双馈式感应发电机(DFIG)说明
双馈式感应发电机(DFIG)说明
双馈式感应发电机（DFIG）简介大明双馈电机（或称为交流励磁电机），它早在四十年代就已经出现。
随着电力电子技术和数字控制技术的发展，双馈电机在电气性能方面所具有的一系列优点和巨大的潜力，已经引起国外的高度重视。
双馈式感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG) 使用绕线式转子，由于电力可经由转子侧之电力转换器双向流动，因此发电机馈入电力系统的界面同时包括定子侧（Line side）及转子侧（Rotor side），其电力转换器功率仅为发电机额定功率之20~30%，故成本较低，而且发电机可变速围可达同步转速之±30%，因此性能/价格比值最高，为目前大型风力发电机中最普遍采用之组态。
全球前10大风力发电机制造商的产品中有六成以上的变速风力发电机采用双馈式感应发电机，本文将介绍双馈式感应发电机的基本原理与特性。
一、双馈式感应发电机（DFIG）基本原理双馈式感应发电机（DFIG）是在同步发电机和异步发电机的基础上发展起来的一种新型发电机，其转子具有三相励磁绕组结构。
当通以某一频率（转差频率）的交流电时，就会产生一个相对转子旋转的磁场，转子的实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。
从定子侧看，这与同步发电机直流励磁的转子以同步转速旋转时，在电机气隙中形成一个同步旋转的磁场是等效的。
双馈式感应发电机与一般感应发电机不同之处在于联接其转子侧之PWM脉宽调变电力转换器具有四象限之运转能力，电力转换器提供低频（转差频率）的交流电流(或电压)进行励磁，调节励磁电流(或电压)的幅值、频率、相位，来实现定子恒频恒压输出，其定子输出特性与同步发电机十分类似，所以有一些文献指出，双馈式感应发电机可以视为同步发电机与感应发电机之综合体。
从能量流动的特性来看，与采用直流励磁的同步发电机相比，同步发电机励磁的可调量只有直流励磁电流的幅值一个，所以同步发电机励磁一般只能对无效功率进行调节，而双馈式感应发电机，其励磁的可调量除了励磁电流的幅值外，还有励磁电流的频率和相位。
双馈变流器工作原理
双馈变流器工作原理双馈变流器（Double-Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统中的变流器，它的工作原理是利用电力电子技术将风能转化为电能，并将其送入电网中供应给用户使用。
双馈变流器相比其他变流器具有更高的效率和更好的控制性能，因此在风力发电领域得到了广泛应用。
双馈变流器由两部分组成：一部分是风力发电机组，另一部分是变流器。
风力发电机组通常由风轮、发电机和装有电磁铁的转子组成。
当风轮受到风力作用时，会转动，带动发电机产生电能。
而转子上的电磁铁则可以通过改变其磁场强度来调节发电机的输出电压和频率。
在传统的风力发电系统中，发电机的输出直接通过变频器转换为交流电并输入电网。
然而，这种方式存在一些问题，比如变频器的容量较大，成本较高，同时对系统的稳定性和可靠性要求较高。
为了解决这些问题，双馈变流器应运而生。
双馈变流器的工作原理是将发电机的转子绕组分成两部分：一部分连接到固定的电网，另一部分通过变流器连接到电网。
这样，发电机的输出电流可以分成两部分：一部分通过固定的电网回馈给发电机，另一部分通过变流器送入电网。
这种方式可以减小变流器的容量，降低成本，同时提高系统的稳定性和可靠性。
具体来说，双馈变流器通过改变发电机转子上电磁铁的磁场强度来调节发电机的输出电压和频率。
当风轮转动时，发电机产生的电能通过变流器送入电网。
同时，电网也会向发电机输送电能。
双馈变流器通过控制变流器的电压和频率，可以实现对发电机的有源功率和无功功率的控制。
双馈变流器的优势主要体现在以下几个方面：1. 较低的成本：相比传统的风力发电系统，双馈变流器的容量较小，可以降低系统的成本。
2. 更好的控制性能：双馈变流器可以实现对发电机有源功率和无功功率的精确控制，可以根据电网需求灵活调节输出功率。
3. 提高系统的稳定性和可靠性：双馈变流器通过将一部分发电机的输出电流回馈给发电机，可以增强系统的稳定性和可靠性。
双馈式风力发电机结构原理及功率分析
双馈式风力发电机结构原理及功率分析1 双馈式风力发电机的结构双馈发电机（Doubly—Fed Induction Generator，简称DFIG）最初的设想来自于一位英国学者，是在自级联异步电机的基础上发展出来的。
其在结构上与绕线异步电机较为类似，由于其转子和定子两部分都能馈入或馈出能量，因此得名“双馈”，同时，由于双馈式发电机是通过转子来产生交流磁场，所以，双馈式发电机也被形象的称为交流励磁发电机。
双馈式发电机的结构一般是由转子、定子和气隙三个组成的。
在双馈式电机定子的铁心上，均匀的分布着同形状的凹槽，它的主要作用就是用来嵌入定子绕组，使得通过定子的三相电流能够产生旋转磁场，同样，在转子中也有嵌入用绝缘导线组成的三相绕组，如图1，从示意图中可以清楚的看到，转子上引出的三相线先连接到位于转轴上的集电环上，然后再由电刷引出。
一般情况下，定子是直接接到工频电网上，而转子则通过变换器连接到电网上，以用于转子进行交流励磁用。
2 双馈式风力发电机的原理双馈式电机交流励磁变速恒频发电系统图2所示即为双馈式发电机交流励磁变速恒频发电系统的基本组成示意图。
图的最左端为风机的桨叶，当桨叶通过风力的推动转动时，连杆经过齿轮箱的变速后带动发电机转动。
当风速发生变化时，势必带动发电机的转速发生变化，此时，可以通过变频器有针对的控制输入到转子侧的励磁电流的频率，来改变转子磁场的旋转速度，这样，就能使定子侧感应出同步转速，将变速恒频发电变为现实。
