变速恒频风力发电关键技术研究

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风力发电中的变速恒频技术综述

风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。

进而带动发电机组发电的能源技术。

由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。

第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。

随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。

前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。

到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。

但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。

风力发电又进入迅速发展阶段。

先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。

2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。

我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。

2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。

图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点：（1）风力发电机单机容量稳步变大。

现在单机容量已达到兆瓦级；（2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。

目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术；（3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效；（4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。

这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。

2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。

风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。

变速恒频双馈风力发电转子侧控制技术的研究

ｔｎｎｏｅｏｅｓｓｅａｄｄｅｅｉｌｉｔｔｂＳｌｋｔｅｓｌｉｓｌｈｗｔａ，ｔｅｆａｉｉｔｆｉｌｄｌｆｈｙｔｍｎｏｓｈｍｕａｏｗｉＭａｌ／ｉｉ，ｈｉａｏｒｕｔｓｏｔｈｓｌｙｏｏｔｔｓｔｎｈａｍｕｎｍｕｔｎｅｓｈｅｂｉ
的框架结构，进而对背靠背ＰＷＭ变流器的控制策略进行了研究。建立了转子侧变流器控制模型，设计了基于定子电压
定向（Ｖ）矢量控制的变速恒频双馈风力发电系统方案，用ＭａｌｂＳｍｕｉｋ构建系统模型并进行了仿真，真结果表Ｓ（）利ｔ／ｉｌａｎ仿
明控制策略和技术的可行性，系统实现了有功功率、无功功率的解耦控制和最大风能跟踪控制。最后，构建了一台１Ｗ１ｋ
实验机组，并进行了系统稳态实验研究，证了方案的可行性。验
关键词：变速恒频；双馈感应电机；靠背Ｐ背ＷＭ变流器；矢量控制中图分类号：Ｍ９Ｔ１文献标识码：Ａ
ｔｅｃｎｒｌｔａｅｙａｄｔｃｎｑｅｈｙｔｍｅｌｅｈｃｉｅｐｗｅ，ｒａｔｅｐｗｅｈｏｔｏｒｔｇｎｅｈｉｕ，ｔｅｓｓｅｒａｉｓｔｅａｔｖｏｒｅｃｉｏｒ＆ｃｕｌｇｃｎｒｌｎｘｍｕｓｚｖｏｐｉｏｔｏｄｍａｉｍｎａｗｉｄｐｗｅｒｃｉｇｃｎｒ１ｉａｌｎｏｒｔａｋｎｏｔｏ．Ｆｎｌｙ，ａｋｘｅｉｅｔｌｅｓｂｉ，ｏｉｈｔｅｓｅｄｘｅｉｅｔｌｅｅｒｈｉｏ — ｎ１Ｗｅｐｒｎａｔｉｕｌ１ｍｓｔｎｗｈｃｈｔａｙｅｐｒｎａｓａｃｃｎｍｒｓｄｃｅｕｔｄ。ｔｅｆａｉｉｔｆｔｅｓｈｍｅｉｒｖｄｈｅｓｂｌｙｏｈｃｅｐｏｅ．ｉＳＫｅｒｓｙｗｏｄ：ＶＳＣＦ；ＤＦＧ；ｂｃ－ｏｂｃＷＭｏｖｒｅ；ｖｃｏｏｔｏＩａｋｔ－ａｋＰｃｎｅｔｒｅｔｒｃｎｒｌ

变速恒频双馈风力发电系统应用研究

统。其优点如下。
Ｉ
ｆ± ｍｘ厂
Ｉ
系统、开关磁阻发电机系统等，这些变速恒频发电系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现构而实现变速恒频的。这
些系统都有自己的特点，适用于不同的场合。下面对这
较高。２）输出波形中谐波分量小而且频率高，容易滤去，
可以得到很好的正弦波形。
量和系统的容量相同。有高频电流谐波注入电网。目
前，永磁发电机系统是研究的热点之一，而且发展很快，国外已经出现了兆瓦级永磁风力发电机系统。
风速下，风轮机吸收的功率不超过最大值。（）提高了系统的风能利用率３
围内变化，通过对最佳叶尖速比的跟踪，风力发电机使
组在可发电风速下均可获得最佳的功率输出。风力发电机组的控制技术从机组的定桨距恒速运行发展到变速运行，已经基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的目的。
２）电动机为无刷结构，易维护。３）易调节。通过励磁调节可以很方便地控制它的输出特性，使风力机实现最佳叶尖速比运行。该系统缺点为：交交变频控制电路复杂。可以考虑
— —
式中ｒｎ ——功率绕组电流频率，与电网频率相同；控制绕组电流频率；
靠。
该系统缺点为：电力电子变换装置容量较大。仅仅适用于中小型风电系统，研究较少。
３无刷爪极式发电机系统… ．
无刷爪极式自励发电机，子铁心及电枢绕组与同定步电动机相同，区别仅在于它的励磁部分，如图２所

