风力发电中的变速恒频技术综述
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
变速恒频技术是指根据风速的变化，通过调整发电机的转速和功率输出，使风力发电机组在各种风速下能够以最佳的效率工作。
关键技术主要包括风速预测、最大功率点跟踪和变频控制。
风速预测是实现变速恒频风力发电的关键环节。
准确地预测风速可以帮助风力发电机组提前进行调整，以便在合适的风速下实现最大功率输出。
常用的风速预测方法包括传统统计模型、神经网络模型和基于气象数据的数值模型。
这些模型可以根据历史风速数据和气象观测数据进行分析和计算，从而预测未来时间段的风速变化。
最大功率点跟踪是变速恒频风力发电的核心技术之一。
根据风速的变化，风力发电机组需要调整转速和功率输出，以在不同风速下实现最大的能量转化效率。
目前常用的最大功率点跟踪方法包括控制档位、模型预测控制和自适应控制等。
这些方法通过监测风速、转速和功率输出等参数，并利用模型或者控制算法进行实时调整，以寻找和保持最佳的工作状态。
变频控制是实现变速恒频风力发电的关键技术之一。
通过变频器将风力发电机组产生的交流电转换成恒定频率的电力输出，以适应电网的要求。
变频控制可以实现风力发电机组的平稳启动、转速调节和频率稳定等功能。
它还可以通过控制电机转矩和电网接口的功率调整，实现发电机组的功率控制和电网的无功功率补偿，提高发电系统的稳定性和供电质量。
简述变速恒频风力发电系统的控制策略
简述变速恒频风力发电系统的控制策略一、引言随着近年来可再生能源的发展，风力发电作为其中的一种重要形式，其技术也在不断地发展。
变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，其控制策略对于提高系统效率、保证系统安全运行至关重要。
二、变速恒频风力发电系统概述1. 变速恒频风力发电系统组成变速恒频风力发电系统主要由风机组、传动装置、变速器、功率转换装置、控制器等部分组成。
2. 变速恒频风力发电系统原理变速恒频风力发电系统通过控制叶片角度和转子转速来调节输出功率。
当风速较低时，通过调节叶片角度使得转子旋转较慢，从而保证输出功率稳定；当风速较高时，则通过调节变速器使得转子旋转更快，从而提高输出功率。
三、变速恒频风力发电系统控制策略1. 整体控制策略整体控制策略是指对整个变速恒频风力发电系统进行控制。
其中包括对于叶片角度、变速器及功率转换装置的控制。
整体控制策略可通过PID控制器进行实现。
2. 叶片角度控制策略叶片角度控制策略是指通过调节叶片角度来调节输出功率。
在低风速下，系统需要保持输出功率稳定，此时需要通过调节叶片角度来实现；在高风速下，系统需要提高输出功率，此时也需要通过调节叶片角度来实现。
3. 变速器控制策略变速器控制策略是指通过调节变速器来调节转子转速，从而提高输出功率。
在高风速下，系统需要提高输出功率，此时可以通过增加变速器齿轮比例来实现。
4. 功率转换装置控制策略功率转换装置控制策略是指通过调节功率转换装置的电压和频率来实现对于电网的连接。
当系统输出过多电能时，可以通过降低电网连接频率或者增加电网连接阻抗来减少电能输出。
四、总结变速恒频风力发电系统作为目前应用最广泛的一种风力发电系统，在其控制策略方面有着多种不同的方法。
整体控制策略、叶片角度控制策略、变速器控制策略和功率转换装置控制策略都是常用的控制方法。
在实际应用中，需要根据不同的情况进行选择，以保证系统稳定运行和高效输出。
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变速恒频双馈风力发电机是一种目前被广泛应用的风力发电机型号之一、它的励磁控制技术的研究对于提高风力发电机的发电效率和稳定性具有重要意义。
本文将从变速恒频双馈风力发电机的原理入手，介绍其励磁控制技术的研究现状和存在问题，并展望未来的发展方向。
变速恒频双馈风力发电机是一种采用双馈变速发电机作为发电机的风力发电系统。
其工作原理为：风能通过风轮驱动发电机转子旋转，产生电能。
其中，双馈发电机在转子和定子之间通过两个转换器将电能传递到电网中。
变速恒频控制技术的目的是根据风能的变化调整电机的转速，从而使发电机输出的电压频率保持稳定不变，并将其与电网的频率保持一致。
目前，变速恒频双馈风力发电机的励磁控制技术主要有三种类型：恒功率控制、恒风速控制和变频控制。
