双馈发电机的稳定性研究

ｒ、
川
ｌ ｑｚ Ｊ ｕ
ｐ
磁链 方 程 为 ：
ｆ ］ 『 － ０ ｄ Ｌ
－
０
ｌ ０ ０ Ｌ ｌ Ｊｌ Ｌ ０ ０ — １
无法回到稳定状态。
＋
Ｂ ／ 集动能 、 械能 、 机 电能 、 场储能 于一 磁 体的复杂控制系统 ， 系统内各环节 的非线性和大惯性 ， 参数 随： 况 点的 ［ 变化而变化 ，以及随电网负荷变化带来 的扰动等都会对 系统 的稳 定运 行 带 来 影 响 。 此 外 双馈 发 电 机 在 不 同 的控 制 方 式 下 也 具 有 不 同 的 稳定
暂 态 稳 定性 。 ２静 态 稳 定 性 分 析 ．
静 态 稳 定 性 是 分 析 双 馈 发 电机 稳 定 运 行 能力 的 重要 指 标 。 电 机 运 行时 ， 电磁功率 是通过电磁 感应作 用由气 隙合成 磁场传 递到电机定 子 的功 率 总和 。如 图 １ 示 ， ｄ ｑ轴 系下 双 馈 发 电机 的 时 空 矢 量 图 ， 所 为 － 其中功率角 ０为励磁电势 Ｅ。 与定子 电压综合矢量 ｕ 之间的夹角 。 。
『 ｄ ］ 『 ｌＬＰ － １ Ｌ ｐ — １］ ｉ １ Ｕ】 ｒ １ ＋ Ｌｍｔ ｍ Ｌ＾ ０ 『 １ ｄ
定子磁场定向矢 量控制 的变速恒频发 电系统不但可 以实现变 速恒 频发 电， 而且可以灵 活控制定子 输出的有功和无功功率 ， 目前研究较 是 广 泛 的 一 种 控 制 方法 口 为 了进 一 步 研 究 在 这 种 控 制 方 法 下 发 电机 的稳 Ｉ 。 定 性 能 ， 文 首先 通 过 分 析 双 馈 电 机 的 功 角 特 性 ， 出双 馈 发 电机 的静 本 得 态 稳 定 运 行 时 的 功角 范 围 ；然 后 根 据 双馈 发 电 机 在 同 步 旋 转 ｄ ｑ坐 标 － 系 统 中 的 动态 数 学 模 型 ， 导 出双 馈 电 机 的 小 信 号 扰 动 线 性 化 模 型 ， 推 并 利用李雅普诺夫第一法及第二法分 析了定子磁场定 向下双馈发 电机 的
最 佳状 态 ， 要 对 发 电 机 的 转 速 进 行 控 制 ， 转 速 随着 风 速 变化 的 同 时 需 在 调 节励 磁 电源 使 其 补 偿 转 速 变 化 ， 最终 达 到变 速 恒 频 发 电的 目的 口１ ， ２ 。
图２ 中运行工作点由 Ａ向 Ｂ的转 变，功率角 ０ 将相应增大到 ０ Ａ ， ＋ ０ 之 后平衡于 Ｂ点 ， 动消失后 ， 当扰 由于电磁功率 大于 Ｐ 则起制动作用 的电磁转矩将使 电机 减速 ，最终电机 回到原功率平衡点一Ａ点稳定 运 行。反之 ， 若电机最初在 ｃ点运行 ， 当扰动消失后 ， 由于电磁功率 Ｐ 小 于 Ｐ 则起 制动作用 的电磁转矩将继 续使得 电机加 速 ， 最终 电机 飞速 ，
特性和稳定区域。
１ 扣 一 ８ 置 ０ 尸 ９
Ｌ ９ ／ ０１ ／ ＂８ ｑ ０ ；
图 ２ 电磁功率随功率角变化示意图 综 上 所述 ， 馈发 电机 功 角特 性 上 的稳 定 运 行 范 围是 一 ０ ≤０ ０， 双 ９ 。 ≤９。 它 的静态稳定性类似 于同步电机 ，增大转子励磁 电流对提高双馈 电机 的极 限功率 ， 从而提高过载能力和静态稳定性是有利的。 ３暂 态 稳 定 性 分 析 ． 双 馈 发 电机 在 定 子 磁 场 定 向 的 矢 量 控 制 下 ，不 但 可 以实 现 变 速 恒 频输 出 ， 而且可 以实现有功 、 功功率 的灵活控 制 ， 无 具有 良好 的静态稳 定 特 性 。本 节 将 在 定 子 磁 场 定 向 的 同步 旋 转 ｄ ｑ坐 标 系 下 数 学 模 型 的 － 基础上 ， 列写 出系统的小信号线性模型 ， 而分析 系统 的暂态稳定性。 进 首先给出双馈发电机同步旋转 ｄ ｑ坐标 系下的数学模型 ，规定定 － 子和转子侧均为发电机惯例 ： 电压方程为［： ５ １
科技信息
专题 论 述
双 馈 发 电栅 的 稳 定 胜 研 夯
广 州市 电力 程 设计 院有 限公 司 周剑 君 Ｌ
［ 摘 要 ］ 文首 先 通 过 功 角特 性 分 析 了双 馈 发 电机 的 静 态稳 定性 ， 给 出 了其 可 以稳 定运 行 的 功 角 范 围 。 然 后 根 据 同步 旋 转 坐标 本 并 系下双馈 电机的动 态数 学模型 ， 推导 出双馈 发电机在 小信号扰动 下的线性数 学模型 ， 利用李雅普诺 夫第一法及第二法分析定子磁场 定向下双馈发 电机的暂 态稳定性的充要条件 ， 旨在从 电机参数和稳 态运行工况点的 电机 变量 的变化对 系统暂态稳定性的影响 的角
ｌ ￣ ｒＬ Ｌ ０ ｍ ｌ ｌｌ— Ｌｏ ￣ ｔ ｍ１ Ｌｐ ｌｑ｝ ｕ ｌ ｔ ＋ ｐ ｅ ｑ ｉ ｌ
ｕ ｌｌ — — Ｌ ｐ Ｌ
【Ｌ
ｒ Ｌｐ Ｉｔ ｌｉ ２ ２ ＋ —．工 ｌ 口） 也Ｉ
Ｉ（ ｒ＋ 卯 ｜１ ２） ２Ｉ Ｊ ｉ ｌ ２Ｊ ｑ
度 来 分析 双 馈 发 电机 的 稳 定 性 。
［ 关键 词 ］ 馈 发 电机 双
１引言 ．
静 态稳 定 性 暂 态稳 定性
双馈发电机是一种新型 电机 ， 其结构类似 于绕线 式感应 电机 ， 其定 子接人 电网， 子绕组 由频率 、 转 幅值 、 相位均 可调的变换器供 给三相低 频励磁 电流， 在转子侧形成一个低速旋转磁场 ， 这个 磁场的旋转速度与 转子的机械旋转速度相加等于定子磁 场的同步转 速 ，从 而在发电机定 子绕组 中感应 出同步转速的工频 电压 。双馈发 电机 广泛应 用＝ 风力发 于 ＝ 电领域 ， 当风速发 生变化时 ， 了实现最大风能 的捕 获 ， 为 使机组运 行于