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双馈风力发电机运行控制及其空间矢量分析

双馈风力发电机（DoublyFedInductionGenerator，DFIG）是

一种常用于风力发电中的发电机，具有高效、稳定、可靠等特

点。这种发电机的运行控制对于提高风力发电效率、保障电网

稳定运行具有非常重要的意义。因此，本文将从双馈风力发电

机的基本原理入手，对其运行控制进行分析，最后进行空间矢

量分析，以期能够更深入地理解双馈风力发电机运行的基本原

理及其控制方法。

一、双馈风力发电机的基本原理

双馈风力发电机是一种异步发电机，其转子采用鼠笼型结构形

式，由于采用了双馈结构，因此可以在一定程度上控制发电机

的转速和输出功率。双馈风力发电机主要由定子和转子两部分

组成，其中定子由三相绕组和定子铁心组成，转子由三相鼠笼

型转子和转子铁心组成。

在风力发电机运行过程中，风轮叶片转动带动发电机转子旋转，

同时定子中的绕组接收到控制系统输出的三相交流电源，形成

旋转磁场，使得转子内部产生电流。但是，由于转子电流是通

过转子与定子之间的转子定子绕组之间相互耦合进行调节的，

因此双馈风力发电机可以实现在一定范围内调节转速和输出功

率的目的。

二、双馈风力发电机的运行控制

1、转速控制

转速控制是双馈风力发电机运行控制的一个重要组成部分，常

见的转速控制方法包括半导体功率调节和桥臂绕组控制。其中，

半导体功率调节是指通过调节发电机中的半导体设备电路来改

变发电机输出的有功功率，从而控制发电机的转速；而桥臂绕

组控制则是指通过调节发电机中的桥臂绕组来实现发电机的转

速控制。

2、无功控制

无功控制是指在保证有功输出一定的情况下，通过调节发电机

产生的无功功率来控制电网电压的稳定。一般来说，无功控制

可以分为定常无功控制和暂态无功控制两种。其中，定常无功

控制是指在发电机输出功率不变的情况下，通过调节发电机产

生的无功功率来控制电网电压稳定；而暂态无功控制则是指当

电网电压发生暂态变化时，通过双馈风力发电机的控制系统进

行调节，以保护电网的稳定性，同时保证发电机的安全运行。

3、综合控制

综合控制是指在以上两种控制模式的基础上，将转速控制、无

功控制以及其他控制模式进行综合，以实现发电机的稳定运行。

在风力工程中，综合控制通常采用微型控制器（MCU）进行

实现，包括机械部分、电气部分以及控制部分，可以通过地面

终端进行实时监控和控制。

三、空间矢量分析

空间矢量分析是一种常见的电机控制方法，其基本思想是通过

对电机内部的空间矢量进行分析和控制，以实现对电机输出的

控制。对于双馈风力发电机而言，空间矢量控制通常采用基于

电流矢量控制的方法，以实现对发电机输出功率、速度以及无

功功率的实时控制。

在空间矢量控制中，通常需要进行矢量变换，在双馈风力发电

机中，变换矢量通常采用Park变换和Clarke变换进行实现。

其中，Park变换是一种将三相参考系变换到旋转参考系的方

法，通过旋转变换可以将三相交流信号转换为直流信号；而

Clarke变换则是一种将三相信号变换到ABC坐标系的方法，

通过将三相信号分解成为一个正常量和两个相位信号，实现对

发电机控制的分离。

综上所述，空间矢量分析可以通过对双馈风力发电机内部矢量

的控制，实现对发电机功率、速度以及无功功率的实时控制。

在实际应用中，空间矢量分析通常采用PID控制方法进行控

制，通过高精度的算法控制发电机稳定运行，提高风力发电的

效率和可靠性。

四、结论

双馈风力发电机作为风力发电中的一项重要技术，具有高效、

稳定、可靠等特点，在实际应用中具有广泛的应用前景。通过

对双馈风力发电机的基本原理进行分析，对其运行控制进行探

讨，最后对其空间矢量分析进行介绍，可以更加深入地了解双

馈风力发电机的基本原理和控制方法，为实际应用提供参考依

据。本文将按照以下顺序，分析并列出一些与双馈风力发电机

相关的数据：全球风力发电装机容量、全球风力发电市场规模、

双馈风力发电机市场占比、双馈风力发电机的效率、及其控制

系统等。

一、全球风力发电装机容量

2020年全球风力发电装机容量达到743GW，较2019年增加

了53GW。

风力发电已成为全球可再生能源领域的重要组成部分，具有广

泛的应用前景和巨大的市场潜力。根据2020年全球风力发电

统计数据，全球风力发电装机容量为743GW，较2019年增

加53GW。

二、全球风力发电市场规模

2020年全球风力发电市场规模约为1090亿美元。

全球风力发电市场快速发展，