双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
双馈异步风力发电机组与 永磁直驱风力发电机组性能的比较分析
酒泉职业技术学院毕业设计（论文）2011级风能与动力技术专业题目：双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组性能的比较分析毕业时间：二〇一四年六月学生姓名：闫英伟指导教师：张振伟班级：11级风能与动力技术(3)班2013年10月31日目录摘要 (1)一、风力发电的起源与发展 (1)（一）风力机的起源与发展 (1)（二）风力发电机组的类型 (2)二、双馈异步发电机组 (2)（一）双馈异步发电机组结构图 (2)（二）双馈异步发电机组齿轮箱结构 (4)（三）双馈异步风力发电机组的优点 (5)三、永磁直驱式风力发电机 (5)（一）永磁直驱式风力发电机组结构图 (5)四、两种风力发机组的性能分析比较 (9)（一）两种机型设计结构的差异 (9)（二）两种机型性能优越性比较 (9)五、吊装难易及运行维护 (13)（一）从低风速下的运行情况 (14)（二）从故障维修方面 (14)六、总结 (14)参考文献: (15)致谢 (16)双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组性能的比较分析摘要：目前大型风力发电机组中的发电机主要有：永磁发电机、同步发电机、异步发电机几种类型。
Sewind产品中的双馈异步发电机，就是异步发电机的一种。
在风力发电机组的各个组成部分中，发电机是最重要的环节之一，也是我国风力发电机组设计方面的一个难题。
关于齿轮箱的简易设计；风机的励磁效果等都是备受关注的问题。
今天就世界上普遍使用的两种风力发电机组，永磁直驱风力发电机组和双馈异步风力发电机组的性能比较分析，来从中展望未来市场的主导风力机机型。
关键词：永磁直驱；双馈异步；励磁；齿轮箱一、风力发电的起源与发展（一）风力机的起源与发展风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水。
第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。
现在市场上有一种误解，即直驱技术是一种新兴的技术，而双馈技术是传统的技术。
其实，从诞生时间看，双馈和直驱两种技术几乎是同时出现的，甚至直驱技术的出现要比双馈技术更早些。
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理：
双馈发电机是指发电机的定转子都能发电的发电机。
当发电机转速小于旋转磁场同步转速时，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供励磁电流，定子发出电能给电网；
当电机转速大于旋转磁场的同步转速时，处于超同步运行状态，此时发电机由定子和转子同时发出电能给电网；当电机转速等于旋转磁场的同步转速时，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。
当发电机转速变化时，若控制转子供电频率响应变化，可使电流频率保持恒定不变，与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。
特点：
双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价。
变频器的容量仅为总机组容量的1/3左右。
在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW的电能。
因此，双馈异步发电机产生的谐波要比所有功率都经逆变器流入电网的同步电机或异步电机变速系统小得多。
转差频率调节,调速范围为发电机同步转速的33.3％。
降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率。
功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。
根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.95，感性0.90。
低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
先进的双PWM变频器，实现四象限运行。
变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。
缺点:
有碳刷结构，需要定期更换碳刷。
大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析摘要：目前，在我国所拥有的并网型机组中，水平轴风电机组占据着重要比例，双馈风电机组和永磁直驱机组又是水平轴风电机组中最为典型代表。
本文就对于双馈风电机组和永磁直驱机组进行对比，分析出二者之间存在的差异。
关键词：双馈风电机组；永磁直驱机组；对比分析前言：双馈风电机组和永磁直驱机组两种机组在我国近几年水平轴风电机组采购的主要对象。
我国现在对于双馈风电机组和永磁直驱机组研究主要集中在对于二者之间的性能及定量上面，进而对于双馈风电机组和永磁直驱机组进行对比，从双馈风电机组和永磁直驱机组实际测试数据角度进行对比的研究文献较少。