恒功率控制方法通过调节齿比传动装置来使得风力发电机输出的功率恒定。
恒风速控制方法通过调整转子的转速来使得风轮的转速保持恒定，从而达到一定的风速条件下输出恒定的功率。
变频控制方法通过控制发电机的频率来实现电网的频率同步。
然而，该技术在实际应用中还存在一些问题。
首先，励磁调节繁琐，难以实现精确控制。
其次，由于风力的不稳定性，变速恒频双馈风力发电机的输出功率会产生一定的波动，从而对电网的安全性和稳定性产生影响。
此外，传统的变速恒频控制方法对于风力发电机在不同气候条件下的风速响应能力较差。
未来的发展方向是改进现有的励磁控制技术，提高风力发电机的发电效率和稳定性。
一方面，可以研究开发更加精确的励磁控制算法，提高励磁系统的响应速度和控制精度。
另一方面，可以采用先进的传感器技术来实时监测和调节风力发电机的工作状态，以提高其对风力变化的响应能力。
此外，还可以结合机器学习等新兴技术，通过模型预测和预测控制来减小风力发电机输出功率的波动性。
综上所述，变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术的研究对于提高风力发电机的发电效率和稳定性具有重要意义。
通过改进励磁控制算法和采用先进的传感器技术，可以提高风力发电机的响应能力和控制精度，减小输出功率的波动性。
变速恒频双馈风力发电机的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，保持最佳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，也是未来风电技术发展的主要方向。
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佳值；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部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发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发展趋势。
变速恒频双馈风力发电机基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激励。
变速恒频风力发电技术综述
图 4 交流励磁双馈型变速恒频发电系统
由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现 的 , 流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转 速运行范围所决定的转差功率 。该转差功率仅为定 子额定功率的 1 /4～1 /3, 这样该变频器的成本以及 控制难度大大降低 。另外发电机变速运行的范围比 较宽 , 既可超同步运行 , 也可亚同步运行 , 而定子 输出电压和频率可以维持不变 , 既可调节电网的功 率因数 , 又可以提高系统的稳定性 。这种采用交流 励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控 制 , 减小变频器的容量外 , 还可实现有功功率、无 功功率的灵活控制 , 对电网而言可起到无功补偿的 作用。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷 。 目前这种风力发电机技术已商品化 。
图 5 无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统
这种采用无刷双馈发电机的控制方案除了可 实现有功 、无功功率的灵活控制 , 对电网而言可 起到无功补偿的作用 , 同时发电机本身没有滑环 和电刷 , 既降低了电机的成本 , 又提高了系统运 行的可靠性 [ 3 ] 。 215 磁场调制型变速恒频风电系统