n+(-)60f1/p=60f2/p要保持电网的频率不发生变化，我们可以通过控制转子的电流频率，即f1来确保f2恒定不变，达到变速恒频的目的。
当发电机的转速小于同步转速，即ωr<ω1时，整个发电机处于亚同步状态，在此状态下，通过励磁变频器，电网向发电机的转子提供交流励磁，补偿其转差功率，由定子向电网馈出电能；当发电机的转速大于同步转速，即ωr>ω1时，该发电机处于超同步状态之下，在此状态下，同样通过励磁变换器，转子回路向电网馈出电能，励磁变换器的能量方向与亚同步状态下相反，同时，定子回路也向电网馈出电能；当发电机的转速与同步转速相等，即ωr=ω1时，此时可以看作普通的同步电机，式2—1中fr=0，变流器向转子提供直流励磁。
双馈异步风力发电机 原理
双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。
它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。
下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。
2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。
转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。
3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。
4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。
5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。
6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。
外部绕组与电网相连。
7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。
通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。
同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。
双馈风力发电机工作原理
-2-
U E I ⎧
⎪
.
.
.
=−
1
−
1
(1 R1 + jX1 )
⎪.
U ′ ⎪ E I ′ ′ ⎪
⎨
2 =− s
则 P2 < 0 ，转子向电网馈送电磁功率。
下面考虑发电机超同步和亚同步两种运行状态下的功率流向 （1）超同步运行状态，顾名思义，超同步就是转子转速超过电机的同步转速时 的一种运行状态，我们称之为正常发电状态。（因为对于普通的异步电机，当转 子转速超过同步转速时，就会处于发电机状态。）
电网
P1
Pmech
B
u B
iB
b
ua
a
ia
θm
ib
A
ub
iA
ic uc
uA
c
iC uC
C
图（3-9）双馈电机的物理结构图
电压方程 选取下标 s 表示定子侧参数，下标 r 表示转子侧参数。定子各相绕组的电
阻均取值为 rs ，转子各相绕组的电阻均取值为 rr 。 于是，交流励磁发电机定子绕组电压方程为：
u A = −rsiA + Dψ A ； uB = −rsiB + Dψ B ； uC = −rsiC + Dψ C 转子绕组电压方程为：
双馈风力发电机工作原理讲义
本 章 的 主 要 内 容 是 讲 述 双 馈 感 应 发 电 机 （ Doubly-Fed Induction Generator，简称 DFIG）的工作原理及其励磁控制，我们通常所讲的双馈异步发 电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双 馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以 像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机（Alternating Current Excitation Generator ACEG）也有称为异步化同步电机（Asynchronized Synchronous Generator）同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的 幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量 有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位 。 这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改 变电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励 磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网 扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场 在气 隙 空 间 的 位 置 上 有 一 个 位 移 ，这就 改 变 了 发 电 机 电 势 与 电 网 电 压 相 量 的 相对位置，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节 。 所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。交流励磁电机 之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是，实现 可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子 磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可 以实 现 有 功 无 功 的 独 立 解 耦 控 制 ，当前 的 主 流 双 馈 风 力 发 电 机 组 均 是 采 用 此 种控制策略。