变速恒频双馈风力发电机系统的研究

收稿日期22基金项目甘肃省自然科学基金“智能控制的多模态集成融合方法研究”(3ZS 2B 5235)变速恒频双馈风力发电机系统的研究贾石峰(兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州　730070)摘　要:　分析了变速恒频双馈风力发电机系统的结构及工作原理,给出了变速恒频技术在发电机组中实现变速运行的不同方式.通过比较变速工作时的定转子状态,采用控制发电机转子电流的大小来实现双馈异步发电机输出端电压稳定.根据运行数据,总结了变速恒频双馈风力发电机系统的若干优势.关键词:　变速恒频;双馈;发电机中图分类号:　TM315 文献标识码:　A 文章编号:100420366(2008)0420094203Research on the System for V ar ia ble 2Speed Constant 2Fr equencyDoubly 2Fed Wind Pow er G enera torJ IA Shi 2feng(College of A utomation and Elect rica l E ngi nee ring ,L a nz hou J ia otong U niversity ,L anzhou 730070,China )Abstract :　The st ruct ure and f undament al pri nciple of variabl e 2speed co nst ant 2f requency doubly 2fe d wi nd power generator system i s a nalyzed.Different met hods about power generator varia ble 2speed run are real 2ized based on varia ble 2speed consta nt 2f reque ncy technology.By t he compa ri son of vari able 2speed work stat e of st ator and rotator of va riabl e 2spee d constant 2f requency power generat or ,t he generator rot ator cur 2rent cont rol met hod i s adopt ed t o i mpl ement outp ut vol tage st abilit y of doubly 2fed asynchronization power generator.According to t he operat ing data ,some adva nt ages of t he generator syste m are sum marized.K ey w or ds :　VSCF ;doubly 2f ed ;power generator 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题,对可再生能源的开发利用,特别是对风能的开发利用,已受到世界各国的高度重视,现代兆瓦级以上的大型并网风力发电机组多采用风力机变速运行的方式[1],这种运行方式可以实现优化风力发电机组内部件的机械负载及系统内的电网质量.风力机变速运行时,与其连接的发电机也作变速运行,因此必须采用在变速运转时能发出的恒频恒压电能的发电机,才能实现与电网的并网连接[2].将具有绕线转子的双馈异步发电机与应用最新电力电子技术的IG B T 变频器及PWM 控制技术结合起来,就能实现这一目的,也就是变速恒频发电系统.1　变速恒频双馈发电机系统采用双馈发电机是风力发电技术的一种主流技术,双馈发电机的结构类似绕线型感应电机,其定子绕组直接接入电网,转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源供给三相低频励磁电流.1.1　VSCF 风力发电机结构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,因此又称为交流励磁发电机,还有些文献称之为可变速发电机、变速恒频发电机或异步化同步发电机.第20卷　第4期2008年12月甘肃科学学报Jo urnal of G ans u Sci ences Vol.20　No.4Dec.2008:20080229:04220双馈异步发电机主机结构特点:定子与一般三相交流发电机定子一样,转子采用三相交流绕组.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、相位都可以调节的不同类型的循环变流器作为三相变频电源供电,转子励磁系统通常采用交2交/交2直2交变频电源供电.双馈异步发电机组成的变速恒频发电系统如图1所示.双馈风力发电机的原动机为风轮和风轮传动系统.由于风速的特殊性(随机性、时变性等),使得双馈风力发电机区别于一般的双馈电机控制.基于变速恒频控制技术的交流励磁风力发电机系统主要由风轮、增速器、交流励磁发电机、励磁、控制检测等系统组成[3～4].图1　变速恒频双馈异步发电机系统结构1.2　VSCF 风力发电机原理双馈异步发电机在稳态运行时,根据感应电机定、转子绕组电流产生的旋转磁场相对静止的关系,其数学表达式如下n 1=n ±n 2,(1)f 1=p n/60±f 2,(2)s =n 1-n n 1=±n 2n 1,(3)式中n 1、n 、n 2分别为定子电流磁场旋转速度、转子旋转速度和转子电流磁场相对于转子的旋转速度,f 1、f 2分别为定、转子电流频率,p 为发电机极对数,s 为发电机的转差率[5].由式(1)可知,当发电机转子转速n 发生变化时,调节转子电流频率f 2,可使f 1保持恒定不变,实现双馈异步发电机的变速恒频控制.当n <n 1时,电机处于亚同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相同,励磁电源向转子提供交流励磁电流,定子向电网馈出电能,式(1)、式(2)、式(3)均取正号;当>时,电机处于超同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相反,此时定、转子均向电网馈出电能,式()、式()、式(3)均取负号;当n =n 1时,f 2=0,励磁电源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.