系统如图 6所示 , 采用的发电机为磁场调制型 发电机 。磁场调制型变速恒频发电机系统由一台 专门设计的三相高频交流发电机和一套功率转换 电路组成 [ 9 ] 。发电机本身具有较高的旋转频率 fr , 用频率为 fm (一般是工频 50 Hz)的低频交流电励 磁 , 则三相电枢绕组的输出电压将是由频率为 fr + fm 和 fr - fm 的两个分量组成的调幅波 。通过并联桥 式整流器整流 , 然后通过可控硅开关电路 , 将波 形的一半反向 , 最后经滤波器滤波 , 即得到与发 电机转速无关频率为 fm 的恒频正弦波输出 。它实 质上是利用一台三相高频交流发电机 , 通过磁场 调制和解调技术来产生一个所需的低频单相输出 。
简述变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统的控制策略1. 引言随着可再生能源的快速发展，风力发电在新能源领域扮演着重要的角色。
变速恒频风力发电系统是一种常见的风力发电技术，它采用变频器和传感器等设备来控制风机的运行。
本文将对变速恒频风力发电系统的控制策略进行全面、详细、完整和深入的探讨。
2. 变速恒频风力发电系统的基本原理变速恒频风力发电系统由风机、变频器、传感器和控制器等部分组成。
变速恒频风力发电系统的基本原理是将风机的机械能转化为电能，并通过变频器控制输出电压的频率和电压大小。
变速恒频风力发电系统的控制策略主要包括风机的启停控制、叶片角度调节、电网同步控制和功率控制等方面。
2.1 风机的启停控制风机的启停控制是变速恒频风力发电系统控制策略的关键。
当风力较小时，系统需要启动风机以利用可用的风力资源。
启动风机时，控制器会发送启动指令给变频器，将电机的转矩逐渐增加，使风机启动加速。
当风力达到一定的阈值后，控制器会发送恒频指令给变频器，使风机保持恒定的转速。
2.2 叶片角度调节变速恒频风力发电系统通过调节叶片角度来控制风机的输出功率。
当风力较大时，控制器会通过传感器获取风机旋转速度和风速等参数，然后根据预设的功率曲线计算出应该调整的叶片角度。
调整叶片角度可以控制风机的风能利用率，使其在不同风速条件下都能输出最佳功率。
2.3 电网同步控制电网同步控制是变速恒频风力发电系统将风机的电能输出与电网相连接的关键。
在将风机的电能输出给电网之前，控制器需要检测电网的频率和电压等参数，然后将风机的输出电压调整到与电网同步。
通过电网同步控制，变速恒频风力发电系统可以保持与电网的稳定连接，并将多余的电能输送给电网。
2.4 功率控制功率控制是变速恒频风力发电系统的关键功能之一。
通过控制风机的转速和叶片角度等参数，系统可以实现对风机输出功率的精确控制。
功率控制在应对电网需求变化、风力波动等情况下起到重要作用，可保持风机输出功率在合适范围内，确保系统的安全和稳定运行。
变速恒频风力发电机的原理及控制研究
变速恒频风力发电机的原理及控制研究一、变速恒频风力发电机原理（一）系统介绍交流励磁发电机定子绕组接入工频电网，转子绕组经一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电。
该系统，允许原动机在某范围内变速运行，简化了调制装置，减少了调速时的机械应力，提高了机组运行效率；调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率；应用矢量控制可实现有功、无功功率的独立调节。
（二）频率分析双馈变速恒频风力发电系统如图一，由交流异步发电机的基本原理可得：f 1=np 60±f 2 (1) (1)式中f 1为定子电流频率，n 为转子转速，p 为电机的极对数，f 2为转子励磁电流的频率。
当发电机的转速n 小于定子旋转磁场的同步转速 n 1时，处于亚同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子机械旋转方向相同，式中f 2取正号，此时变频器向发电机转子提供交流励磁，定子发出电能给电网。
当n 大于n 1时，处于超同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子机械旋转方向相反，式中f 2取负号，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，变频器的能量逆向流动。
当n 等于n 1时，处于同步运行状态，此时发电机作为同步电机运行，f 2=0，变频器向转子提供直流励磁。
（三）能量流动分析对发电机来说，从转子输入的机械能，克服气隙磁场中导体所受的电磁力而做功，使导体不断地感应电势，从而源源不断地发出电能，实现机械能到电能的转换。