浅析双馈感应电机DFIG单机机端电压调节方式
浅析双馈感应电机DFIG单机机端电压调节方式【摘要】文章运用公式对双馈感应电机（DFIG）无功功率调节原理进行了阐述，通过折线图论述了DFIG单机机端电压的调节方式，举证电压测试与调节试验分析了PI控制方法对机端电压调节的影响与效果。
【关键词】双馈感应电机DFIG；单机；机端电压；控制；调节；试验引言一般而言，双馈感应电机（DFIG）采用转子侧变流器影响和控制极端电压与功率因数的工作方案。
虽然网侧变流器也可以实现无功功率注入，但是，转子侧变流器更容易实现对双馈发电机的电压控制。
本文从理论到试验，对DFIG机端电压的控制方式展开了具体的探讨。
1、DFIG无功功率调节的原理Qr=Im[VrIr*] ⑴公式⑴为通过转子的无功功率。
Qr=Im[VrIr*/s] ⑵公式⑵为Qr归算到定子侧时的无功功率。
可以假设定子磁链的方向既定，不考虑定子侧的损耗，将dq坐标系下的双馈机组数学模型进行同步旋转，便能得出发电机定子侧的无功表达式。
⑶公式⑶中，rd_m表示发电机励磁电流；rd_g表示控制与电网交换的无功功率；gen表示发电机吸收的无功功率；gen表示与电网交换的无功功率。
⑷公式⑷中，当mag值为零时，可以补偿发电机吸收的空载无功功率，rd_m 值的控制范围用公式⑸来表示。
rd_m=⑸注入电网的无功功率增高或降低都会引起极端电压的变化，控制电压的方式主要有：用rd_m补偿双馈风电机组机消耗的无功功率；如果机端电压低于或高于极端电压参考值，必须要对rd_g值进行调整。
控制转子电流的无功分量，能够使发电机输出无功功率。
不考虑功率因数的情况下，能够测试出DFIG的无功功率极限。
2、DFIG单机机端电压的调节方式基于对历史实验的总结可知，DFIG容性无功功率与网测电压的变化成正比，如图1所示，DFIG容性无功功率增加，网侧电压增高。
DFIG感性无功功率与网测电压的变化成正反比，如图2所示，DFIG感性无功功率增高，网侧电压降低。
风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究
风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术研究一、概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已经在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
风力发电系统的核心技术之一便是双馈感应发电机（DFIG）的矢量控制技术。
这种技术对于提高风能利用率和系统稳定性具有重要意义，对双馈感应发电机矢量控制技术的研究具有重要的理论和实践价值。
双馈感应发电机是一种变速恒频风力发电技术中的关键设备，其工作原理是利用风能驱动发电机转子转动，从而产生交流电。
由于风速的波动和不确定性，给风力发电系统的稳定运行带来了一定的挑战。
为了解决这个问题，双馈感应发电机矢量控制技术应运而生。
这种技术通过精确控制发电机的电流和电压的相位和幅值，实现对发电机输出功率的精确控制，从而优化风力发电系统的运行效率。
目前，双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中得到了广泛应用。
仍然存在一些问题需要解决，如控制策略的优化、不同风速下的控制效果、以及控制过程中可能出现的振荡等问题。
对双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究，具有重要的现实意义和理论价值。
本文旨在对风力发电系统用双馈感应发电机矢量控制技术进行深入研究。
通过对双馈感应发电机的数学模型、控制策略、以及仿真实验等方面的分析，探讨双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用及其优化。
本文的研究结果将为提高风力发电系统的效率和稳定性，推动风力发电产业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。
本文还将关注双馈感应发电机在电网电压不对称条件下的运行问题。
电网电压的不对称性可能会对双馈感应发电机的运行产生不良影响，研究电网电压不对称条件下的双馈感应发电机矢量控制技术具有重要的实践意义。
通过对正序和负序定子磁链进行定向，推导出适应于电网电压不对称条件下的励磁矢量控制策略，实现对转子负序电流的有效控制，从而提高风力发电系统在电网电压不对称条件下的运行稳定性。
本文将全面分析双馈感应发电机矢量控制技术在风力发电系统中的应用，探讨其优化方法，以及解决电网电压不对称条件下的运行问题。
双馈异步发电机原理
双馈异步发电机原理双馈异步发电机（Double Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统的电机。
它具有一定的功率调节能力和较高的发电效率，在现代能源领域得到广泛应用。
