雙饋風力發(fā)電機的工作原理.pdf

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1、雙饋風力發(fā)電機工作原理講義本章的主要內容是講述雙饋感應發(fā)電機（Doubly-FedInductionGenerator，簡稱DFIG）的工作原理及其勵磁控制，我們通常所講的雙饋異步發(fā)電機實質上是一種繞線式轉子電機，由于其定、轉子都能向電網饋電，故簡稱雙饋電機。雙饋電機雖然屬于異步機的范疇，但是由于其有獨立的勵磁繞組，可以像同步電機一樣施加勵磁，調節(jié)功率因數，所以又稱為交流勵磁電機（AlternatingCurrentExcitationGeneratorACEG）也有稱為異步化同步電機（AsynchronizedSynchronousGenera

2、tor）同步電機由于是直流勵磁，其可調量只有一個電流的幅值，所以同步電機一般只能對無功功率進行調節(jié)。交流勵磁電機的可調量有三個：一是可調節(jié)勵磁電流幅值；二是可改變勵磁頻率；三是可改變相位。這說明交流勵磁電機比同步電機多了兩個可調量，通過改變勵磁頻率，可改變電機的轉速，達到調速的目的。這樣，在負荷突變時，可通過快速控制勵磁頻率來改變電機轉速，充分利用轉子的動能，釋放或者吸收負荷，對電網擾動遠比常規(guī)電機小。改變轉子勵磁的相位時，由轉子電流產生的轉子磁場在氣隙空間的位置上有一個位移，這就改變了發(fā)電機電勢與電網電壓相量的相對位置，也就改變了電機的功率角。

3、這說明電機的功率角也可以進行調節(jié)。所以交流勵磁不僅可以調節(jié)無功功率，也可以調節(jié)有功功率。交流勵磁電機之所以有這么多優(yōu)點，是因為它采用的是可變的交流勵磁電流。但是，實現可變交流勵磁電流的控制是比較困難的，本章的主要內容講述一種基于定子磁鏈定向的矢量控制策略，該控制策略可以實現機組的變速恒頻發(fā)電而且可以實現有功無功的獨立解耦控制，當前的主流雙饋風力發(fā)電機組均是采用此種控制策略。雙饋電機的基本工作原理設雙饋電機的定轉子繞組均為對稱繞組，電機的極對數為p,根據旋轉磁場理論，當定子對稱三相繞組施以對稱三相電壓，有對稱三相電流流過時，會在電機的氣隙中形成一個

4、旋轉的磁場，這個旋轉磁場的轉速n稱為同步轉速，1它與電網頻率f及電機的極對數p的關系如下：160f1n=（3-1）1p同樣在轉子三相對稱繞組上通入頻率為f的三相對稱電流，所產生的旋轉磁場相2對于轉子本身的旋轉速度為：-1-60f2n=（3-2）2p由式（3-2）可知，改變頻率f2，即可改變n2,而且若改變通入轉子三相電流的相序，還可以改變此轉子旋轉磁場的轉向。因此，若設n1為對應于電網頻率為50Hz時雙饋發(fā)電機的同步轉速，而n為電機轉子本身的旋轉速度，則只要維持n±n2=n1=常數，見式（3-3），則雙饋電機定子繞組的感應電勢，如同在同步發(fā)電機時

5、一樣，其頻率將始終維持為f1不變。n±n2=n1=常數（3-3）n?n1雙饋電機的轉差率S=，則雙饋電機轉子三相繞組內通入的電流頻率應為n1pnp(n?n)pnn?n2111f===×=fS（3-4）21606060n1公式（3-4）表明，在異步電機轉子以變化的轉速轉動時，只要在轉子的三相對稱繞組中通入轉差頻率（即f1S）的電流，則在雙饋電機的定子繞組中就能產生50Hz的恒頻電勢。所以根據上述原理，只要控制好轉子電流的頻率就可以實現變速恒頻發(fā)電了。根據雙饋電機轉子轉速的變化，雙饋發(fā)電機可有以下三種運行狀態(tài)：（1）亞同步運行狀態(tài)。在此種狀態(tài)下n

6、1,由轉差頻率為f2的電流產生的旋轉磁場轉速n2與轉子的轉速方向相同，因此有n+n2=n1。（2）超同步運行狀態(tài)。此種狀態(tài)下n>n1,改變通入轉子繞組的頻率為f2的電流相序，則其所產生的旋轉磁場的轉速n2的轉向與轉子的轉向相反，因此有n-n2=n1。（3）同步運行狀態(tài)。此種狀態(tài)下n=n1,轉差頻率f2=0,這表明此時通入轉子繞組的電流頻率為0，也即直流電流，與普通的同步電機一樣。雙饋發(fā)電機的基本方程、等效電路和向量圖下面從等效電路的角度分析雙饋電機的特性。首先，作如下假定：（1）只考慮定轉子電流的基波分量，忽略諧波分量；（2）只考慮定轉子空間磁勢

7、基波分量；（3）忽略磁滯、渦流損耗和鐵耗；（4）變頻電源可為轉子提供能滿足幅值、頻率及功率因數要求的電源，不計其阻抗與損耗。發(fā)電機定子側電壓電流的正方向按發(fā)電機慣例，轉子側電壓電流的正方向按電動機慣例，電磁轉矩與轉向相反為正，轉差率s按轉子轉速小于同步轉速為正，參照異步電機的分析方法，可得雙饋發(fā)電機的等效電路，如圖（3-1）所示根據等效電路圖，可得雙饋發(fā)電機的基本方程式：-2-...??U1=?EI1?1(R1+jX1)?.?U′..?R′?2=?′+′?2+jX′??E2I2?2??s?s?（3-5）?...?EE1=′2=?Im(jXm)?.

8、..??I1=I′2?Im式中，R、X分別為定子側的電阻與漏抗11R′、X′分別為轉子折算到定子側的電阻和漏抗22X為激磁電抗m...、