机电能量转换过程应该满足能量守恒定律，则得出定子侧的电磁功率方程为：P m =P cu 1+P 1 (2)（1）式中P m 为电磁功率，P cu 1为定子绕组的铜耗，P 1为定子输出的电功率。
同理，经气隙传递的电磁功率从转子侧可以表示为：P2=P cu2+P e2(3)（2）式中P2为转子侧输入(或输出)的电功率，P cu2为转子绕组的铜耗，Pε2为转子绕组转换或传递的电功率。
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变速恒频风力发电是一种高效利用风能的发电方式。
它通过调节风机的转速，使之始终保持在一个恒定的频率，实现对风能的最大利用。
变速恒频风力发电的关键技术主要有以下几个方面。
首先是变速系统的设计与控制。
变速系统是保证风机转速恒定的核心部件，它通常采用变频器控制变速器的输出转速。
变速系统需要根据风机的转速和负载的变化情况动态调整转速，以实现最佳发电效果。
变频器还需要具备保护功能，能够及时识别故障并采取相应措施，以提高系统的稳定性和可靠性。
其次是电力系统的设计与控制。
风力发电机组产生的电能需要通过电力系统转换为可供电网使用的交流电。
在变速恒频风力发电中，电力系统需要具备可靠性高、效率高的特点，能够稳定地将风机发出的电能输送到电网中。
电力系统还需要具备调度能力，能够根据电网负荷的变化情况调整输出功率，以实现对电网的无功补偿和动态响应。
另外一个关键技术是风机叶片的设计与制造。
风机叶片是将风能转化为机械能的部件，其设计与制造质量直接影响到发电系统的效率和可靠性。
风机叶片需要具备高效性和强度，能够在各种恶劣的气候条件下工作。
目前，一些新型材料和制造工艺被应用于风机叶片的制造中，以提高其性能和使用寿命。
还需要考虑变速恒频风力发电系统的运维与管理。
风力发电机组的运维与管理是保证系统正常运行的重要环节。
运维人员需要对发电机组进行定期巡检、维修和保养，以确保设备的可靠性和安全性。
需要建立完善的数据监测与分析体系，及时掌握系统的运行情况，并采取相应措施进行调整和优化。
变速恒频风力发电的关键技术包括变速系统的设计与控制、电力系统的设计与控制、风机叶片的设计与制造以及系统的运维与管理。
这些技术的研究和应用能够提高风力发电系统的效率和可靠性，推动可再生能源的发展。
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。
双馈电机变速恒频风力发电技术概述
对数。 其中，“+”表示亚同步运行，“一”表示超
同步运行，后者要求转子绕组相序与定子相反。 从这个关系式可以看出，当转子转速 n 变化时， 可调节转子的供电频率 f2，保持 f1 不变，即保证 定子馈电频率不变，与电网一致。
3 双馈风力机交流励磁变频电源拓扑结构
从本质上看，双馈电机和其它感应电机一样， 是一个非线性多变量强耦合的系统，因此应用非 线性控制理论研究其控制策略更能反映问题的本 质。Z.Krzeminski 基于微分几何的非线性反馈线 性理论提出了感应电机多标量模型及其控制策 略，并将其应用到了无速度传感器双馈发电机的 交流励磁控制。感应电机的非线性反馈线性化是 通过非线性状态反馈和非线性变换实现系统的动 态解耦和全局线性化。由于非线性反馈线性化的 基础是已知参数的电机模型及电机参数的精确测 量或观测，然而在运行中电机参数受温度和磁饱 和现象的影响，并且磁链观测的准确性很难保证， 这些都影响系统的鲁棒性，目前国内外学者很少 采用该模型来实现双馈电机变速恒频发电机系统 的交流励磁控制[13]。 4.3 直接功率控制
随着风电机组容量的进一步增大，对大容量、 高品质励磁电源有了新的需求，原有的两电平 PWM 变换器由于容量和输出电平数的限制已逐 渐显露出作为交流励磁电源的不足。频率变换器 采用多电平方式后可以获得更多级的输出电压， 波形更接近正弦，谐波含量少，电压变化率小， 可获得更大的输出容量。采用多电平变换器构造 出的双 PWM 变换器的输入、输出特性更优，电 力谐波更少，降低了 EMI 滤波器设计难度，减轻 了开关器件的电压应力。在同样的谐波性能条件
矢量控制技术是通过电机统一理论和坐标变 换理论，把感应电机的定子电流分解成磁场定向 旋转坐标系里的励磁电流分量和与之相垂直的转 矩分量，然后分别对它们进行解耦控制，可以实 现与直流电机一样的控制性能。
变速恒频风力发电系统控制方案综述