1、双馈风电机组和永磁直驱机组运行原理对比双馈式变速恒频风力发电系统在实际运行中发电机所使用的转子交流励磁双馈发电机，这种发电机结构与绕线式异步发电机结构基本机制，发电机内部定转子三相对称，发电机在产生电流之后转子跟随电流与滑环相接触。
转子在转动过程中如果速度发生了改变，同时对于功率没有任何需求的情况下，可以通过变频器对于转子电流方向及频率等参数进行调整，进而保证定子实际运行速度能够稳定，不需要功率进行调整。
正是由于这种变速恒频控制形式在发电机内应用，转子在发电机中运行功率主要是发电机转速范围内控制，转子运输转差也由发电机所决定，转差功率也是转子额定功率中的主要组成部分，因此发电机中的双向变频器仅仅是一个小部分，运行所需要的功率仅仅占据发电机四分之一左右。
交流励磁双馈发电机这种控制措施在实际应用中，不仅仅能够对于转子进行变速恒频控制，还能够降低变频器对于功率需要，保证在任何功率状态下都能够灵活运行控制，对于电网稳定运行具有重要作用。
双馈风电机组具体结构示意图如图一所示。
永磁直驱机组中将增速齿轮箱取消了，风轮轴直接就与发电机进行连接，进而发电机通过永磁式结构让转子转动速度与发电机一致，转子在实际运行中并不需要额外提供励磁电源。
转子转动速度会受到风速的影响，根据风速的改变进行改变，进而发电机交流电频率也会发生改变。
双馈异步风力发电机参数辨识
双馈异步风力发电机参数辨识双馈异步风力发电机参数辨识引言：随着可再生能源的发展和利用的日益增长，风力发电作为清洁能源之一，受到了广泛关注。
双馈异步风力发电机作为一种常见的风力发电机类型，其具有较高的效能和较低的成本，被广泛应用于风电场。
然而，双馈异步风力发电机的参数辨识一直是一个具有挑战性的问题。
本文将介绍双馈异步风力发电机的基本原理和结构，讨论参数辨识的方法，以及未来可能的研究方向。
一、双馈异步风力发电机的原理和结构双馈异步风力发电机由风轮、转子、变压器、逆变器和电网组成。
其基本原理是通过风轮受到的风力驱动转子旋转，产生的机械能通过变压器和逆变器转换成电能，并输入到电网中。
双馈异步风力发电机与传统的固定转子异步发电机相比，具有转矩平稳、输出功率高、噪音低等优点。
二、双馈异步风力发电机参数辨识的方法1. 试验法：通过搭建试验平台，采集双馈异步风力发电机在运行过程中的电流、电压、速度等数据，利用系统辨识方法进行参数的估计。
试验法需要高昂的成本和大量的时间投入，但可以获取具有较高精度的参数估计结果。
2. 基于数学模型的辨识方法：利用数学建模方法建立双馈异步风力发电机的数学模型，然后利用系统辨识方法对模型进行参数辨识。
该方法不需要进行试验，成本较低，但需要对风力发电机的工作原理和电气特性有较深入的理解。
3. 人工智能方法：利用人工智能算法，如神经网络、遗传算法等，对双馈异步风力发电机的参数进行辨识。
这种方法具有较高的自适应性和鲁棒性，但需要大量的数据支持和计算资源。
三、双馈异步风力发电机参数辨识的挑战和应对双馈异步风力发电机参数辨识面临以下挑战：1. 参数难以测量：双馈异步风力发电机的某些参数难以直接测量，需要通过间接手段进行辨识。
2. 参数受环境影响较大：风力发电机的工作环境复杂多变，受到风速、湍流、温度等因素的影响，导致参数辨识的结果不稳定。
3. 系统非线性：双馈异步风力发电机的系统具有非线性特性，使得参数辨识更加困难。
双馈风电机组与高速永磁风电机组对比分析﹡
双馈风电机组与高速永磁风电机组对比分析﹡佚名【摘要】is paper compared two main wind turbines. One is doubly-fed induction generator, the other is high speed permanent magnet wind power generator. It calculated the efficiency and annual electric energy production in different IEC wind classes, and compared the cost based on the market value. A er analyzing the reliability, e ciency and power grid adaptability, it came to the conclusion that two types of wind turbines have di erent advantages and meet di erent requirements from customers. erefore, development of two types of wind turbines will be be er adaptedto the market competition.% 本文从风电机组角度对两种主流的发电方式，即双馈式发电机组和高速永磁发电机组，进行了对比分析。
计算了两种发电方式的效率及在不同风区的年发电量，根据市场价格对各部件进行成本对比。
在综合考虑了可靠性、效率、电网适应性等方面后指出，两种方式各有特点，适合客户的不同需求。
因此，作为风电机组开发商，同时开发两种机型方能更好地适应市场的竞争。
【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】6页(P70-75)【关键词】风电机组;双馈;高速永磁;发电量;成本【正文语种】中文【中图分类】TM614根据旋转转换装置的基本原理，转子的旋转速度与电能频率严格相关，而风能资源的不确定性和电网频率的确定性必然需要风电机组具备变速恒频特性。
