双馈发电机工作原理

双馈发电机工作原理

双馈风力发电机是时下应用比较广泛的风机，它的特殊之处在于其定子绕组和转子绕组都直接或间接地与电网相连，定子侧绕组产生的工频交流电直接馈入电网，转子侧的功率通过整流逆变装置上网。与一般的异步发电机相比，双馈风机允许发电机转速在一定范围内波动，因为转子侧（相当于励磁绕组）中电流的大小和频率可以通过整流逆变装置进行调节，从而在转速发生变化的情况下，维持定子侧输出功率频率的恒定。

暂态建模资料

摘要

随着风力发电并网容量的快速增加，风电接入对电网运行性能的影响越加

明显。联网运行双馈感应风电机组的运行特性对电网的安全稳定运行有着重要

的影响。

本文对联网运行双馈感应风电机组的仿真建模、运行控制及模型的有效性

进行了研究分析，主要包括以下内容：

分析了两相同步旋转坐标系下双馈感应风电机组数学模型的特点，建立了

双馈感应风电机组联网运行电磁暂态模型，对不同运行条件下双馈感应风电机

组的运行特性进行了仿真模拟，深入了解了双馈感应风电机组的联网运行特性。

建立了联网运行双馈感应风电机组运行控制策略，在此基础上，构建了控

制系统传递函数模型，分析了PI控制器参数选择对控制系统性能的影响，提出

了PI控制器参数设置的方法。

提出了电网发生对称性故障时双馈感应风电机组的短路电流计算简化模

型，为评估双馈感应风电机组短路对电网继电保护装置的影响提供了有效的计

算模型。

设计了风电机组联网短路试验方案，分析了短路试验数据识别出风电机组

厂家未提供的风电机组撬杠保护动作值，并仿真重现了风电机组联网短路试验，

仿真数据与试验数据相吻合，验证了所构建系统模型和仿真系统的有效性。

研究现状

由于风能是一种随即性很强的一种能源，不能像火力发电、水力发电那样

可以预先调度，因此大规模的风力发电的接入对电网的经济、安全、稳定运行

带来了诸多不利的影响，对系统调频、调压、调峰带来了困难。同时由于风电

机组大多包含有对运行条件要求很高的电力电子变流器，在一些运行方式下电

网的扰动对风电机组的正常运行也会带来一定的影响，严重时可能会引起风电

机组跳闸，造成电网功率大幅波动，威胁着电网的运行安全，而从系统持续运

行的角度考虑，通常希望风电机组具有一定的故障穿越能力，能够在一定的故

障情况下持续联网运行，因此对联网运行风电机组的运行特性，需要进行深入

的研究。

目前联网运行的风电机组可分为恒速恒频风电机组(CSCF)及变速恒频风

电机组(VSCF)两种，恒速恒频风电机组是指在发电过程中保持转速不变的风

电机组，所采用的发电机主要是同步发电机及鼠笼式感应发电机，前者运行于同步转速，

后者工作转速稍高于同步转速。变速恒频风电机组是指发电过程中

发电机转速根据风速不同做出改变的风电机组，通常有：鼠笼式异步发电机变速恒频风力风力发电系统，交流励磁双馈感应发电机风力发电系统，无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统，直驱型变速恒频风力发电系统。由于变速恒频风电机组具有较高的风能利用效率，较恒速恒频风电机组而言具有一定的优势。其中双馈感应风电机组由于所需变流器的容量较小，成为目前最广泛采用的风力发电技术。

建模

双馈感应风电机组是一种变速恒频风力发电机组，由于其具有在宽风速范

围内有着较高风能利用效率、有一定的无功功率调节能力，所需变流器容量较小等特点，成为目前主流的风力发电机组。本章介绍了双馈感应风电机组的数学模型，并分析了其数学模型的特点。