∞ ＝ ２￣ｎ ６ ｒ／ ０
Ａ ＝ ＝
（） ２ （） ３
式 中 ：—— 空 气密 度 ； ｐ
ｃ ｎｒｌｓｒｔｇ ｓａ ａｙ ｅ ｙ ｃ ｍｐ ｒ ｇ ｗｉ ｏ ｓａ ｔｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｔｎ ｒｑ ｅ ｃ （ Ｓ Ｆ） ｃｎｒｌｓ ａｅ ，ｔｅ ｏ ｔ ｔ ｅ ｗａ ｎ ｌｚｄ ｂ ｏ ａｉ ｔ ｃ ｎ ｔｎ ｐ ｅ ｏ ｓａ ｔｆ ｕ ｎ ｙ Ｃ Ｃ ｏ ａｙ ｎ ｈ ｅ ｏ ｔ ｔ ｔｇ ｏ ｒ ｌ ｓ ａｉ ｌ ｓ ｅ ｄ ｃｎ ｔ ｔ ｒｑ ｅ ｃ Ｖ Ｃ ）ｃ ｎｒ ｔ ｔ ｙ ｈ ｄ ａ ｔ ｅ ｆ Ｓ Ｆ ｒ ｎ ｒｔ ｙｔ ｈ ｕｄｕ ｅｖ ｒ ｂｅ ｐ ｅ ｏ ｓ ｎ ｅ ｕ ｎ ｙ（ Ｓ Ｆ ｏ ｔ ｌ ｒ ｅ ．Ｔ ｅａ ｖ ｎａ ｓｏ Ｖ Ｃ ｇ ｒ ｅ ａ ａ ｆ ｏｓａ ｇ ｇ
摘 要 ：为满足风力发 电机组并 网运行 的要求 ， 风力发 电系统应 采用变速恒频控制策略 。通过 与恒速恒 频控制策略进行 比较 ， 分析 了变速恒频控制 策略的优点 。详细 阐述 了国内外 主要 的变速恒频 风力发电系统方 案： 笼型异步发电机 、 流励 磁双馈发 电机 、 交 无刷 双馈发 电机 、 直驱式 永磁 同步发 电机 。最后 对风力发 电机 的
屯 札 再拄 制 应 用 ２ １ ，９（ ） ０ ２３ ３
新能源与风 力发电 Ｅ Ａ ＭＣ
变 速 恒 频 风 力 发 电 系统 控 制 方 案 综 述 木
张广 明 ， 吴 煜琪 ， 梅 磊 ， 季 文娟 （ 南京 工业 大 学 自动 化 与 电气 工程 学院 ，江苏 南京 ２ ８ １ １ １ ６）
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ａｊ ｇ２ １ ， ｈｎ ） ｅｈ ｏｏ ，Ｎ ｎｉ １８ ６ Ｃ ｉａ ｇ ｎ １
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。
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究随着我国对清洁能源的日益重视，风力发电作为可再生能源的重要组成部分，受到了越来越多的关注。
而变速恒频风力发电技术作为风力发电机组的关键技术之一，更是备受研究者们的青睐。
本文将从风力发电的发展现状、变速恒频技术的原理及应用、关键技术的研究现状等方面进行探讨和分析。
一、风力发电发展现状随着风力发电装机容量不断增加，相应的问题也逐渐凸显出来。
由于风力资源的不确定性和间歇性，风力发电机组的运行稳定性成为了制约其发展的一个重要因素。
而变速恒频技术的提出和应用，为解决这一难题提供了有效手段。
二、变速恒频技术的原理及应用变速恒频技术是指在风力发电机组中，利用变速技术使发电机转子的转速能够随风速的变化而调节，保持在恒定的频率下，从而实现风能高效转换成电能的目的。
其原理主要包括风能转换、变速控制和恒频调节三个部分。
风能转换是指将风能通过叶片、齿轮箱和发电机等部件转换成机械能或电能的过程。
变速控制则是指通过控制变速传动系统的工作状态，调节发电机的转速，使之能够跟踪风速的变化。
恒频调节则是指在变速控制的基础上，保持发电机的输出频率不变，从而能够满足电网对电能品质的要求。
这些原理的应用，使得风力发电机组的运行更加稳定，发电效率更高，从而大大提高了风力发电的可靠性和经济性。
与传统的定速恒频技术相比，变速恒频技术具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。
在弱变风及风能资源较好的地区，其经济性和运行可靠性更加突出。
变速恒频技术在风力发电领域的应用前景广阔。
三、关键技术的研究现状1. 风能转换技术风能转换技术是风力发电技术的核心之一，其性能直接影响着风力发电机组的输出功率和经济性。
目前，我国在风能转换技术方面已取得了重要进展，主要体现在叶片设计、齿轮箱设计和发电机设计等方面。
叶片设计方面，越来越多的企业和科研机构开始注重在风能转换效率和结构强度方面的研究和应用。
在材料选择、叶片型号、叶片布局等方面进行了一系列的改进和创新。