双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
双馈异步和永磁同步风力
发电机特性分析摘要：本文分析了双馈异步和永磁同步风力发电机的工作原理，详细比
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率，可使定子频率恒定，即应满足：。
为定子电流频率，由于定子与电网相连，所以与电网频率相同；为转子机械频率，，p为电机的极对为转子电流频率。
n<n1（n1是定子旋转磁场的同步转速）时，处于亚同步运行状态，此时变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；
n>n时，处于超同步运行状态，此时发电机同时由定子
统类似，只是所采用的发电机为永磁同步发电机。
式中，—电网频率（H z）；—发电机定子输出频率Hz）； K—功率变换器频率变比。
当转速变化时，发电机定子输出频率也跟随变化，通过功率变换器将定子发出的变频变压的电能转换为与电网频率幅值一致的稳定电能。
图3 DFIG和PMSG发电量比较
结论
（1）从结构分析来看，DFIG和PMSG在技术参数上各有优缺DFIG相比PMSG变流器容量小，易于安装和维护，成本低，发电机结构简单，重量和体积比同步发电机大大减小。
但低电压穿越功能不强，需要在变流器中额外增加模块，现在DFIG的市场认可度较高，但由于其低电压穿越能力不好，所以，如果国家以后出台并网要求相关规定后，市场将倾向于同步风力发电机组。
（2）就技术成熟度来讲，目前国内外DFIG技术成熟，国内大多数兆瓦级风机均采用该机型，而PMSG国内该方面的技术尚处于研发阶段，产业链不完善，基本要依赖进口。
（3）就成本来讲，双馈式风力发电机组比同步风力发电机
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双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析作者：蔡梅园陶友传刘静杜炜来源：《风能》2016年第01期目前，国內的并网型机组中，水平轴风电机组占据着主导地位，水平轴机组的主要代表是双馈型机组（带增速齿轮箱）和直驱型机组（不带增速齿轮箱），这两类机组在2011年我国新增风电机组中的总占有率高达97%以上。
2013年国内共有8家整机企业供应了3052台无齿轮箱直驱式风电机组，共有23家整机企业供应了6304台带有齿轮箱的风电机组，这两种机型占比分别为32%和68%。
无齿轮箱直驱式风电机组又以永磁直驱机组为主。
国內已有人对双馈风电机组与高速永磁风电机组进行了定性和定量的对比分析，但因缺少实测数据，现有文献仅对双馈机组与永磁直驱机组进行了定性的对比分析。
本文不仅在运行原理、结构、性能等方面对双馈机组与永磁直驱机组进行了定性对比分析，还在效率、功率曲线等方面进行了定量对比分析。
运行原理对比双馈式变速恒频风力发电系统（拓扑图见图1）采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似，定转子三相对称，转子电流由滑环接入。
当转子转速变化、无功需求变化时通过变频器改变转子电流的频率、相位、幅值保持定子频率稳定和无功调节。
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一小部分，故所需的双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分，约占发电机功率的20%-30%。
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，减少变频器的容量外，还可实现对有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。
永磁直驱风电机组取消了增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，发电机多采用永磁式结构的转子的同步发电机，无须外部提供励磁电源。
转子的转速随风速的变化而改变，其交流电的频率也随之变化，经过全功率电力电子变频器将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
双馈风电机组与永磁直驱机组对比
双馈风电机组与永磁直驱机组对比摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。
关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。
发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。
永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。
同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。
异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。
