双馈异步发电机.

变速风力发 电机组
可以方便调 节有功功率 和无功功率 的输出，同 时调节电网 的功率因数。
变速风力发电机组
可以控制励磁调节发 电机的功率因数，使 功率因数达到1。在 相同条件下，同步发 电机的调速范围比异 步发电机更宽。
前言

风力发电是将风能转化为电能，由于风是随时变 化，不可捉摸的，所以风力发电机发出的电是无 规则杂乱无章的， 这些杂乱无章的电能如果直接 并入电网，会对电网造成极大的冲击，引起电网 电压不稳等不良现象。双馈发电机的主要作用就 是将这些杂乱无章的电能转化成电网能够接收的 电能后再并入电网，力求不对电网造成冲击，即 将使电机输出的电压和电网完全一致，也就是决 定电压的三要素（频率、幅值、初相角）要完全 一致
能量关系
a.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
亚同步发电运行 nr ＜n1时 ， （即 0＜S＜1） f2取正号，如果忽 略各种损耗，则发电 机的能量关系为： P电磁=P机械+P转差 P上网=P电磁 （定子馈电，转子由变 频器提供励磁）
能量关系
超同步发电运行 nr ＞ n1时， （即 S＞1） f2取负号，如果忽略 各种损耗，则发电机 的能量关系为： P机械=P转差+P电磁 P上网=P转差+P电磁 （定子馈电+转子馈 电） 注：n1为发电机的同步 转速。
三、双馈发电机的特点
1.
由于定子直接与电网连接，转子采用变频器 供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于 发电机运行时的最大转差功率，一般发电机 的最大转差率为25%~35%，因而变频器的 最大容量仅为发电机额定容量的1/4~1/3。这 样，系统的总体配置费用就比较低。 具有变速恒频的特性。 可以实现有功功率和无功功率的调节。

具体例子


同步转速是指定子绕组的旋转磁场与转子的转速相同，电 源频率与转速关系：n＝60f/P（n：同步转速；f：电源频 率；P：电机极对数） 例 我国电源频率50HZ时，现在常用的双馈电机的极对数 是2极，所以同步转速n＝60×50/2＝1500(转) 当电机的转速小于同步转速时，转子侧消耗电能，定子侧 向电网发电，此时的定子输出交流电频率为f=f1+f2（f1是 电机转子的旋转频率，f2是转子电流的频率）比如将电机 的旋转频率设定为40Hz（电机转速为60×40/2＝1200转 ），那么此时观测到的转子电流频率为10Hz，此二者相 加正好等于电网所需频率50Hz。
具体例子



当电机的转速等于同步转速时，转子侧消耗电能，定子侧 向电网发电，此时电机的旋转频率正好是50Hz,根据上述 公式，此时转子电流的频率正好为0，即此时转子侧电流 为直流电。 当电机的转速大于同步转速时，电机的定子和转子同时向 电网供电，此时的定子输出交流电频率为f=f1-f2（f1是电 机转子的旋转频率，f2是转子电流的频率）如电机的旋转 频率为60Hz（电机转速为60×60/2＝1800转），那么此 时观测到的转子电流频率为10Hz， 此二者相减正好等于电网所需频率50Hz。
转差率




异步电动机所谓异步，是指定子旋转磁场转速和转子转速不同。 定子旋转磁场的转速和电网频率严格对应称为同步转速。n=60f/p ,其 中f为电网频率，p为电机磁极对数。 所以，转差率就是定子旋转磁场转速与转子转速之差再除以定子旋转 磁场转速（同步转速）。 S=(n1-n)/n1 式中： n1为同步转速, n 为电机转速。 原理：定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子 导体，产生感应电动势，感应电动势在导体内产生电流，转子电流与 定子磁场相互作用产生电磁力，带动转子旋转，这个旋转的方向与定 子的旋转磁场的方向一致。无外力影响的情况下，转子旋转的速度低 于定子磁场旋转的速度。定子磁场旋转的速度与转子旋转的速度之差 与定子磁场的旋转速度之比，就是转差率。
b.
无功输出
无功输出


当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转 子励磁电流可以调节无功功率，控制功率因数。 当处于“欠励状态”时，定子电流Is超前于电网电压Us， 定子电流中有超前的无功分量，发电机的输出中，有超前 的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增加转子励磁电流 时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流 中超前的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功 率变为零，定子侧电流中的无功分量也变为零，此时 cosφ=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过 励状态”，定子电流Is滞后于电网电压Us，定子电流中有 滞后的无功分量，发电机将输出滞后性的无功功率，随着 转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功分量也增加。 因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因 数滞后（感性）。双馈发电机具有与同步发电机相似的无 功功率调节特性曲线（即“V”形曲线） 。
旋转磁场产生
双馈发电机原理
二、双馈发电机的工作原理
双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相 位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发 电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整， 使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通 过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频 率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。
变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子 绕组电压频率关系的数学表达式： f1=（p/60）×nr±f2 式中： f1为定子电压频率； p为电机的极数； nr为双馈发电机的转速； f2为转子励磁电压频率。 由上式可知，当转速nr发生变化 时，若调节f2变 化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变 速恒频控制。
双馈异步发电机
风力发电机的主要类型
异步发电机 双速发电 机 绕线式异步发 电机 双馈异步发 电机 同步发电机 低速永磁同步发电机
使用 场合
特点
定桨距风 力发电机 组
低风速低 速运行， 使发电机 也具有在 较高的效 率水平。
变桨距风力发 电机组
高风速时可以 通过控制转子 电阻，使得输 出功率保持平 稳。