当风速变化时,V SCF 系统工作过程有:(1)当风速降低时,风力机转速降低,异步发电机转子转速也降低,转子绕组电流产生的旋转磁场转速将低于异步电机的同步转速n s ,定子绕组感应电动势的频率f 低于f 1(50Hz ),与此同时转速测量装置立即将转速降低的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率增高,则转子旋转磁场的转速又回升到同步转速n s ,这样定子绕组感应电势的频率f 又恢复到额定频率f 1(50Hz ).(2)当风速增高时,风力机及异步电机转子转速升高,异步发电机定子绕组的感应电动势的频率将高于同步转速所对应的频率f 1(50Hz ),测速装置会立即将转速和频率升高的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率降低,从而使转子旋转磁场的转速回降至同步转速n s ,定子绕组的感应电动势频率重新恢复到频率f 1(50Hz ).必须注意,当超同步运行时,转子旋转磁场的转向应与转子自身的转向相反,因此当超同步运行时,转子绕组应能自动变换相序,以使转子旋转磁场的旋转方向倒向.(3)当异步电机转子转速达到同步转速时,此时转子电流的频率应为0,即转子电流为直流电流,这与普通同步发电机转子励磁绕组内通入直流电是相同的.实际上,在这种情况下双馈异步发电机已经和普通同步发电机一样了.双馈异步发电机输出端电压的控制是靠控制发电机转子电流的大小来实现,当发电机的负载增加时,发电机输出端电压降低,此信息由电压检测获得,并反馈到控制转子电流大小的电路,也即通过控制三相半控或全控整流桥的晶闸管导通角,使导通角增大,从而使发电机转子电流增加,定子绕组的感应电动势增高,发电机输出端电压恢复到额定电压.反之,当发电机负载减小时,发电机输出端电压升高,通过电压检测后获得的反馈信息将使半控或全控整流桥的晶闸管的导通角减小,从而使转子电流减小,定子绕组输出端电压降回至额定电压[6].1.3　VSCF 风力发电机运行数据采用VSCF 技术,1.5MW ,4极(同步转速1500r/mi n )双馈异步发电机实验样机功率/转数运行关系如图所示由图可见,风力发电机不论在亚同步运行、超同步运行,还是过负荷运行过程,VS F 系统都要起59第20卷贾石峰:变速恒频双馈风力发电机系统的研究 n n 1122.2C图2　1.5MW4极双馈异步发电机功率/转数运行关系到功率调节的作用.由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求,发电机转速在不断变化,而且经常在同步转速上下波动[7],这就要求转子交流励磁电源有良好的变频输入输出特性,具有能量的双向流动能力,采用IG B T 器件构成的PWM 整流2PWM 逆变形式的交2直2交静止变频器作为其励磁电源.2　VSCF 风力发电机系统的优越性通过对VSCF 双馈异步发电机实验样机的实际运行效果分析,V SC F 风力发电机系统较传统失速型风力发电机系统具有下列优势:(1)VSC F 发电系统有能力控制异步发电机的滑差在恰当的数值范围内变化,因此可以实现优化风力机叶片的桨距调节;(2)由于风力机是变速运行,其运行速度能够在一个较宽的范围内被调节到风力机的最优化效率数值,使风力机的功率系数C p 值得到优化,从而获得较高的系统效率[8];(3)可以实现发电机低起伏的平滑的电功率输出,达到优化系统内的电网质量,同时减小发电机温度变化;(4)可以降低机组剧烈的转矩起伏和噪声水平,从而能够减小所有部件的机械应力;(5)可独立运行,也可并网运行,并可实现功率因数的调节.3　结束语研究了V SC F 风力发电机系统结构、工作原理、运行数据和系统优势.建立在VSCF 发电技术基础上的双馈异步发电机确保发电机输出功率恒频、恒压,保证了功率输出的平稳性和传动系统的柔性,实现风能-电能安全可靠转换,VSCF 是大型并网风力发电机组的主流机型的关键技术.风电是一种新能源,风能是有大规模开发利用前景的可再生能源,随着人们对环保意识日益增强,传统能源日渐枯竭,风力发电将成为工业化能源的重要组成部分.参考文献:[1]　叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2006.[2]　吴国祥.双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略[J ].电工技术学报,2007,22(7):1702171.[3]　Wang Q ,Chang L C.An Intelli gent Maxim um Po wer Ext rac 2t ion Algorit h m fo r Invert er Based Variable S peed Wi nd Tur 2bi ne Syst ems [J ].IE EE Transactio ns on Power El ect ro nics ,2004,19(5):124221249.[4]　Moo r G D ,Beu kes H J .Maxi mum Po wer Poi nt Trackers For 2wind Turbines[C ].2004,35t h Annual IEEE Po wer El ect ro nics Speci ali st s C o nference[A].Germany ,2004:204422049.[5]　代洪涛.变速恒频双馈风力发电机控制系统研究[J ].沈阳工业大学学报,2003,25(6):4792481.[6]　王海军.变速恒频双馈风力发电变频励磁电源控制研究[D ].兰州:兰州交通大学,2007.[7]　王承熙,张源.风力发电[M ].北京:中国电力出版社,2002.[8]　顾鑫.风力发电机组控制系统研究分析[J ].华东电力,2007,35(2):1612162.作者简介:贾石峰(19682)男,吉林省长春人,1990年毕业于兰州交通大学自动化专业,现任兰州交通大学自动化与电气工程学院副教授,硕士生导师.主要从事检测技术及自动化装置、控制理论与控制工程研究.69 甘肃科学学报 2008年　第4期。