一、双馈风力发电系统双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。
1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能；2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率；3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。
双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。
双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。
发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。
变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。
双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组性能的比较分析
双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组性能的比较分析首先是性能方面。
双馈异步风力发电机组是由一个固定转子和一个可转动转子组成的，通过转子之间的电磁耦合来传递功率。
双馈异步发电机具有较高的效率、适应力强和荷载能力大等优点。
它能够在不同风速下保持较高的效率，适应风速变化较大的情况。
而永磁直驱风力发电机组则利用永磁同步电机直接驱动发电，具有高效率、高可靠性、可控性好等特点。
由于没有传动装置，能量损失较小，因此永磁直驱发电机组的效率比双馈异步发电机组更高。
同时，永磁直驱发电机组的控制系统较为简单，响应速度快，具有更好的调节性能。
其次是控制方面。
双馈异步风力发电机组需要借助功率电子装置来实现转子的控制和发电机的转速调节。
控制系统复杂，对于变电网的响应速度也较慢。
而永磁直驱风力发电机组由于直接驱动，控制系统较为简单，并且响应速度较快。
永磁直驱发电机组的转速可以精确控制，实现最优的功率调节和跟踪，有利于提高发电效益。
最后是可靠性方面。
双馈异步风力发电机组由于有转子与转子间的电磁耦合，对风机的载荷波动和瞬态故障具有一定的鲁棒性，能够保持较高的转矩输出。
而永磁直驱风力发电机组的可靠性较高，因为没有传动装置，减少了故障点，提高了系统的可靠性。
但是，永磁材料的稳定性较差，容易受到温度和磁场的影响，对恶劣环境的适应能力相对较弱。
综上所述，双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组在性能、控制、可靠性等方面存在差异。
双馈异步发电机组具有适应风速变化较大的能力，但控制系统复杂，响应速度较慢。
永磁直驱发电机组具有高效率、简单的控制系统和快速的响应速度，但对恶劣环境的适应能力较弱。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择适合的发电机组类型。
双馈机组风电场输出特性分析(精)
-66-科技论坛双馈机组风电场输出特性分析王春玉1孙洪伟2(1、哈尔滨市电业局送电工区, 黑龙江哈尔滨 1500402、哈尔滨电力职业技术学院, 黑龙江哈尔滨 1500301概述风力发电以其清洁、可再生、技术成熟、风力资源丰富等得天优厚的优势,日益受到人们的重视, 并得到许多国家能源政策的支持。
近年来, 随着电力发电技术的发展, 双馈风电机组已逐步成为兆瓦级风力发电机组的主流机型。
双馈风电机组与定速风电机组相比有显著的优越性:低风速时它能够根据风速变化, 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, 存储或释放部分能量, 提高传动系统的柔性, 使功率输出更加平稳。
双馈风电机组由绕线转子异步发电机和在转子电路上带交流励磁变频器组成。
发电机向电网输出的功率由直接从定子输出的功率和通过变频器从转子输出的功率两部分组成。
交直交双 PWM 变换器以其良好的传输特性、功率因素高、网侧电流谐波小、能量双向流动等特点而受到广泛关注。
本文在 PSCAD/EMTDC仿真环境下实现了风电场并网运行系统的电磁暂态仿真,分析由 DFIG 组成的风电场的运行特性,研究风电场接入电网后由于风速的波动对电网的电压稳定性及电压质量的影响,仿真结果验证了数学模型和控制策略正确性和有效性,揭示了风电场并网运行的动态特性。
2双馈风电机组的控制策略 2.1最大风能捕获风电机组以风作为原动力, 风速直接决定了风电机组的动态特性。
风电机组的输出功率主要受三个因素的影响:风速 V w ,桨距角β和叶尖速比。
根据贝兹定理, 风力机产生的机械功率 P w 为:(1式中, ρ为空气密度, ω为风力机角速度, R为风轮半径, T W 为输出机械转矩, C p (β, λ 为能量利用系数, 一般为0.4~0.59。
由式 (1 可见, 在风速给定的情况下, 风能获得的功率取决于功率系数 C p ,如果在任何风速下, 风力机都能在 C pmax 点运行, 便可增加其输出功率。
双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
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北车风电有限公司 王建维
