内容发布更新时间 : 2024/11/8 12:10:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
1、双馈型风力发电系统的运行原理
双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。
双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。
风轮机制动器DFIG定子接触器变压器电网齿轮箱变桨机构偏航机构变流器滤波器Crowbar变流器控制系统控制器图1、双馈风力发电系统结构图
双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，
此时有如下数学关系表达式：
n1?nr?n2 f1?s?np60nr?f2
n1?nrn??2 n1n1式中，n1、nr、n2分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，f1、f2分别为定、转子电流频率，np为发电机极对数，
s?ns?n为发电机的转差率。 ns由上式可知，当发电机转子转速nr发生变化时，若调节转子电流频率f2相应变化，可
使f1保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。当nr
f2=0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。
双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。
2. 变速恒频双馈风力发电机运行工况
2. 1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程
从上面对双馈电机的分析，我们可以建立双馈电机在不同情况下的运行状态，并且同时分析在该种情况下的功率流程。主要讨论的是定子侧功率P1（向电网输出电能时为正，吸收电网电能时为负），转差功率Ps（向电网馈送电能时为正，吸收电网电能时为负）和机械功率Pmec（电机吸收机械功率为正，电机输出机械功率时为负）。
1）双馈电机运行于超同步发电机情况下：
图2、 双馈电机超同步发电机时的功率流程
从上图中可以看到，n?n1?n2，由于n2与n1方向相反，所以n＞n1，转差S<0。并且电磁转矩Tem与n反向，起制动作用。因而此时，双馈电机是吸收机械功率Pmec，然后通过定子侧向电网输出功率P1，通过转子侧向电网馈送转差功率Ps。因此可得Pmec=P1+Ps。 2）双馈电机运行于超同步电动机状态：
图3、 双馈电机超同步电动机时的功率流程
从上图中可以看到，n?n1?n2，由于n2与n1方向相反，所以n＞n1，转差率S<0。