变速恒频风力发电关键技术研究

变速恒频风力发电关键技术研究一、变速恒频风力发电系统简介变速恒频风力发电系统是指利用变速器控制风力发电机的转速，以使其在不同风速下维持恒定的电网频率输出。

该系统通常由风机、主轴、齿轮箱、变速器、发电机和控制器等组成。

变速器是风力发电系统的核心部件之一，其性能将直接影响整个系统的工作效率和可靠性。

二、问题与挑战1. 变速器的耐久性：风力发电系统工作环境恶劣，严峻的气候条件和风机运行时的剧烈震动都会对变速器的耐久性提出严格要求。

2. 效率和传动比的平衡：变速器需要在保证高效率的保持适当的传动比，以适应不同风速下发电机的转速要求。

3. 变速器的可靠性和维护成本：变速器的可靠性关系到整个风力发电系统的运行稳定性和经济性，而高维护成本将直接影响风力发电项目的运营成本。

三、关键技术研究1. 先进的材料与加工技术：采用先进的高强度、耐磨材料以及先进的加工技术，提高变速器的耐久性和承载能力。

2. 变速器的设计优化：通过对变速器的结构、传动比、摩擦损失等进行深入研究，优化其设计，提高传动效率和运行稳定性。

3. 智能监测和预测维护技术：采用智能监测设备和先进的数据分析技术，实现对变速器运行状态的实时监测和预测，提前发现故障，并采取有效措施进行维护，降低运维成本。

4. 多学科融合研究：将机械工程、材料科学、控制工程等多学科知识融合，进行全面系统的研究和优化设计，实现变速恒频风力发电系统的高效、稳定、可靠运行。

四、发展趋势随着风力发电技术的不断进步，变速恒频风力发电系统将在未来迎来更多的发展机遇。

一方面，随着材料科学、机械工程等领域的不断发展，变速器所采用的材料和制造工艺将得到进一步的改善和提升，从而提高其耐久性和可靠性。

智能监测与预测维护技术的不断成熟，将进一步降低变速器的维护成本，提高系统的运行效率和经济性。

多学科融合研究的发展趋势将促进变速恒频风力发电系统在技术上的全面提升和创新。

变速恒频风力发电系统作为风力发电技术的重要组成部分，其关键技术研究具有重要的意义。

变速恒频风力发电技术综述

变速恒频风力发电技术综述摘要：随着世界经济的深入发展和国际工业化进程的加快，世界各国对能源的需求日益增加，能源消耗速度不断增长，煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。

为了缓解能源危机，人类越来越重视可再生能源的利用，而风能作为一种取之不尽、用之不竭、清洁无污染、具有大规模开发利用前景的能源，是可再生能源中最廉价、最具潜力的“绿色能源”。

风力发电是利用风能的一种有效形式，它通过风力发电机的旋转将风能转化为可以方便利用的电能。

利用风能发电由于其“环保节能”的特点，已经引起了许多国家的关注。

关键词：风力发电；风力机；变速恒频；发展趋势；风力发电正在以前所未有的速度发展,变速恒频风力发电是一门新技术。

介绍了风力发电机的组成和分类。

通过和恒速恒频风力发电机进行比较,分析了变速恒频风力发电技术的优点。

展望了风力发电的前景。

一、变速恒频风力发电技术的优点风力发电机主要由风力机、发电机和其他辅助部件组成。

大中型风力发电机组大多采用异步发电机,因为它制造简单,并网容易,励磁功率可直接从电网中获得。

风力机组主要有两种类型:定桨距失速型风力机和变桨距风力机。

定桨距失速型风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能,功率调节由风轮叶片来完成,对发电机的控制要求比较简单。

这种风力机的叶片结构复杂,成型工艺难度较大。

而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。

由于采用的是异步发电机,无论是定桨距还是变桨距风力发电机,并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定,异步发电机转子的转速变化范围很小,转差率一般为3%～5%,故属于恒速恒频风力发电机。

恒速恒频风力发电机的主要缺点有以下几点:一是风力机转速不能随风速而变,从而降低了对风能的利用率;二是当风速突变时,巨大的风能变化将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件,在这些部件上产生很大的机械应力;三是并网时可能产生较大的冲击电流。

变速恒频风力发电技术是目前国内外风力发电技术的最优化方案,这是20世纪70年代发展起来的一种新型发电方式,它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中,获得了一种全新的、高品质的电能获取方式。

基于DSP的变速恒频双馈风力发电机控制技术的研究

现定、转子双馈同时发电。双馈风力发电机一般运行在同步
速附近，以输入转子的励磁电流的频率将非常低，所控制难
度较大。
器向转子提供直流励磁，此时发电机作同步电机运行。
收稿日期：０８— ４一ｌ２００１
１４Ｓ．ＤＰ及其外围电路
本控制系统采用全数字化设计，ＤＰ模块、由Ｓ速度采样模块、电流电压幅值采样模块、相位差采样、机接口模块和人系统保护模块等组成。控制器采用Ｔ公司的１Ｉ６位定点电
的变化，实现变速恒频恒压的目的。
事件管理器模块（Ｖ和ＥＢ，个事件管理模块（ＶＥＡＶ）每ＥＡ）
中有３个全比较单元（比较单元１２和３，个比较单元都、）每有两个相关的ＰＷＭ输出。比较单元的时基由通用定时器１（ＶＥＡ模块）通用定时器３ＥＢ模块）供。可编程的和（Ｖ提
ｎ１＝／±ｎ７２，（）１
、
＝
ｖｕ
×ｎ±
（）２
式中：。定子旋转磁场的同步转速；ｎ为
图１系统硬件结构图１３双Ｐ．ＷＭ变流器采用功率开关ＩＢＧＴ构成电压型变流器，可交替实现整
ｔｌｌ为风力发电机的转速；ｎ为励磁电流旋转磁场的同步转速；ｆ为定子电流频率；ｌＰ为电机的极对数；ｆ为转子电流频率。２当风力发电机转速发生变化时，可通过调节转子电流频

