, 可靠性和运行的经济性. 1、异步发电机主要的优缺点 (1)主要优点：笼型转子异步发电机结构简单,牢固,特别适合于高圆周速度电机.无集电环和碳刷,可靠性高,不受使用场所限制.由于无转子励磁磁场,不需要同期及电压调节装置,电站设备简化.负荷控制十分简单,多数情况下不需水轮机调速器,水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下在一定转速范围内变速运行.异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象,但无同步发电机类似的振荡和失步问题.并网操作简便. (2)主要缺点：大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行,由同步发电机或 电网提供自身所需的励磁无功,因此异步发电机是电网的无功负载.尽管从原理上说异步发电机可以 借助于电容器孤立运行在自激状态,但处于这种运行状态时,发电机调压能力很弱,当发电机达到临界负荷,将引起电压崩溃. 异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机,电 网或静止电容器提供.具体的励磁提供方式由电站类 型或电网运行条件决定.虽然异步发电机不能提供自 身和负载所需的无功,可能是一个缺陷,但当其使用 恰当时,可作为电网无功优化的一种手段.并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益. 2、在电站中应用的经济性比较 (1)异步发电机装备的电站由于无需直流励磁 系统,同期装置,电站投资费用低. (2)由于无集电环,电刷,转子励磁绕组,因此维护及运行费用低. (3)异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组,因此一般效率高于同容量同转速的 同步发电机.相同的水源下,采用异步发电机可多发电. (4)异步发电 机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容 器)受到部分抵消. (5)异步发电机所需励磁的大小与电机的额定转速成反比(即与电机的极对数成正比),转速越 高,标幺值励磁越低. (6)异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小.、双馈电机的原理 目前的风电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。(1) 双馈电机的工作特性 双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。当双馈电机定子对称三相绕组由频率为f1(f1=p?n1/60)的三相电源供电时，由于电机转子的转速n＝(l-s)n1(s为转差率，n1为气隙中基波旋转磁场的同步速率)。为了实现稳定的机电能量转换，定子磁场与转子磁场应保持相对静止，即应满足:ωr＝ω1-ω2 其中:ωr是转子旋转角频率;ω1是定子电流形成的旋转磁场的角频率;ω2是转子电流形成的旋转磁场的角频率。由此可得转子供电频率f2＝s?f1，此时定转子旋转磁场均以同步速n1旋转，两者保持相对静止。与同步电机相比，双馈电机励磁可调量有三个:一是与同步电机一样，可以调节励磁电流的幅值;二是可以改变励磁电流的频率；三是可以改变励磁电流的相位。通过改变励磁频率，可调节转速。这样在负荷突然变化时，迅速改变电机的转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电网的扰动远比常规电机小。另外，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，可达到调节有功功率和无功功率的目的。而同步电机的可调量只有一个，即励磁电流的幅值，所以调节同步电机的励磁一般只能对无功功率进行补偿。与之不同的是双馈电机的励磁除了可以调节电流幅值外，亦可以调节其相位，当转子电流的相位改