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. 引言1.1 引言概述近年来，随着全球温室气体排放问题日益严重，清洁能源的发展成为全球各国政府和科研机构共同关注的焦点。
在清洁能源中，风力发电由于其无污染、可再生等优势，逐渐成为一种备受推崇的发电方式。
传统的恒速风力发电系统存在着效率低、噪音大等问题，限制了其在发电领域的广泛应用。
为了解决传统风力发电系统存在的问题，变速恒频风力发电技术应运而生。
该技术能够根据风力大小实现变速运行，使风机在不同风速下都能保持恒定的频率输出，从而提高了发电系统的整体效率和稳定性。
本文旨在对变速恒频风力发电关键技术进行深入研究，从系统结构设计、控制策略研究、参数优化、性能评价以及应用前景分析等多个方面进行探讨。
通过对各项技术进行系统分析和研究，旨在为风力发电系统的进一步改进和推广提供有益参考。
1.2 研究背景研究背景中，首先需要了解到传统的恒速风力发电系统存在着转速固定、发电效率低等问题，限制了其在不同风速下的发电性能。
而变速恒频风力发电系统可以根据风速的变化灵活调节转速，使得系统能够在各种风速下都能够高效发电。
对变速恒频风力发电技术进行深入的研究和探索，对提高风力发电系统的发电性能和经济性具有重要意义。
研究变速恒频风力发电技术可以推动风力发电行业的发展，提高风力发电的发电效率和稳定性，同时也有利于促进清洁能源的发展和应用。
对这一技术进行深入的研究和探索，有助于解决当前风力发电系统存在的问题，推动风力发电行业的发展。
1.3 研究意义变速恒频风力发电技术可以提高发电系统的运行效率和稳定性。
通过控制发电机转速和输出电压频率，可以使发电系统在不同风速下都能保持良好的发电性能，从而提高发电效率和利用率。
这对于解决传统定速风力发电系统在低风速和高风速情况下效率低下的问题具有重要意义。
变速恒频风力发电技术可以有效降低风力发电系统的成本。
通过合理设计系统结构和优化控制策略，可以减少发电设备的磨损和损耗，延长设备的使用寿命，减少维护成本和运营成本，提高系统的经济性和可靠性。
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。
刍议变速恒频风力发电技术
刍议变速恒频风力发电技术摘要：随着世界范围内市场经济的迅猛发展，全球能源资源的消耗速度也不断增加，对地球的自然生态环境造成了日益严重的威胁。
在此情况下，寻找新能源并进一步推进环保技术的发展势在必行。
其中，风力发电技术作为一种绿色环保的发电技术，得到了越来越广泛的关注与认可。
本文主要从我国风力发电的现状入手，深入探究变速恒频的现代化风力发电技术的优点及技术原理等，这也已成为当前研究的一项重要课题。
关键词：变速；恒频；风力；发电；技术引言众所周知，在市场经济发展越来越迅速的当今社会，全球范围内所面临的能源资源形势也越来越严峻。
特别是随着我国改革开放初期对能源资源的过度开发与利用，致使我国的能源危机与环境污染问题也日渐凸显出来。
因此，为进一步实保护现生态环境，促进经济可持续发展的战略目标，积极研究绿色环保的风力发电技术，已成为当下一项十分迫切的需求。
在此时代背景下，关于变速恒频发电技术的研究也受到越来越多的关注。
一、我国风力发电技术的发展概述风能作为一种绿色可再生能源，在能源资源愈加匮乏的当今社会得到了越来越广泛的关注与应用。
事实上，早在20世纪50年代，风力发电的相关理念与技术就已经在我国慢慢兴起。
特别是到80年代后期，我国的风力发电技术得以广泛发展。
截至目前，我国的多个地方都已经建立起了风力发电厂，并在不断地对风力发电技术进行着积极的研究。
当然，不同国家、不同地区的实际情况不尽相同，其对风能的利用程度也大不相同。
特别是在传统的恒速恒频的风力发电技术中，我们对风力的利用率比较低。
但是，随着近年来变速恒频风力发电技术的广泛推广与应用，我们对风力的利用率越来越高，我国风力发电的效率得以大大提升。
二、变速恒频风力发电工作原理与技术分析所谓的变速恒频风力发电技术，实际上就是一种将电力电子技术、矢量变换控制技术以及微机信息处理技术等现代化高科技技术引入到发电机控制中的新型发电方式。
这也是我国当前使用的风力发电技术中最优化的一种技术方案。
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变速恒频风力发电是一种高效而常见的风能利用方式，它的核心在于利用变频器对风力机的输出电压和频率进行调节，使得发电机输出的电压和频率保持恒定。