基于变速恒频的风力发电机控制系统研究

张海龙，曾宁春，付强
（江西江特电气集团有限公司，江西宜春３６０）３００摘要：分析了变速恒频双馈风力发电系统的基本原理，提出了基于定子磁场定向的矢量控制策略。并在
ＭｔｂＳｌｋ平台下进行了仿真，仿真结果证明了模型和控制策略的正确性。ａｌ／ｉｉａｍｕｎ关键词：双馈风力发电机；变速恒频；定子磁场定向中图分类号：Ｔ３５Ｍ１文献标识码：Ａ
和无功分量，再分别对这两个分量进行闭环控制。Ｊ
考虑到双馈发电机不论是处于电动机状态还是发电机状态，始终运行在工频的情况下，在这
１双馈风力发电机系统的基本结构
样的频率下，定子电阻压降远比电抗压降和电机反电势小，通常可以忽略电机定子绕组电阻。由
如图１所示，双馈风电机组主要由风力机、静止坐标系下定子电压表达式可以看出，忽略电增速箱、双馈发电机、变流器和主控制器组成。机定子绕组电阻以后，发电机的定子磁链与定子
Ｏ，由同步坐标其运行过程可以简单描述为：首先由风力机吸收端电压矢量之间的相位差正好是９。风能产生机械转矩，然后通过齿轮箱等传动装置系下的定子电压方程同样可以验证这一点。若以带动发电机转子转动，从而将机械功率传递给发定子磁场定向，取定子磁链矢量方向为同步坐标０的电机；转子绕组本身接人励磁电流建立磁场，由系ｄ轴，则定子电压矢量将落在超前ｄ轴９。ｑ于转子的转动，在定子绕组中感应出电流，然后轴负半轴上，这样可以进一步简化前面得到的同步坐标系下的双馈发电机数学模型，从而得到矢接人电网，实现风能到电能的转换。

变速恒频交流励磁双馈异步发电机系统在风力发电系统中的研究

双馈电机型式作为发电机，将这种发电机系统用于转速不稳并
定的风力发电中。
１风力发电机组的类型和组成
１１风力发电机组的类型．
逐步降低，这种结合开拓了更新的领域。为同时，电机拖动的在应用中，馈电机调速的研究取得了很大进展，们可以利用双我
Байду номын сангаас
按照风轮与塔架的相对位置，水平轴式风力发电机组又
可分为上风向安装类型及下风向安装类型。具体地说，风向上风力发电机组的风轮安装在塔架前面，这种安装方式气流稳
定性较好，必须有调向装置，持风轮在运行中始终对；但保隹风向。下风向风力发电机组的风轮安装在塔架后面，种安装方这
刨新技术
速下）对风能的利用比较充分，，因而有较高的效率。该机型风
力发电机组早已进入商品化生产，在风力发电机组中占据了
绝大多数。
式使风轮在运行过程中受到空气流及塔架的干扰，影响风轮的性能。但风轮在运行中始终自动对准风向，以可以省去调所相机构。１２风力发电机组的组成．
［］４唐永哲．电力传动自控制系统［］动Ｍ．西安：西安电子科技大学出版

变速恒频风力发电系统运行与控制研究

变速恒频风力发电系统运行与控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

变速恒频风力发电系统作为风力发电的一种重要形式，其运行与控制策略的研究对于提高风力发电的效率和稳定性具有重要意义。

本文旨在深入研究变速恒频风力发电系统的运行与控制技术，探讨其在实际应用中的性能表现和优化策略。

文章首先介绍了变速恒频风力发电系统的基本原理和组成结构，包括风力发电机组、变速恒频控制器、并网逆变器等关键部分。

然后，文章重点分析了变速恒频风力发电系统的运行特性，包括风速变化对系统运行的影响、最大功率跟踪策略的实现等。

在控制策略方面，文章详细探讨了变速恒频风力发电系统的控制技术，包括变速恒频控制、最大功率跟踪控制、并网控制等。

文章还分析了现有控制策略的优缺点，并在此基础上提出了一种优化的控制策略，以提高系统的运行效率和稳定性。

文章通过仿真实验和现场测试验证了所提控制策略的有效性和可行性，为变速恒频风力发电系统的实际应用提供了理论支持和技术指导。

本文的研究对于推动风力发电技术的发展，提高风力发电系统的运行效率和稳定性具有重要意义。

二、变速恒频风力发电系统基本原理变速恒频风力发电系统（Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation System, VSCF-WPGS）是一种新型的风力发电技术，其核心在于通过变速运行的风力发电机组，实现电网频率的恒定输出。

这一系统相较于传统的恒速恒频风力发电系统，具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。

VSCF-WPGS的基本原理主要基于风力机、发电机以及控制系统的相互作用。

风力机通过风轮捕获风能，并将其转换为机械能。

由于风速的自然变化，风轮的转速也会相应变化，这就是所谓的“变速”特性。

接着，这种变化的机械能传递给发电机，通过电磁转换过程，将机械能进一步转换为电能。

风力发电的调频技术研究综述

风力发电的调频技术研究综述一、本文概述随着全球能源结构的转型和可再生能源的大力发展，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