王建 维
女 ，硕士 ，毕业于西南交通大学牵引动力国
力 发 电机 组的 叶片 角 度 可以 进行 调 节 ，在 不同 的风 速情 况 下 ，通
家重点实验室 ，毕业后在中国北车集团济南 轨道交通 装备有限公司从 事货车转向架设 计 工作 ，２ ０ 年７ ０ ８ 月转入北车风 电有限 公司从 事风 力发 电机组 设计 ，主要从事风 力发电机
递到 发 电机 ，为 了保持 定 子 电流 频率 的恒 定 ，可 以控 制转 子 电流
的频 率 ，使 得 发 电机 的转 子转 速 发生 变化 ，这些 工作 可 以 由变频 器来 完 成 。 当发 电机转 子 高 （ ）于 同步 速 时 ，应控 制 变频 器能 低
量流 入 （ ）电网 ，这 样就 控 制 了电机 定 子 向 电网供 应 电能频 率 出
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随着技 术 的发 展 ，风 电机 组发 展 到 了变桨 距 系统 。变 桨距 风
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双馈风力发电机组的运行特性
图 4-6 是不同风速下（风速 V1、V2、V3 和 V4 且 V1>V2>V3>V4）风力机的输 出功率特性。由图可知，对于某给定风速，风力机有一最佳转速，在此转速下风 力机捕获的风能最大，该转速即为最佳叶尖速。不同风速下的风力机最大输出功 率点连线即为风力机最佳功率曲线。
4.2.2 风力机功率调节原理
图 4-5 现代大功率风力机的 Cp-特性曲线示意图
由图 4-5 可知，当叶尖速比取某一特定值时 Cp 值最大，与 Cp 最大值对应 的叶尖速比称之为最佳叶尖速比。因此，为了使 Cp 维持最大值，当风速变化时， 风力机转速也需要随之变化，使之运行于最佳叶尖速。
图 4-6 风力机的功率调节特性曲线 （Popt 是各风速下风力机最大输出功率点曲线——最佳功率曲线）
1
其特点是在有效风速范围内，发电机组定子侧产生的交流电能的频率和
发电机组转速都是变化的，因此，此类风力发电系统需要该类风力发电系统中的发电机组为永磁同
步发电机组。
图 4-2～图 4-4 是几种典型风力发电系统的结构示意图。
风力机
鼠笼式感应发电机
电网
齿轮箱
~
风力机
图 4-7 为绕线型异步电机结构纵向剖面示意图。图中：sA 和 sA’、sB 和 sB’、 sC 和 sC’分别表示 A、B、C 三相定子绕组；ra 和 ra’、rb 和 rb’、rc 和 rc’分别表 示 a、b、c 三相转子绕组。
7
sA ＇
定子
sC
ra ＇
rb
按风功率调节方式分类，风力机又可分为定桨距风力机和变桨距风力机两 种。定桨距风力机其风功率捕获控制完全依靠叶片的气动性能，难以对风功率的 捕获进行精确的控制，其优点是结构简单、造价低、同时具有较好的安全系数。 变桨距风力机通过叶片桨距角调节实现风能捕获控制，在低风速条件下具有较高 的风能捕获效率，高于额定风速时拥有平稳的风功率输出。因此得到了广泛的应 用。但其控制系统较为复杂，对风速的跟踪有一定的延时，可能导致风力机的瞬 间超载[4]。
永磁直驱发电机和双馈异步发电机的比较
永磁直驱发电机与双馈异步发电机的比较永磁直驱电动机的组成部分：定子、永久磁钢转子、位置传感器、电子换向开关等。
永磁直驱电动机的特点：结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。
永磁直驱发电机按照永磁体结构分类：表面永磁同步电动机（SPMSM）、内置式永磁同步电动机（IPMSM）；按照定子绕组感应电势波形分类：正弦波永磁同步电动机、无刷永磁直流电动机永磁直驱发电机的原理：永磁同步电动机是正弦波永磁同步电动机，同一般同步电动机一样，正弦波PMSM的定子绕组通常采用三相对称的正弦分布绕组，或转子采用特殊形状的永磁体以确保气隙磁密沿空间呈正弦分布。
这样，当电动机恒速运行时，定子三相绕组所感应的电势则为正弦波，正弦波永磁同步电动机由此而得名。
正弦波PMSM是一种典型的机电一体化电机。
它不仅包括电机本身，而且还涉及位置传感器、电力电子变流器以及驱动电路等。
内置式永磁直驱电机无位置传感器（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量控制系统,通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合,在无位置传感器IPMSM闭环矢量控制方式下平稳启动运行，并能在低速和高速运行场合获得较准确的转子位置观察信息。
永磁直驱电机的工作原理：同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。
而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。
根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
永磁直驱电机的工作方式一：发电机获得励磁电流的几种方式1直流发电机供电的励磁方式2交流励磁机供电的励磁方式3无励磁机的励磁方式二：永磁直驱发电机的特性1、电压的调节2、无功功率的调节：3、无功负荷的分配：获得励磁电流的方法称为励磁方式。
两种风力发电机组概述
坐标变换的基本思路
