2010變流器培訓(xùn)教材.docx

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1、1、雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行原理雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由風(fēng)輪機(jī)、齒輪箱、變槳結(jié)構(gòu)、偏航機(jī)構(gòu)、雙饋電機(jī)、變流器、變壓器、電網(wǎng)等構(gòu)成。其工作過程為：當(dāng)風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)輪機(jī)將其捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再通過齒輪箱傳遞到雙饋電機(jī)，雙饋電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再經(jīng)變流器及變壓器將其并入電網(wǎng)。通過系統(tǒng)控制器及變流器對(duì)槳葉、雙饋電機(jī)進(jìn)行合理的控制使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能最大捕獲，同時(shí)，通過對(duì)變槳機(jī)構(gòu)、變流器及Crowbar保護(hù)電路的控制來應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)的各種故障。雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子兩側(cè)都可以饋送能量，由于轉(zhuǎn)子側(cè)是通過變頻器接入的低

2、頻電流起到了勵(lì)磁作用，因此又名交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。雙饋異步發(fā)電機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：定子與一般三相交流發(fā)電機(jī)定子一樣，具有分布式繞組；轉(zhuǎn)子不是采用同步發(fā)電機(jī)的直流集中繞組，而是采用三相分布式交流繞組，與三相繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相似。正常工作時(shí)，定子繞組并入工頻電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組由一個(gè)頻率、幅值、相位都可以調(diào)節(jié)的三相變頻電源供電，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁系統(tǒng)通常采用交-直-交變頻電源供電。圖1、雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖雙饋異步發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間上保持相對(duì)靜止，此時(shí)有如下數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式：式中，、、分別為定子電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度、轉(zhuǎn)

3、子旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，、分別為定、轉(zhuǎn)子電流頻率，為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。由上式可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，若調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流頻率相應(yīng)變化，可使保持恒定不變，實(shí)現(xiàn)雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制。當(dāng)<時(shí)，電機(jī)處于亞同步速運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同，變頻器向轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，定子向電網(wǎng)饋出電能；當(dāng)>時(shí)，電機(jī)處于超同步速運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，此時(shí)定、轉(zhuǎn)子均向電網(wǎng)饋出電能；當(dāng)=時(shí)，=0，變頻器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁，此時(shí)電機(jī)作為普通隱極式

4、同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行。雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)接變流器，其調(diào)速的基本思想就是要在轉(zhuǎn)子回路上串入附加電勢(shì)，通過調(diào)節(jié)附加電勢(shì)的大小、相位和相序來實(shí)現(xiàn)雙饋調(diào)速。與傳統(tǒng)的直流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)相比，雙饋異步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)量由一個(gè)變?yōu)槿齻€(gè)，即勵(lì)磁電流的幅值、頻率和相位。所以，調(diào)節(jié)勵(lì)磁不僅可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率，還可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。因此，該電機(jī)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、變速運(yùn)行能力方面有著優(yōu)良的特性。2.變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況2.1雙饋電機(jī)在不同工作狀態(tài)下的功率分布流程從上面對(duì)雙饋電機(jī)的分析，我們可以建立雙饋電機(jī)在不同情況下的運(yùn)行狀態(tài)，

5、并且同時(shí)分析在該種情況下的功率流程。主要討論的是定子側(cè)功率（向電網(wǎng)輸出電能時(shí)為正，吸收電網(wǎng)電能時(shí)為負(fù)），轉(zhuǎn)差功率（向電網(wǎng)饋送電能時(shí)為正，吸收電網(wǎng)電能時(shí)為負(fù)）和機(jī)械功率（電機(jī)吸收機(jī)械功率為正，電機(jī)輸出機(jī)械功率時(shí)為負(fù)）。1）雙饋電機(jī)運(yùn)行于超同步發(fā)電機(jī)情況下：圖2、雙饋電機(jī)超同步發(fā)電機(jī)時(shí)的功率流程從上圖中可以看到，，由于與方向相反，所以n＞，轉(zhuǎn)差S<0。并且電磁轉(zhuǎn)矩與n反向，起制動(dòng)作用。因而此時(shí)，雙饋電機(jī)是吸收機(jī)械功率，然后通過定子側(cè)向電網(wǎng)輸出功率，通過轉(zhuǎn)子側(cè)向電網(wǎng)饋送轉(zhuǎn)差功率。因此可得=+。2）雙饋電機(jī)運(yùn)行于超同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)：圖3、雙饋電

6、機(jī)超同步電動(dòng)機(jī)時(shí)的功率流程從上圖中可以看到，，由于與方向相反，所以n＞，轉(zhuǎn)差率S<0。并且電磁轉(zhuǎn)矩與n同向，起驅(qū)動(dòng)作用。因而此時(shí)，雙饋電機(jī)是通過定子側(cè)向電網(wǎng)吸收功率，通過轉(zhuǎn)子側(cè)向電網(wǎng)吸收轉(zhuǎn)差功率，向外輸出機(jī)械功率。因此可得=+。3）雙饋電機(jī)運(yùn)行于亞同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)：圖4、雙饋電機(jī)亞同步發(fā)電機(jī)時(shí)的功率流程從上圖中可以看到，，由于與方向相同，所以n＜，轉(zhuǎn)差率S＞0。并且電磁轉(zhuǎn)矩與n反向，起制動(dòng)作用。因而此時(shí)，雙饋電機(jī)是通過轉(zhuǎn)子側(cè)向電網(wǎng)吸收功率，向外吸收機(jī)械功率，通過定子側(cè)向電網(wǎng)輸出轉(zhuǎn)差功率。因此可得=+。4）雙饋電機(jī)運(yùn)行于亞同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)：

7、從圖5中可以看到，，由于與方向相同，所以n＜，轉(zhuǎn)差率S＞0。并且電磁轉(zhuǎn)矩與n同向，起驅(qū)動(dòng)作用。因而此時(shí)，雙饋電機(jī)是通過定子側(cè)向電網(wǎng)吸收功率，向外輸出機(jī)械功率，通過轉(zhuǎn)子側(cè)向電網(wǎng)輸出轉(zhuǎn)差功率。因此可得=+。圖5、雙饋電機(jī)亞同步電動(dòng)機(jī)時(shí)的功率流程上面一共討論了雙饋電機(jī)在四種情況下的運(yùn)行特性，但是我們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電中需要考慮的僅僅是1），3）兩種發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況。并且還應(yīng)當(dāng)注意的是，由于=-，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子側(cè)繞組中電流相位大小，來控制定子中定子電流的相位和大小，從而實(shí)現(xiàn)通過轉(zhuǎn)子側(cè)的少量無功功率來控制定子側(cè)的大量無功功率。3、雙饋風(fēng)力發(fā)電變流器控制一、

8、電機(jī)側(cè)變流器的控制圖6電機(jī)側(cè)變流器結(jié)構(gòu)圖電機(jī)側(cè)變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示，電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)接三相電壓型PWM變流器，其直流環(huán)節(jié)通常是恒定的，即直流側(cè)電壓恒定，交流側(cè)轉(zhuǎn)子量通常是變化的?？梢酝ㄟ^控制電機(jī)側(cè)變流器的電流給定進(jìn)行定子側(cè)電