风力发电具有资源丰富、分布广泛、环境友好等优势，但同时也面临着一些技术挑战，其中之一就是调频问题。

风力发电的调频技术对于保障电力系统的稳定运行、提高风电的并网容量和电能质量具有重要意义。

本文旨在对风力发电的调频技术研究进行综述，系统梳理国内外在风力发电调频技术方面的研究成果和进展。

文章将介绍风力发电的基本原理和调频技术的概念，阐述风力发电调频的必要性。

接着，文章将重点分析当前风力发电调频技术的研究热点和难点，包括调频控制策略、储能系统应用、电力电子装置等关键技术。

文章还将对风力发电调频技术的未来发展趋势进行展望，提出可能的研究方向和应用前景。

通过本文的综述，旨在为风力发电调频技术的研究者和实践者提供一个全面、系统的参考，推动风力发电调频技术的进一步发展和应用，为可再生能源的发展贡献力量。

二、风力发电的基本原理与特性风力发电，作为一种清洁、可再生的能源形式，近年来在全球能源结构中的比重逐渐提升。

其基本原理是利用风力驱动风力发电机组的风轮转动，进而通过传动系统将风轮的旋转动能转化为发电机轴的机械能，最终通过发电机将机械能转化为电能。

风力发电的特性主要体现在以下几个方面：间歇性与不可预测性：风力发电受天气条件，尤其是风速的影响极大。

风速的间歇性和不可预测性导致风力发电的出力具有较大的波动性和不确定性。

这种特性使得在电网中接入大量风电时，需要对其进行合理的调度与控制，以维护电网的稳定运行。

能源转换效率：风力发电的能源转换效率受多种因素影响，包括风轮的设计、发电机的效率、传动系统的损失等。

随着技术的不断进步，风力发电的能源转换效率正在逐步提高。

环保性：风力发电作为一种清洁能源，其运行过程中不产生温室气体排放和其他污染物，对于改善环境质量和减缓全球气候变化具有重要意义。

变速恒频风力发电关键技术研究

变速恒频风力发电关键技术研究1、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增加，风力发电作为一种清洁可再生的能源形式正受到越来越多的关注。

变速恒频风力发电技术作为风力发电领域的一项重要技术，具有显著的优势和应用前景。

本文旨在对变速恒频风力发电的关键技术进行深入研究，为推动风力发电技术的可持续发展和优化提供理论支撑和实践指导。

本文将首先介绍变速恒频风力发电技术的基本原理，包括其概念、特点以及在风力发电中的应用。

随后，本文将重点分析变速恒频风力发电系统中的关键技术，如风力涡轮机控制策略、最大功率跟踪控制、能量转换和并网技术等。

通过对这些关键技术的深入研究，本文旨在揭示变速恒频风电发电技术的核心机理，并探索其在实际应用中的优化策略。

本文还将对变速恒频风力发电技术的发展趋势进行展望，分析该技术目前面临的挑战和未来的发展方向。

本文将对研究成果进行总结，并对变速恒频风力发电技术提出进一步的研究和改进建议，为风力发电领域的技术创新和应用推广提供参考。

2、变速恒频风力发电技术的理论基础变速恒频风力发电技术是一种先进的风力发电技术，其核心在于在风速变化的情况下调整风力涡轮机的速度以保持恒定的输出频率。

该技术的理论基础主要涉及风机特性、发电机控制理论和电力电子技术。

风力发电机的特性是变速恒频风力发电技术的重要基础。

风力涡轮机在不同风速下的功率输出特性是非线性的，受到空气密度、叶片角度、叶片形状等多种因素的影响。

为了充分利用风能，实现变速恒频发电，有必要对风力涡轮机的特性进行深入的研究和优化。

这包括通过控制叶片角度来调节风力涡轮机的速度和功率输出，以及通过优化叶片形状来提高风能转换效率。

发电机控制理论是变速恒频风力发电技术的核心。

发电机是风力发电系统中的关键设备，其控制策略直接影响系统的性能。

在变速恒频风力发电技术中，发电机需要能够根据风速的变化调整转速，以保持输出电能的频率不变。

这需要通过先进的控制算法来实现，如最大风能跟踪控制、功率控制等。

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究摘要：双馈电机变速恒频（VSCF）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制的。

该文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上，设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF双馈风力发电机的励磁控制试验系统。

对变速恒频控制、恒压控制、并网控制以及亚同步速、同步速和超同步速三种不同运行状态之间的动态转换控制技术，进行了试验研究，为兆瓦级变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的设计奠定了基础。

关键词：风力发电机；变速恒频；双馈；励磁控制1.引言风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。

采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。

变速恒频双馈风力发电系统的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。

尽管可采用理论分析和计算机仿真对变速恒频风力发电系统控制技术进行研究，然而由于仿真模型及其参数的非真实性和控制算法的非实时性，仿真研究往往难以代替模拟系统的试验研究。

本文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上，设计和构建了基于80C196MC单片机的VSCF双馈风力发电机的励磁控制试验系统，并对其控制技术进行了系统的试验研究。

2.VSCF风力发电机的工作原理2.1 双馈电机的VSCF控制原理VSCF风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成，其原理框图如图1。

双馈发电机的定子绕组接电网，转子绕组由具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变流器或交-直-交变流器供电。

双馈发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。

当电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。

风力发电中变速恒频系统的应用探讨

风力发电中变速恒频系统的应用探讨发表时间：2018-10-22T16:15:47.877Z 来源：《科技研究》2018年8期作者：赖日圣[导读] 离子系统，包括双馈感应发电机和永磁直驱同步发电机。

