双馈异步发电机的组成及原理-淘乐生活5057 _ ups2009037 _ 中金博客

        目前的风电机组多采纳恒速恒频系统,发电机多采取同步电机或异步感应电机。在风电机组向恒频电网送电时,不须要调速,因为电网频率将逼迫控制风轮的转速。在这种情形下,风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。效率降落,被迫下降出力,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{zj0}状况,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。 
         双馈电机的工作特性
双馈电机的构造相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鼓励,所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源鼓励,一般采取交-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)。为了实现稳固的机电能量转换,定子磁场与转子磁场应坚持相对静止,即应满足:
ωr=&omega,;1-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,两者坚持相对静止。
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,。通过转变励磁频率,可调节转速。这样在负荷突然变化时,敏捷改变电机的转速,充足应用转子的动能,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,可到达调节有功功率和无功功率的目标。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变时,由转子电流发生的转子磁场在气隙空间的地位就发生一个位移,改变了双馈电机电势与电网电压向量的相对地位,也就改变了电机的功率角。所以双馈电机不仅可调节无功功率,也可调节有功功率。一般来说,当电机接收电网的无功功率时,往往功率角变大,使电机的稳固性降落。而双馈电机却可通过调节励磁电流的相位,减小机组的功率角,使机组运行的稳固性进步,从而可多接收无功功率,战胜由于晚间负荷降低,电网电压过高的困难。与之相比,异步发电机却因需从电网吸收无功的励磁电流,与电网并列运行后,造成电网的功率因数变坏。所以双馈电机较同步电机和异步电机都有着更加优胜的运行性能。 

        风力发电中双馈电机的节制
在风力发电中,由于风速变幻莫测,使对其的应用存在必定的困难。所以改善风力发电技术,提高风力发电机组的效力,最充足地应用风能资源,有着十分主要的意义。任何一个风力发电机组都包含作为原动机的风力机和将机械能改变为电能的发电机。其中,作为原动机的风力机,其效率在很大水平上决议了整个风力发电机组的效率,而风力机的效率又在很大水平上取决于其负荷是否处于{zj0}状况。不管一个风力机是如何精致地设计和施工建造,若它处于过载或久载的状况下,都会丧失其效率。从风力机的气动曲线可以看出,存在一个{zj0}周速比λ,对应一个{zj0}的效率。所以风力发电机的{zj0}节制是维持{zj0}周速比λ。另外,由于要斟酌电网对有功功率和无功功率的请求,所以风力机{zj0}工况时的转速应由其气动曲线及电网的功率指令综合得出。也就是说,风力发电机的转速随风速及负荷的变化应及时作出相应的调整,依附转子动能的变化,接收或释放功率,减少对电网的扰动。通过变频器控制器对逆变电路中功率器件的掌握。可以转变双馈发电机转子励磁电流的幅值、频率及相位角,到达调节其转速、有功功率和无功功率的目标,既进步了机组的效力,又对电网起到稳频、稳压的作用。图2是按这种掌握思路得出的风力发电双馈电机控制体系框图。  
 
        整个掌握体系可分为三个单元:转速调整单元、有功功率调整单元、电压调整单元(无功功率调整)。它们分离接收风速和转速、有功功率、无功功率指令,并发生一个综合信号,送给励磁节制装置,转变励磁电流的幅值、频率与相位角,以满足系统的请求。由于双馈电机既可调节有功功率,又可调节无功功率,有风时,机组并网发电;无风时,也可作克制电网频率和电压波动的补偿装置。 
        双馈风力发电机组利用远景辽阔
综上所述,将双馈电机利用于风力发电中,可以解决风力机转速不可调、机组效力低等问题。另外,由于双馈电机对无功功率、有功功率均可调,对电网可起到稳压、稳频的作用,进步发电质量。与同步机交一直一交体系相比,还有变频装置容量小(一般为发电机额定容量的10~20%)、重量轻的长处,更合适于风力发电机组使用,同时也下降了造价。
将双馈电机运用于风力发电的假想,不仅在理论上成立,在技术上也是可行的。与现有的风力发电技术相比,无论从经济性,还是可靠性来看,都具有无可替代的优势,具有很强的竞争力,有利于风电机组国产化的过程,其发展远景十分辽阔。一般多利用于1.5mw双馈异步。

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