本文将就双馈异步发电机的原理进行介绍。
一、简介双馈异步发电机由固定部分（定子）和旋转部分（转子）组成。
定子绕组中通以三相对称电流，形成旋转磁场，而转子通过刚性转子轴与风力发电机的转动相连。
定子与转子的耦合通过定子绕组和转子绕组之间传递电流来实现。
这就是为什么它被称为“双馈”发电机的原因。
二、工作原理当双馈异步发电机以风力发电机的转动速度运转时，风轮带动发电机旋转，同时将机械能转化为电能。
定子的电压通过电网和电池汇流条供电。
为了实现双馈异步发电机的控制，定子绕组由逆变器供电，逆变器通过电网进行功率调节，并使双馈异步发电机保持在最佳工作状态。
三、主要特点1. 调节能力：双馈异步发电机的电压和频率可以通过逆变器调节，从而实现对功率输出的精确控制。
这使得它在风能系统中成为一种理想的发电机。
2. 高效性能：相比传统发电机，双馈异步发电机在输送能量时能够减小电流的损耗，提高发电效率。
3. 提高动态响应：双馈异步发电机可以通过逆变器的调节来提高其动态响应能力，使其能够更快速地适应变化的风速和负载。
4. 减少对电网的影响：双馈异步发电机可以通过逆变器来控制发电功率，减少对电网的负荷影响，提高电网的稳定性和可靠性。
四、应用领域双馈异步发电机在风力发电系统中得到广泛应用。
其调节能力和高效性能使其成为风能转换系统的核心组件。
同时，双馈异步发电机也可以应用于其他领域，如水力发电、轨道交通以及工业领域等。
总结双馈异步发电机具有调节能力强、高效、动态响应快以及对电网影响小等特点，为风力发电系统带来了巨大的发展潜力。
随着能源需求的不断增长，双馈异步发电机将继续在可再生能源领域发挥重要作用，为我们提供更清洁、可持续的发电解决方案。
双馈发电机工作原理
双馈发电机工作原理双馈发电机（Doubly Fed Induction Generator，简称DFIG）是一种常见的风力发电机的类型，其工作原理基于异步电机的原理。
DFIG是由一个转子和一个固定转子组成的，其中转子通常由铜或铝制成。
DFIG的工作原理如下：1.转子：DFIG的主要部分是转子，它是由绕组组成的。
绕组中的导线将电能传递给转子，以形成旋转磁场。
旋转磁场通过与固定转子的磁场交互，产生电动势。
转子上的绕组通常是属于定子的，即与固定转子的绕组相连。
转子的绕组也被称为发电机侧的绕组。
2.固定转子：固定转子是固定在发电机的外部的，由静子绕组组成。
静子绕组通常是三相绕组，其绕组与电网相连，接收来自电网的电能。
静子绕组的电能由定子中的定子绕组接收，它们通过拖曳转子旋转磁场生成的电动势传输。
定子绕组也被称为电网侧的绕组。
3.转子绕组：转子绕组是双馈发电机的关键组成部分之一、它有两个绕组：一个是通过滑环连接到固定转子的绕组，另一个是通过短路圈连接到直流环。
这两个绕组可以使发电机在双馈模式和全功率模式之间切换。
当DFIG处于双馈模式时，转子的旋转磁场通过滑环绕组传递电动势到定子绕组，然后通过定子绕组传输到电网。
这种方式下，电网接收到的电能比转子绕组输入的电能要大。
当DFIG处于全功率模式时，转子的旋转磁场通过短路圈绕组传递电动势到直流环绕组，然后通过直流环绕组传输到定子绕组。
这种方式下，输出到电网的电能比输入到转子绕组的电能要大。
DFIG的双馈模式和全功率模式的切换是由电力电子装置控制的，这个装置通常被称为转子侧变流器。
总的来说，DFIG的工作原理是通过转子和固定转子间的相互作用，将输入的电能转换成输出的电能。
DFIG的旋转磁场产生电动势，在双馈模式和全功率模式下，电动势通过不同的绕组传输到电网。
这使得DFIG 在不同工作条件下都能有效地工作。
双馈风力发电机原理
双馈风力发电机原理双馈风力发电机(DFIG)是一种常用于风力发电系统的发电机类型。
它采用双馈结构，具有高效、可靠和灵活的特点。
本文将介绍双馈风力发电机的原理和工作方式。
一、双馈风力发电机的结构组成双馈风力发电机主要由转子、定子和功率电子装置组成。
转子由主转子和辅助转子构成，主转子装有定子绕组，辅助转子则利用功率电子装置与电网相连。
二、双馈风力发电机的工作原理双馈风力发电机采用变频技术，可以自动调节发电机的转速和电网之间的电流和电压。
当风能转换为机械能并带动风力发电机转动时，风力发电机通过转子将机械能转换为电能。
双馈风力发电机的主要原理是利用定子绕组在电磁铁芯上产生磁场，通过主转子的转动，使得辅助转子携带的电流与主转子相互作用，从而产生电磁转矩。
这一转矩通过主轴传递给风力发电机的转子，进而带动风力发电机旋转。
这种旋转的力矩可以带动发电机的发电部分，将机械能转化为电能并输出到电网上。
三、双馈风力发电机的优点1. 高效：双馈风力发电机通过使用变频技术，能够根据风力的变化自动调节风力发电机的转速，保持最佳的效率。
2. 可靠：双馈风力发电机采用双馈结构，辅助转子通过功率电子装置与电网相连，能够在故障情况下保持风力发电机的正常运行。
3. 灵活：双馈风力发电机能够实现无级变速，适应不同风力条件下的工作要求。
四、双馈风力发电机的应用双馈风力发电机广泛应用于风力发电场。
风力发电场中的风力发电机通常需要适应风速和风向的变化，而双馈风力发电机正是这样的一种装置。
它不仅能够适应不同风力条件下的工作要求，还能够通过变频技术将电能高效地输送到电网上。
五、总结双馈风力发电机是一种高效、可靠和灵活的风力发电机。
它的工作原理基于双馈结构和变频技术，通过将风能转换为机械能，并最终转化为电能输出到电网上。
双馈风力发电机在风力发电场中有着广泛的应用前景，将成为风力发电系统的重要组成部分。
虽然本文没有严格按照合同或作文的格式写，但在核心内容的传递和组织结构方面仍满足题目要求。
双馈式集电环
双馈式集电环