该机具有良好的应用前景。

（明阳智慧能源集团股份公司广东中山 528400）摘要：对目前电网运行的变速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统进行了分析和比较，得出了变速恒频风力发电的优点，并对变速恒频风力发电机使用的几种风力发电机组进行了比较。

离子系统，包括双馈感应发电机和永磁直驱同步发电机。

该机具有良好的应用前景。

关键词：风力发电；变速恒频前言近年来，可再生能源成为了人们关注的焦点，风力发电也不例外，风力发电作为现阶段较为成熟的新能源技术，应用在合适的地区进行推广使用现阶段在风力发电技术中，变速恒频技术是最为热门的技术。

一、风力发电系统的分类风力发电机分为两大类：恒速恒频和变速恒频。

风力发电机必须保持风力发电的频率即电网的频率。

恒速恒频是指在风力发电中，对发电机转速进行恒速控制而获得的恒功率电力，变速器的恒频是指发电机转速有变化和以其他方式来获取恒功率。

目前，恒速恒流发电系统具有广泛的应用前景。

恒速恒频运行的一个缺点是，当风速跳跃时，巨大的风可以通过风力涡轮机的叶片传递到主轴、齿轮箱和发电机，并且这些部件产生大的机械应力。

重复上述过程对这些部件造成损害。

因此，在设计过程中必须增加安全系数，增加机组重量和制造成本。

此外，在恒速区域系统中，风力机的转速不能随风向变化，不能得到最佳的能量利用系数。

变速恒频可以以不同的速度和不同的风速旋转。

与恒速恒风力发电系统相比，恒速风力发电系统具有以下优点。

（1）为了减小电机的应力，风被风力涡轮机的惯性所吸收。

（2）全程控制可以调节风力机的转速，延长桨叶的控制时间常数，降低升压控制的复杂度，降低对峰值功率限制的要求。

（3）通过改进系统，可以极大地改变能源的利用速度。

1.1异步感应电机异步感应风力发电系统主要与软磁路系统和制动管控制的网络连接。

变速恒频风力发电技术优势及应用探索

变速恒频风力发电技术优势及应用探索摘要：变速恒频风力发电技术是比较重要的风力发电技术之一。

本文通过分析风力发电技术的基本现状，深入探讨变速恒频风力发电技术的重要性及其优势，并对变速恒频风力发电关键技术原理与实际应用进行分析研究。

关键词：变速恒频；风力发电技术；优势在自然能源的开发利用中我国具有绝对的优势无论是在森林资源、煤矿资源还是水资源的应用中者日取得了较大的进展但是这些资源都处于不可再生或供应量紧缺的现象，为了实现生态、经济和资源的可持续发展必须要对太阳能、风能和潮汐能等进行开发利用。

目前我国的风力发电技术已经得到了较多地区的普遍使用其中变速恒频风力发电是主要的应用技术为了保证此项技术的可靠应用必须掌握其关键技术。

1.风力发电及变速恒频风力发电技术1.1 风力发电概述风力发电体现了人类对自然资源的充分利用。

风力发的主体技术是通过对风压的利用，带动风车叶片不断旋转，以风车旋转的机械带动相应的发电机组，最终将风能化为电能。

虽然各国对风能源都有不同程度的开发，但无论是在国外还是在国内，在风能源的利用上均处于初级阶段。

从某种角度而言，较强的自然风对人们的日常生活有积极与消极两方面影响。

积极影响体现为，其能够转化成电能，为人们的生产与生活提供助力。

消极影响体现为，可能会对生态环境造成破坏。

因此，使用技术合理开发风能，并不断提升风能利用效率，不仅填补能源缺口，也能从侧面降低强风对生产与生活造成的危害。

1.2 变速恒频风力发电技术变速恒频是常见的风力发电系统之一，该系统中发电机转速与风速变化有密切的关系，二者呈正相关。

在此基础上，采用一定的控制手段就可以实现恒定的频率。

在风速发生变化的情况下，风力机实现变速运行，将会充分提高对风能的利用效率。

目前，变速恒频风力发电技术已经被广泛应用于清洁能源领域中。

根据对变速恒频风力发电技术的分析，总结该技术较常应用的变速恒频控制方案，体现为以下几种类型：第一种类型为笼型异步发电机系统。

变速恒频风力发电最大风能控制策略的研究

Ａｂｔａｔｓｒｃ：ｅｓｅｄｏｅｗｉｄａｗａｓｈｎｅ．ＯｉｉｎｃｓａｙｔｘｒｃｘｍｕｗｉｄｅｅｇｐｅｆｈｎｌｙａｇｓＳｅｅｓｒｅｔａｔｔｃｔｓｏｍａｉｍｎｎｒｙ
能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。常规能源以煤、石油、天然气为主，它不仅资源有限，而且造成了严重的大气污染。因此，风能作为一种无污染、可再生的绿色能源，已得到人们的广泛关注。无论是在远离电网的边远农村还是在有电网的城市地区都具有巨大的发展潜力。目前尤以变速恒频风力发电系统最受欢迎，因为，该风力发电系统较之传统的恒速恒频风力发电系统有许多优点：低速时它能够根据风速的变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，使功率输出更加平稳［】】。
式中：为风力机功率系数；Ａ为风力机扫掠面积；Ｐ为空气密度；ｖ为风速。实际上，就是风力机将风能转换为机械能的效率，它是叶尖速比和桨叶节距角ａ的函数。可见，
在风速一定的情况下，发电机获得的输入机械功率
捕获最大风能、提高风力发电机的运行效率是变速恒频风力发电方式的本质要求。在文献【中，提到２】了多种实现变速恒频的发电方式，但其中交流励磁双馈发电机方案最具优势。由于交流励磁变频器只需供
ＬＮＧ，ＩＹｕＺＨＡＮＧｏｇｚｕｎＴｎ－ｈａｇ
（ｈｃｏｌｆｎｏｍａｉｎａｄｌｔｃｌｎｉｅｒｇＣｉａｉｅｓｙＴｅｈｏｏｆｒｔｅｒａＥｇｎｅｎ，ｈｎｖｒｉＳＩｏｎＥｃｉｉＵｎｔｏｉｎｎｅｈｏｏｙＸｕｈｕ２１０，ｈｎ）ｆｎｇａｄｃｎｌｇ，ｚｏ２０８ＣｉａＭｉＴ