在交流电动机三相对称的静止绕组 A、B、 C 中，通以三相平衡的正弦电流，所产生的合 成磁动势是旋转磁动势 F ，它在空间呈正弦 分布，以同步转速（即电流的角频率）顺着 A-B-C的相序旋转。
任意对称的多相绕组，通入平衡的多相电流 ，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简 单。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的 ，都可以等效成三相绕线转子，并折算到 定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相 等。 异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以 是Δ连接。若三相绕组为Δ连接，可先用Δ— Y变换，等效为Y连接。然后，按Y连接进行 分析和设计。
定子三相绕组
轴线A、B、C在 空间是固定的。 转子绕组轴线a、 b、c随转子旋转。
目 录
一、异步绕线双馈风力发电机概述 二、直驱永磁同步风力发电机概述 三、两种风力发电机组的简单比较 四、浅谈两种风力发电机的建模
• 双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱传输到发电 机主轴的机械能转化为电能，通过发电机定子、 转子传送给电网。发电机定子绕组直接和电网连 接，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要 求进行调节的变频器相连。变频器控制电机在亚 同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步 发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送能 量，这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。在亚 同步发电时，通过定子向电网馈送能量、转子吸 收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态，变 流系统双向馈电，故称双馈技术。
异步电动机三相动态模型的 数学表达式
双馈异步电动机的动态模型由磁链方程、 电压方程、转矩方程和运动方程组成。
磁链方程和转矩方程为代数方程 电压方程和运动方程为微分方程
磁链方程
异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自 感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和
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。
基于稳态模型双馈异步风力发电机功率特性分析
双馈 异 步风 力 发 电机 定子 与 电网直 接 相联 ， 定
机 等值 电路 图 ］ 。磁 路 不 饱 和 的情 况 下 ， 略激 磁 忽
铜耗 。在这里 为 了便 于分析 ， 做如 下变换 ：
子旋 转磁 场频 率 为 电 网工频 ， 对应 同步 旋转 角度 速度 。转子 旋 转 磁 场频 率 为输 入 电源 频 率 ， ； 对
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异步风 力发 电机 功率 特 性 ： 其一 ， 电磁 功 率 特性 ； 其 二 ， 功功率 特性 ； 三 ， 功功率 特性 。最后 ， 有 其 无 通过 ＭＡ Ｌ Ｂ仿真进 一 步论 证 前述 理 论 ， 明 分析 手 段 ＴＡ 说
上 海 大 中 型 电机
２ １ ． ｏ３ ００ Ｎ ．
基 于稳 态模 型双 馈异 步 风 力 发 电机 功 率 特性 分 析
周 健
（ 上海 交通大 学 电子信 息与 电气工程 学院步风 力 发 电机 的优 势 在 于其 灵 活 的 有 功无 功 调 节 特 性 ， 因此 对 功 率 特 性 的 研 究
理论 分 析 。
关键词 ：双馈 ； 风力发 电机 ； 态模 型； 稳 功率特性
双馈风电机组与永磁直驱机组对比
双馈风电机组与永磁直驱机组对比摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。
关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。
发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。
永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。
同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。
异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。
一、双馈风力发电系统双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。
1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能；2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率；3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。