双馈式集电环（Doubly Fed Induction Generator，DFIG）是一种风力发电机的主要组成部分，用于将风能转化为电能。
以下是一些关于双馈式集电环的基本信息：
1. 结构：双馈式集电环由一个定子和一个转子组成。
定子连接在风车的叶片上，而转子则连接在主轴上。
当风车旋转时，叶片会切割磁力线，产生电流，这个电流通过定子流入地面，然后被转化为电能。
2. 工作原理：在双馈式集电环中，定子和转子都是线圈，都可以产生电流。
当风车旋转时，转子的电流也会随之改变，从而改变定子的磁场，进一步调整发电机的输出功率，使其始终与风速的变化保持一致。
3. 优点：双馈式集电环的优点是能够有效地调整发电机的输出功率，使其始终与风速的变化保持一致，从而提高发电效率。
此外，由于转子是连接在主轴上的，因此双馈式集电环也能够承受更大的风荷载。
4. 缺点：双馈式集电环的缺点是结构复杂，成本较高，而且需要定期维护和调整。
总的来说，双馈式集电环是一种非常有效的风力发电设备，但在使用时也需要注意其特性和限制。
双馈式感应发电机(DFIG)简介
採用雙饋式感應發電機，突破了機電系統必須嚴格同步運行的傳統觀念，使原動機轉速不受發電機輸出頻率限制，而發電機輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉子速度和暫態位置的影響，使機電系統之間的剛性連接變為柔性連接。基於上述諸多優點，由雙饋發電機構成的變速恒頻風力發電系統已經成為目前國際上風力發電方面的研究重點和必然的發展趨勢。
（2）當轉子轉速高於同步轉速時：發電機處於過同步運轉模式，轉子旋轉磁場旋轉方向和轉子轉向相反，即f2 < 0，此時轉差率s < 0故Pr < 0，PWM電力轉換器輸出有效功率至電力系統並提供發電機轉子負相序勵磁。
（3）當轉子轉速等於同步轉速時：發電機處於同步運轉模式，轉子不需提供旋轉磁場，即f2 = 0，此時轉差率s = 0故Pr = 0， PWM電力轉換器向發電機轉子提供直流勵磁。
三、DFIG交流勵磁變速恒頻之運行原理
雙饋式感應發電機變速恒頻運行的原理可以用圖四來進一步說明。圖四中n1為定子旋轉磁場的轉速，即同步轉速；n2為轉子旋轉磁場相對於轉子的轉速；nr為轉子的轉速；f1、f2分別為發電機之定、轉子電流的頻率；P為繞線式轉子之極數（Pole）。由電機學的知識可知，雙饋式感應發電機在穩態運轉的時候，定子旋轉磁場和轉子旋轉磁場在空間上保持相對靜止，即
六、參考資料
1.GE Manual，「GE POWER CONVERSION 1.5MW WIND CONVERTER PRODUCT OVERVIEW」，2004。
/uk/images/stories/pdf/bae_wind_e.pdf：”Bachmann M1 WTG Controller System”.
Pr = s Ps
Pg = Ps - Pr
s = (ns – nr) / ns
双馈式感应发电机(DFIG)简介
因 n1=(120 f1) / P及 n2=(120 f2) / P，故有
(120 f1) / P = (120 f2) / P + nr
所以
f1 = f2 + (P nr)/120
從上式可知，當風力發電機轉子之轉速nr隨著風速的變化而變動時，可通過調節轉子勵磁電流的頻率f2使定子輸出電力之頻率f1保持恒定，也就是與電力系統頻率一致，即可實現風力發電機的變速恒頻運行。當定子旋轉磁場以同步轉速旋轉時，轉子旋轉磁場相對於轉子以轉差角頻率旋轉，感應電機於不計損耗的理想條件下有：
（3）欠同步運轉模式 (Sub-synchronous mode)：以低於同步速度之轉速運轉，為低風速時之運轉模式，在部分或輕負載工作範圍下，發電機定子負責100%之電力輸出。
圖二 GE 1.5se 型風力發電機基本結構圖
圖三繞線轉子感應發電機轉子之滑環(Slip rings)及碳刷（Carbon brush）
五、結語
採用雙饋式感應發電機，突破了機電系統必須嚴格同步運行的傳統觀念，使原動機轉速不受發電機輸出頻率限制，而發電機輸出電壓和電流的頻率、幅值和相位也不受轉子速度和暫態位置的影響，使機電系統之間的剛性連接變為柔性連接。基於上述諸多優點，由雙饋發電機構成的變速恒頻風力發電系統已經成為目前國際上風力發電方面的研究重點和必然的發展趨勢。
從能量流動的特性來看，與採用直流勵磁的同步發電機相比，同步發電機勵磁的可調量只有直流勵磁電流的幅值一個，所以同步發電機勵磁一般只能對無效功率進行調節，而雙饋式感應發電機，其勵磁的可調量除了勵磁電流的幅值外，還有勵磁電流的頻率和相位。通過改變勵磁電流的頻率可以改變發電機的轉速，達到調速的目的；通過改變勵磁電流的相位，來改變發電機的空載電勢與電力系統電壓向量之間的相對位置，從而改變發電機的功率角，可以調節發電機的有效功率。
双馈风力发电机的特点与功能分析
双馈风力发电机的特点与功能分析摘要：风力是重要的清洁能源，风力所具备的可再生性以及无污染性使得其受到广泛关注和应用，双馈发电机的并网控制方法和异步发电机相似，主要原理是通过滑差率来调节负荷，发电机的转速和输出功率近似成线性关系，所以只要保持发电机的转速和同步转速相接近就能实现并网。
基于此，本文对双馈风力发电机概述以及双馈式双馈风力发电机控制的措施进行了分析。
关键词：双馈风力发电机；概述；措施1 双馈风力发电机概述双馈感应发电机(DoublyFedInductionGenera-tor，DFIG)集同步发电特性和异步发电特性于一体，可通过定子和转子向电网实现双向馈电。
当前双馈风力发电机大体可以分为同步电机好异步电机两类，实际应用中可以细分为鼠笼异步发电机、双馈发电机、同步发电机以及永磁同步发电机。