变速恒频风力发电技术在实际应用中具有重要的研究意义和应用价值。
变频器是实现变速恒频风力发电的核心设备。
变频器可以将风力机的输出电压和频率进行调节，使得风力机的输出功率能够适应不同的风速条件。
通过变频器的精准控制，风力机可以在不同的风速下稳定运行，使得发电效率得到最大化的提升。
变速恒频风力发电的关键技术之一是风力机系统的设计。
良好的风力机系统设计能够保证风力机在各种工况下的运行稳定性和发电效率。
在设计风力机系统时，需要考虑风力机的叶片形状、叶片材料、机械结构等因素，以提高风力机系统的整体性能。
风力机的控制算法是实现变速恒频风力发电的重要技术手段之一。
通过优化控制算法，可以实现风力机系统在不同风速下的智能运行和最佳发电效果。
控制算法需要考虑风力机系统的动态特性、响应速度等因素，以实现风力机的高效运行和灵活控制。
风力机系统的传感器技术也是实现变速恒频风力发电的关键技术之一。
传感器可以用来感知风速、风向、温度等环境参数，以实时反馈给变频器和控制系统，从而实现对风力机系统的精确控制和调节。
传感器技术的精确性和可靠性直接影响到风力机系统的运行效果和发电效率。
变速恒频风力发电的关键技术包括变频器技术、风力机系统设计、控制算法和传感器技术等。
通过对这些关键技术的研究和应用，可以实现风力发电系统的高效运行和发电效率的最大化。
未来的研究应该着重解决风力机系统的智能化控制和优化设计问题，以推动变速恒频风力发电技术的进一步发展和应用。
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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。
功率调节方式主要有三种。
（1）定桨距失速调节
这种调节方式下，桨叶与轮毂刚性联接，桨距角度保持不变。
随着风速增加，攻角增大，分离区形成大的涡流，流动失去翼型效应，上下翼面压力差减少，阻力增加，升力减少，造成失速，从而限制功率增加。
整机结构简单、部件少、安全系数较高，但翼型结构复杂，制造困难，机组额定功率增加后，叶片加长，
承受推力大，对其刚度是严峻考验。
因此不太适合于大型机组。
（2）变桨距调节
这种调节方式下，风机桨叶的安装随风速变化。
高于额定功率时，桨距角向迎风面积减少的方向转动适当角度，相当于减小功角。
在阵风时，受到的冲击比定桨距小得多，可减少材料使用，降低总机重量，但需要有一套比较复杂的变桨距调节机构，并要求对阵风的响应速度要快，以利于减轻由于风速波动而引起的功率波动。
（3）主动失速调节
它是前两种功率调节方式的组合。
在低风速时采用定桨距调节，可达到更高的起动功率；当风速更高时，在风机达到额定功率后，采用变桨距调节，限制风能吸收。
二者取长补短，调节机构不再需要很高的调节速度。
3变速恒频风力发电系统的几种形式
在风力发电机与电网并网时，要求风力发电频率与电网频率一致。
由于变速变频发电系统中风力发电频率随风速而变，不能和电网频率始终保持一致，不能实用。
但如果允许风力发电机在一定的风速范围内做变速运行，则能达到更好利用风能的目的。
基于上述考虑，发展了变速恒频发电系统。
近年来，研究较多的交流电机变速恒频风力发电系统主要有以下四种形式。
3.1 同步发电机变速恒频系统
同步电机是自励磁电机，机电转换效率高，容易做成多极数低转速型，因而可以采用风机直接驱动，省去增速齿轮箱。
系统成本低，可靠性高。
同步发电机变速恒频发电系统如图2所示。
如果能控制转子励磁电流的大小，还可控制发电机的功率因数。
当采用永磁转子时，电极极距可以很小，因而可以大大减小多极数低转速电机的径向尺寸，但发电机的电压和功率因数就比较难控制了。
此外，发电机的全部功率经由变频器输送到电网，变频器容量很大，至少要达到发电机额定功率的1.5倍，这是其不利的一面。
但也有人在研究永磁发电机在风力发电的最大功率跟踪控制方法[3]。
图2同步发电机变速恒频系统结构图
3.2 笼型异步发电机变速恒频系统
笼型异步发电机结构简单，成本低，易于维护，适应恶劣环境，因而在风力发电中广泛应用。
笼型异步发电机变速恒频系统如图3所示。
其定子绕组通过变频器和电网相连，通过控制器控制在变化的风速下输出恒频交流电。