双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。
双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。
发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。
变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。
永磁直驱和双馈风机的性能优势比较
永磁直驱和双馈风机的性能优势比较
国内风力发电机主要包括永磁直驱风机和双馈风机两种。
两者的最大区别在于不同的传动、发电结构。
以下通过分析风机的主要结构特性来比较两者的优劣势：
相较于双馈式电机，永磁直驱风机更能适应低风速，且能耗较少、后续维护成本低。
此外，永磁直驱风机的应用对于我国具有更加重要的意义，我国低风速的三类风区占到全部风能资源的50%左右，更适合使用永磁直驱式风电机组。
综合来看，永磁直驱风机将是我国风力发电机未来发展趋。
原来如此——理双馈异步发电机与同步发电机的性能和应用比较
原来如此——理双馈异步发电机与同步发电机的性能和应用比较随着电力系统输电电压的提高和线路增长，当线路传输功率或线路负荷波动时，线路和电站将出现持续工频过电压，而直接危害电网稳定运行。
为改善系统运行特性，不少技术先进的国家，开始研究异步发电机在大电力系统中的应用问题，并认为系统采用异步发电机后，可提高系统稳定性、可靠性和运行经济性。
采用异步发电机后，可有效解决风力机转速不可控、机组效率低下等问题，因而，双馈异步发电机在风力发电中应用非常广泛。
另外，由于双馈电机对无功、有功功率均可调，对电网可起到稳压、稳频作用，提高了发电质量。
与同步机交——直——交系统相比，还有变频装置容量小、重量轻的优点，更适合于风力发电机组使用，同时也降低了造价。
将双馈电机应用于风力发电的设想，不仅在理论上成立，在技术上也可行。
与现有其他风力发电技术相比，无论从经济性，还是可靠性来看，都具有无可替代的优势，具有很强的竞争力，其发展前景十分广阔。
双馈电机工作原理及特性目前的风电机组多采用恒速、恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。
在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮转速。
在这种情况下，风力机在不同风速下维持或近似维持同一转速。
效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。
与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机，都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。
同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统稳定性。
1双馈电机的工作特性双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器，或交-直-交变频器供以低频电流。
与同步电机相比，双馈电机励磁可调量有三个：一是与同步电机一样，可以调节励磁电流幅值；二是可以改变励磁电流频率；三是可以改变励磁电流相位。
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双馈异步和永磁同步风力
发电机特性分析摘要：本文分析了双馈异步和永磁同步风力发电机的工作原理，详细比
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率，可使定子频率恒定，即应满足：。
为定子电流频率，由于定子与电网相连，所以与电网频率相同；为转子机械频率，，p为电机的极对为转子电流频率。
n<n1（n1是定子旋转磁场的同步转速）时，处于亚同步运行状态，此时变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；
n>n时，处于超同步运行状态，此时发电机同时由定子
统类似，只是所采用的发电机为永磁同步发电机。
式中，—电网频率（H z）；—发电机定子输出频率Hz）； K—功率变换器频率变比。
当转速变化时，发电机定子输出频率也跟随变化，通过功率变换器将定子发出的变频变压的电能转换为与电网频率幅值一致的稳定电能。
图3 DFIG和PMSG发电量比较
结论
（1）从结构分析来看，DFIG和PMSG在技术参数上各有优缺DFIG相比PMSG变流器容量小，易于安装和维护，成本低，发电机结构简单，重量和体积比同步发电机大大减小。
但低电压穿越功能不强，需要在变流器中额外增加模块，现在DFIG的市场认可度较高，但由于其低电压穿越能力不好，所以，如果国家以后出台并网要求相关规定后，市场将倾向于同步风力发电机组。
（2）就技术成熟度来讲，目前国内外DFIG技术成熟，国内大多数兆瓦级风机均采用该机型，而PMSG国内该方面的技术尚处于研发阶段，产业链不完善，基本要依赖进口。
（3）就成本来讲，双馈式风力发电机组比同步风力发电机
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