双馈风力发电机是一种绕线式感应发电机，属于异步发电机。
由于双馈异步电动机的定子绕组直接同电网相连接，转子绕组通过变流器和电网连接，并由变频器实现对饶子绕组电源电压、相位以及频率和幅值的自动调控，因而在运行中，机组可以在不同的转速下维持恒频发电。
然而，虽然双馈发电机具备机械承受应力小、运行噪音小、变频器容量小以及启动效率高的特点，但双馈发电机的电气损耗较大，还需配备齿轮箱，造价较为昂贵。
不过相比同步双馈风力发电机，双馈风力发电机能够更好的实现电能稳定输出，实用性较强。
2 双馈式双馈风力发电机控制的措施2.1 混合储能模块特性及控制策略混合储能模块经响应速度为ms级的变流器与直流母线相连，可快速响应功率变化。
混合储能改变直流母线上的功率大小，影响双馈风机的输出功率。
当系统发生功率波动时，双馈风机为系统提供惯量支撑和参与系统的一次调频，提供相应的有功补偿，吸收直流母线上多余功率。
以系统电压跌落导致的LVRT为例，暂态过程中可认为风速近似不变，此时双馈风电机组吸收功率不变，而向电网输出功率减少，功率失衡，导致能量过剩。
dfig 和 dfim的控制策略
双馈感应风力发电机（DFIG）和双馈异步风力发电机（DFIM）是两种常见的风力发电技术，它们的控制策略如下：
1. DFIG控制策略
DFIG控制策略的主要目的是控制发电机输出电压和频率，以使其与电网同步。
具体而言，DFIG控制策略包括以下几个方面：
-速度控制：控制发电机转子的转速，以匹配电网的频率和电压。
-电流控制：控制发电机输出电流的大小和相位，以满足电网的功率和电压要求。
-功率控制：控制发电机输出功率的大小和相位，以满足电网的负载需求。
-并网控制：控制发电机并网点的电压和频率，以保证与电网的同步运行。
2. DFIM控制策略
DFIM控制策略的主要目的是控制发电机输出电压和频率，以使其与电网同步，并保证系统的稳定性和可靠性。
具体而言，DFIM控制策略包括以下几个方面：
-电压控制：控制发电机输出电压的大小和相位，以满足电网的功率和电压要求。
-频率控制：控制发电机输出频率的大小和变化率，以匹配电网的频率和电压。
-功率控制：控制发电机输出功率的大小和相位，以满足电网的负载需求。
-并网控制：控制发电机并网点的电压和频率，以保证与电网的同步运行。
此外，DFIM还需要进行转子电流控制，以防止过大的转子电流对电机造成损害。
在DFIM 中，转子电流控制通常采用矢量控制方法，即通过控制电流的大小和相位来实现转子磁场的精确控制。
双馈风力发电机的工作原理
Pmech
机械功率
图（3-8）亚同步运行时双馈电机的功率流向示意图
综合超同步和亚同步两种运行状态可以得到下面的一般关系 Pmech 与 P1 的关系为 Pmech = (1− s)P1
P2 与 P1 的关系为 P2 = sP1
超同步时有 Pmech > P1 ，亚同步时有 Pmech < P1 双馈电机的数学模型
电磁功率为 P1 ，转子输入/输出的有、电磁功率为 P2 ，s 为转差率，转子转速小
于同步转速时为正，反之为负。P2 又称为转差功率，它与定子的电磁功率存在如
-4-
下关系（数值关系）
P2 = s P1
如果将 P2 定义为转子吸收的电磁功率，那么将有
P2 = sP1
此处 s 可正可负，即若 s > 0 ，则 P2 > 0 ，转子从电网吸收电磁功率，若 s < 0 ，
下面从等效电路的角度分析双馈电机的特性。首 先 ，作 如 下 假 定 ：（1）只考
虑定转子电流的基波分量，忽略谐波分量；（ 2）只考虑定转子空间磁势基波分量 ；
（3）忽略磁滞、涡流损耗和铁耗；（4）变频电源可为转子提供能满足幅值、频
率及功率因数要求的电源，不计其阻抗与损耗。 发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按
P2 = s P1
图（3-5）超同步运行时双馈电机的功率流向
根据图中的功率流向和能量守恒原理：流入的功率等于流出的功率 Pmech = P1 + s P1 = (1+ s )P1
因为发电机超同步运行，所以 s < 0 ，上式可以进一步写成 Pmech = (1− s)P1
将上述式子归纳得：超同步速， s < 0 ， Pmech > P1
双馈风力发电机的工作原理
本 章 的 主 要 内 容 是 讲 述 双 馈 感 应 发 电 机 （ Doubly-Fed Induction Generator，简称 DFIG）的工作原理及其励磁控制，我们通常所讲的双馈异步发 电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双 馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以 像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机（Alternating Current Excitation Generator ACEG）也有称为异步化同步电机（Asynchronized Synchronous Generator）同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的 幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量 有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位 。 