同样由于变频器要通过全部发电功率，容量要达到发电功率的1.3～1.5被才能安全运行。
因此系统庞大，只适用于小容量风力发电系统。
图3笼型异步发电机变速恒频系统结构图
3.3 双馈电机变速恒频系统
如果发电机采用转子交流励磁双馈发电机时，就有了双馈电机变速恒频发电系统。
系统结构如图4所示。
图4双馈电机变速恒频系统结构图
当转子速度随风速变化时，控制转子电流的频率f r，即f1=f r±f2就可使定子频率始终与电网频率保持一致。
由于变频器在转子侧，只需要一部分功率容量（发电界定功率的1/4），变频器就能在超载范围内调节系统。
因此相对于前两种变速恒频系统而言，降低了变频器的成本和控制难度，定子直接接于电网，抗干扰性好，系统稳定性强，还可以灵活控制有功无功，十分适用于大中容量风力发电。
为了克服此系统无法实现弱磁，美国Thoms.A.Lipo提出双变频器的双馈电机变速恒频系统，双馈电机可长期运行于超同步模式。
3.4 无刷双馈异步电机变速恒频系统
无刷双馈电机没有滑环和电刷，克服了双馈电机有刷和滑环等机械部件的缺点，且能低速运行，因而受到广泛关注。
应用无刷双馈电机的变速恒频系统结构如图5所示。
图5无刷双馈异步电机变速恒频系统结构图
该电机由两台绕线式异步电机背靠背而成。
两个转子同轴连接，转子绕组在电气上直接相连，没有滑环和碳刷；一个定子绕组向外输出功率，另一个定子绕组为励磁绕组，由变频器供电。
设功率绕组（接于电网）的频率为fp，励磁绕组频率为fc，相应的两定子绕组极对数为P p和P c，则运行后有如下关系：
n r=60×(f p±f c)/(P p+P c)
当转子转速nr发生变化时，通过改变励磁电流频率f c，即可使发电机输出频率f p不变，实现变速恒频控制。
现在已有改进型应用于风力发电中。
4 几种变速恒频风力发电系统比较及最近发展趋势
上述几种变速恒频发电系统中，笼型异步发电变速恒频系统和同步发电变速恒频系统所采用的变频器容量是发电界定功率的1.5倍左右，而双馈电机变速恒频系统和无刷双馈异步电机变速恒频系统所采用的变频器的容量只需要发电界定功率的1/4，变频器小，控制难度降低，适用于大中型风力发电系统。
另外还可以看出，笼型异步风力发电和无刷双馈异步电机变速恒频系统没有碳刷和滑环，坚固耐用，可靠性高。
变速恒频技术覆盖了风力发电机的全部功率范围，因而成为今后风力发电的主要发展方向。
现在应用比较成熟的是双馈电机变速恒频发电技术。
大型风力发电系统大部分采用这种技术。
有众多学者研究人员研究改善这种方式下的变频器及系统控制策略，使系统性能发电效率逐步提高。
例如有基于最大功率跟踪控制策略[4][5]、基于电网无功功率优化控制策略[6]；还有的控制策略力图在低风速时按最大功率跟踪控制，在高风速时按恒功率控制[7]。
无刷双馈电机由于没有碳刷滑环等易磨损机械部件，能低速运行，控制励磁绕组的变频器容量小，成为热点之一。
但目前该型电机结构复杂，成本高，效率较低。
许多专家致力于该型电极的改进，使其结构简单，成本降低，提高效率。
相信不久的将来，无刷双馈电机可应用到大中型风力发电中去。
另外一个值得注意的研究方向是永磁同步发电变速恒频系统。
但永磁电机在过冷过热以及强烈震动时会退磁，尤其是在电机过载时过热时将造成不可逆的退磁，因此在永磁同步发电变速恒频系统中保证发电机不过载是难点之一。
为了克服这个缺陷，在文献[8]中提到混合励磁同步电机。
它采用永磁和电励磁两种励磁方式相结合的形式，集成了电励磁同步电机调磁方便且调磁容量小和永磁同步电机效率高、转矩／质量比大等优点，同时又克服了永磁同步电机磁场调节难的缺陷，有较大的应用前景。
但大型的混合励磁同步电机结构复杂，制造困难，还有待于进一步改进提高。
5结束语
近年来变速恒频风力发电技术发展迅速，特别是双馈电机变速恒频发电机组已经商品化。
NORDEX、VESTAS 等公司已研制出2.5MW变速恒频风力发电机组，并投入运行。
而我国在这方面还处于应用基础研究阶段，
还有很大差距。
我国风力发电技术研究应着力于系统整体设计、发电机本体设计、变速恒频控制策略、风电并网的系统稳定性等方面的研究，着力于技术的实用化、市场化。
相信通过广大科技工作者和工程技术人员的共同努力下，我国的风力发电事业一定能够迎来更加美好的明天。
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