变速恒频风力发电技术研究

变速恒频风力发电技术研究一、原理变速恒频风力发电技术的原理是通过变速器控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。

风力发电机通常通过3个旋转叶片捕捉风能并驱动转子转动，转子通过轴传递转动力矩给发电机。

而传统的恒速风力发电技术将直接连接发电机输出电能，无法调整转速，因此输出的电能频率随着风速的变化而发生波动。

而变速恒频风力发电技术采用变速器来控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。

二、特点1.提高风力发电机的适应性：变速恒频风力发电技术能够根据风速变化实时调整转速，使风机始终处于最佳工况状态。

同时，它还能在风速较低时提高风机的启动速度，从而提高了风力发电机的适应性和发电效率。

2.减少系统损失：传统的恒速风力发电系统中，由于输出功率直接与风速相关，系统频繁地调整发电机的输出功率，从而造成能量的损失。

而变速恒频技术能够通过调整发电机转速来保持恒定的输出频率，减少了能量损失，提高了发电效率。

3.稳定性高：由于能够通过变速器来调整风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定，因此变速恒频风力发电技术具有较高的稳定性。

4.网络适应性强：变速恒频风力发电技术输出的电能频率可与电网频率保持一致，与传统的恒速风力发电系统接入电网更为方便。

三、发展前景1.发电效率提高：变速恒频风力发电技术使风机能够随着风速变化实时调整转速，从而提高了风力发电机的发电效率。

2.节约成本：由于变速恒频技术能够实时调整转速，减少了能量损失，降低了风力发电系统的运行成本。

3.智能化发展：随着科技进步，变速恒频风力发电技术可以与智能化系统相结合，通过数据分析、预测等手段实现对风力发电系统的智能管理，提高系统的可靠性和经济性。

综上所述，变速恒频风力发电技术具有提高发电效率、降低能量损失、稳定性高等特点，在未来的发展中将会得到更广泛的应用和研究。

不仅能提高风力发电系统的使用效率，还能促进风能利用的可持续发展，从而更好地满足人类能源需求，减少对传统化石能源的依赖。

变速恒频双馈风力发电机组控制技术

定义与特点
变速恒频双馈风力发电机组是一种通过调节发电机转速来实现恒频输出的风力发电系统，具有风能利用率高、运行范围广等优点
。
工作原理
风力机将风能转化为机械能，通过变速装置驱动双馈发电机运行，发电机输出的电能经过电力电
子装置调节后并入电网。
技术优势
变速恒频双馈风力发电机组具有较宽的运行范围，能够适应不同风速条件下的高效发电，提高风
06
结论与展望
研究结论与创新点总结
结论一
控制策略优化提升效率。通过对变速恒频双馈风力发电机组的控制策略进行优化，可以显著提高机组的运行效率，并降低能耗。
结论二
多变量控制实现稳定运行。引入多变量控制技术，有效应对风力发电过程中的不确定性，提高机组的稳定性。
创新点
自适应控制算法。研发自适应控制算法，使机组能够根据不同环境条件自动调整运行参数，提升发电效率。
控制参数调整：根据最大功率点的位置，动态调整发电机的转速、励磁电流等参数，以实现最大功率捕获。
功率曲线拟合：根据历史数据拟合风速-功率曲线，确定当前风速下的最大功率点。
这些控制策略在变速恒频双馈风力发电机组中具有重要作用，能够提高风力发电效率、保障电力系统稳定运行，并降低对环境的影响。
前景分析
随着全球对可再生能源需求的增长，变速恒频双馈风力发电机组控制技术将迎来更广阔的发展空间。同时，政策的支持和市场的驱动将为该技术的发展提供有力保障。
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变速恒频双馈风力发电机组控制技术
汇报人：
2023-11-22
目录
• 引言 • 双馈风力发电机组的数学模型与
控制策略 • 变速恒频双馈风力发电机组的控

变速恒频双馈风力发电机主要优点和基本原理

变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究变速恒频发电技术变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。

这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。

其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最正确叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。

上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术开展的主要方向。

其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最正确值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。

尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子局部比较复杂和昂贵，但本钱在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力开展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。

目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。

主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。

其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。

基于诸多优点，由双馈发电机构成的变速恒频风力发电系统已经成为目前国际上风力发电方面的研究热点和必然的开展趋势。

变速恒频双馈风力发电机根本原理双馈电机的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转子均安放对称三相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对称三相电源鼓励。