这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改 变电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励 磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网 扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场 在气 隙 空 间 的 位 置 上 有 一 个 位 移 ，这就 改 变 了 发 电 机 电 势 与 电 网 电 压 相 量 的 相对位置，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节 。 所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。交流励磁电机 之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是，实现 可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子 磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可 以实 现 有 功 无 功 的 独 立 解 耦 控 制 ，当前 的 主 流 双 馈 风 力 发 电 机 组 均 是 采 用 此 种控制策略。
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双馈式感应发电机（DFIG）简介刘大明双馈电机（或称为交流励磁电机），它早在四十年代就已经出现。
随着电力电子技术和数字控制技术的发展，双馈电机在电气性能方面所具有的一系列优点和巨大的潜力，已经引起国内外的高度重视。
双馈式感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG) 使用绕线式转子，由于电力可经由转子侧之电力转换器双向流动，因此发电机馈入电力系统的界面同时包括定子侧（Line side）及转子侧（Rotor side），其电力转换器功率仅为发电机额定功率之20~30%，故成本较低，而且发电机可变速范围可达同步转速之±30%，因此性能/价格比值最高，为目前大型风力发电机中最普遍采用之组态。
全球前10大风力发电机制造商的产品中有六成以上的变速风力发电机采用双馈式感应发电机，本文将介绍双馈式感应发电机的基本原理与特性。
一、双馈式感应发电机（DFIG）基本原理双馈式感应发电机（DFIG）是在同步发电机和异步发电机的基础上发展起来的一种新型发电机，其转子具有三相励磁绕组结构。
当通以某一频率（转差频率）的交流电时，就会产生一个相对转子旋转的磁场，转子的实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。
从定子侧看，这与同步发电机直流励磁的转子以同步转速旋转时，在电机气隙中形成一个同步旋转的磁场是等效的。
双馈式感应发电机与一般感应发电机不同之处在于联接其转子侧之PWM脉宽调变电力转换器具有四象限之运转能力，电力转换器提供低频（转差频率）的交流电流(或电压)进行励磁，调节励磁电流(或电压)的幅值、频率、相位，来实现定子恒频恒压输出，其定子输出特性与同步发电机十分类似，所以有一些文献指出，双馈式感应发电机可以视为同步发电机与感应发电机之综合体。
从能量流动的特性来看，与采用直流励磁的同步发电机相比，同步发电机励磁的可调量只有直流励磁电流的幅值一个，所以同步发电机励磁一般只能对无效功率进行调节，而双馈式感应发电机，其励磁的可调量除了励磁电流的幅值外，还有励磁电流的频率和相位。
通过改变励磁电流的频率可以改变发电机的转速，达到调速的目的；通过改变励磁电流的相位，来改变发电机的空载电势与电力系统电压向量之间的相对位置，从而改变发电机的功率角，可以调节发电机的有效功率。
一般感应电机(异步电机) : (1)在转子转速低于同步转速时，处于电动工作状态， (2)当转子转速高于同步转速时，处于发电工作状态，而对于双馈式电机来说，除了上述两种工作状态之外，还具有另外两种工作状态 : (3)欠同步发电工作状态， (4)过同步电动工作状态。
双馈式感应发电机之欠同步与过同步转速发电时之功率流向分别如图一(a)及图一(b)所示。
其中，s为转差率，Ps为DFIG定子输出功率，Pg为DFIG输出至电力系统之功率。
图一(a) 欠同步转速发电(0<s<1)之功率流向图一(b) 过同步转速发电(s<0) 之功率流向二、双馈式感应电机之运转特性GE 1.5se 型风力发电机之基本结构如图二，风力发电机由一具有绕线转子(wound rotor) 之感应发电机、滑环(slip rings) 如图三、转子回路上之AC-DC-AC PWM电力转换器以及先进的电子控制器所组成。
GE1.5se 型双馈式感应发电机之同步转速为每分钟1200 转(rpm)，且有一变频电力转换器与发电机转子连接可使发电机之转速固定于800 至1600 rpm 之范围内，产生稳定60Hz 之高质量输出。
于风速超过14m/s时转速固定于1440 rpm，发电机输出可达额定值1500KW。
由于仅转子回路中约 20%~30%之输出电力须经AC-DC -AC 转换器之调变，不似Gearless Type 风力发电机中所有之输出电力均须调变，因此调变所产生之损失明显减少，电力转换器所占之空间与重量亦显著降低，在其额定容量之运转效率可达97%以上。
GE 1.5se双馈式感应发电机其运转特性为：（1）过同步运转模式(Over-synchronous mode)：以高于同步速度之转速运转，为高风速时之运转模式，发电机定子输出75%电力，转子则经由电力转换器输出约25%之电力。
（2）同步运转模式(Synchronous mode)：以同步速度转速运转，在部分负载工作范围下，发电机定子负责输出100%之电力。
（3）欠同步运转模式 (Sub-synchronous mode)：以低于同步速度之转速运转，为低风速时之运转模式，在部分或轻负载工作范围下，发电机定子负责100%之电力输出。
图二 GE 1.5se 型风力发电机基本结构图图三绕线转子感应发电机转子之滑环(Slip rings)及碳刷（Carbon brush）三、DFIG交流励磁变速恒频之运行原理双馈式感应发电机变速恒频运行的原理可以用图四来进一步说明。
图四中n1为定子旋转磁场的转速，即同步转速；n2为转子旋转磁场相对于转子的转速；nr为转子的转速；f1、f2分别为发电机之定、转子电流的频率；P为绕线式转子之极数（Pole）。
由电机学的知识可知，双馈式感应发电机在稳态运转的时候，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，即n1 = n2 + nr因 n1=(120 f1) / P及 n2=(120 f2) / P，故有(120 f1) / P = (120 f2) / P + nr所以f1 = f2 + (P nr)/120从上式可知，当风力发电机转子之转速nr随着风速的变化而变动时，可通过调节转子励磁电流的频率f2使定子输出电力之频率f1保持恒定，也就是与电力系统频率一致，即可实现风力发电机的变速恒频运行。
当定子旋转磁场以同步转速旋转时，转子旋转磁场相对于转子以转差角频率旋转，感应电机于不计损耗的理想条件下有：Pr = s PsPg = Ps - Prs = (ns – nr) / ns其中，s为转差率；ns为同步转速；Ps为定子输出电功率；Pr为输入至转子之电功率；Pg为双馈式感应发电机之输出电功率。
PWM电力转换器随着风速的变化会自动进行下列三种工作模式之切换：（1）当转子转速低于同步转速时：发电机处于欠同步运转模式，转子旋转磁场旋转方向和转子转向相同，即f2 > 0，此时转差率s > 0故Pr > 0，PWM电力转换器向发电机转子输入有效功率并提供发电机转子正相序励磁。
（2）当转子转速高于同步转速时：发电机处于过同步运转模式，转子旋转磁场旋转方向和转子转向相反，即f2 < 0，此时转差率s < 0故Pr < 0，PWM电力转换器输出有效功率至电力系统并提供发电机转子负相序励磁。
（3）当转子转速等于同步转速时：发电机处于同步运转模式，转子不需提供旋转磁场，即f2 = 0，此时转差率s = 0故Pr = 0， PWM电力转换器向发电机转子提供直流励磁。
图五为GE 1.5se DFIG之输出与转速关系曲线，图中可看出当转子转速低于同步转速时，PWM电力转换器向发电机转子输入有效功率；当转子转速高于同步转速时，发电机转子向PWM电力转换器输出有效功率。
图六为GE 1.5se DFIG之输出与转子频率关系曲线。
图四双馈感应发电机之交流励磁变速恒频运行原理PgPsPr 图五 GE 1.5se DFIG之输出与转速关系曲线图六 GE 1.5se DFIG 之输出与转子频率关系曲线图七 GE 1.5se 电力转换器之硬件架构图-0.2 -0.330.33 -20 -12 20四、PWM电力转换器GE 1.5se风力发电机IGBT电力转换器之硬件架构如图七所示，电力转换器之控制模块透过CAN Bus与Bachmann PLC联机，其控制核心为tms320vc33 150 MHz之数字信号处理器（DSP），DSP 与外围设备之逻辑信号连接是由现场可程序化逻辑门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)所规划。
电力转换器之控制运算及程序需透过专用之规划软件编辑控制程序，再分别加载DSP及FPGA中。
图八为GE 1.5se风力发电机之PLC控制架构图，图中可看出塔架底部之Main Controller透过光纤网络(Ethernet)连接至机舱中之Nacelle Controller，再经由CAN_bus透过转轴滑环(Rotor Slip Ring) 连接至轮毂(HUB)中之Pitch Controller，来控制三支叶片之旋角。
五、结语采用双馈式感应发电机，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，使机电系统之间的刚性连接变为柔性连接。
基于上述诸多优点，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重点和必然的发展趋势。
未来风力发电机将朝大型化（单机装置容量5~10MW）及离岸式（Offshore）发展，风力发电机技术之主流为无刷交流励磁双馈感应式发电机及永磁同步发电机两大类变速恒频风力发电技术。
国内学术界及产业界应对变速恒频交流励磁双馈发电机之相关技术投入更多资源，方能建立自主研发及维护之能力。
图八 GE 1.5se风力发电机之PLC控制架构图六、参考数据1.GE Manual，「GE POWER CONVERSION 1.5MW WIND CONVERTER PRODUCT OVERVIEW」，2004。
/uk/images/stories/pdf/bae_wind_e.pdf：”Bachmann M1 WTGController System”.3.桂人杰，「变速风机之控制系统」，精密机械制造与新兴能源机械技术专辑，2006年5月，P.52 ~ P.66。
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