双馈异步风力发电机
双馈异步风力发电机(讲)
双馈异步风力发电机(西莫讲堂)主讲人：Edinburgh关键词：双馈异步风力发电机会议摘要：1. 引言：风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，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2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，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁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，再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1500RPM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，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。
2.双馈异步发电机的原理：所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。
现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM 控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。
通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。
有个大致感觉是1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。
双馈异步风力发电机结构
双馈异步风力发电机结构
双馈异步风力发电机是一种新型的风力发电机，它采用了双馈异步电机的结构，具有高效、稳定、可靠等优点，成为了风力发电领域的重要组成部分。
双馈异步风力发电机的结构主要由转子、定子、双馈电路和控制系统组成。
其中，转子是由永磁体和铜线绕组组成的，定子则是由铜线绕组和铁芯组成的。
双馈电路则是由转子和定子之间的两个电路组成的，其中一个电路是由转子上的绕组和定子上的绕组组成的，另一个电路则是由转子上的绕组和外部电路组成的。
控制系统则是用来控制双馈异步风力发电机的运行状态和输出功率的。
双馈异步风力发电机的优点主要体现在以下几个方面。
首先，它具有高效的发电能力，可以在低风速下就开始发电，同时在高风速下也能够保持稳定的发电能力。
其次，它具有较高的可靠性和稳定性，可以在恶劣的气候条件下正常运行，同时也可以在故障发生时自动停机，保证了设备的安全性。
最后，它具有较低的维护成本和较长的使用寿命，可以为用户节省大量的维护费用和更换费用。
双馈异步风力发电机是一种具有高效、稳定、可靠等优点的新型风力发电机，它的结构和工作原理都非常复杂，需要专业的技术人员进行设计和维护。
随着风力发电技术的不断发展和完善，相信双馈异步风力发电机将会在未来的风力发电领域中发挥越来越重要的作用。
风力发电机及风力发电机变频器简介
二、风力发电机变频器原理简介
（二）双馈异步发电机变频器的主要元件及其工作原理 下图为ABB变频器传动单元拓扑图，电网电流首先经过LCL滤波器滤波后 进入网侧变流器，网侧变流器将交流电整流为直流电输出到公共直流母 线，公共直流母线上装的有RC高通滤波器滤波后，电流进入转子侧变流 器，转子变流器将直流电转为转子绕组需要的电流、电压、相位和频率 后经du/dt滤波器滤波供给发电机转子。
LCL滤波器的阻抗值与流过电流的频率成反比，频率越高，阻抗越小， 所以可以滤除高次谐波。
二、风力发电机变频器原理简介
（二）双馈异步发电机变频器的主要元件及其工作原理 （4）高通RC滤波器 是容许高频信号通过、但减弱（或减少）频率低于信号通过的滤波器。 作用在公共直流母线上滤除交流干扰波形，RC串联滤波器串联越多效果 越好，但是会增大直流损耗 （5）du/dt滤波器 转子侧变流器会对转子绕组和转子轴承产生比中间直流回路电压高很多 的尖峰输出电压。这个具有很大的du/dt值的尖峰电压会对转子绕组和转 子轴承绝缘带来额外的压力。Du/dt滤波器可以限制这个du/dt尖峰电压。
n2 ns ns n1 n2
一、双馈异步风力发电机原理简介
★综上所述，我们可以看出双馈异步发电机转差率还有以下特点： 1）亚同步运行时风机发出功率等于机械功率减去滑差功率；同步运行 时风机发出功率等于机械功率；超同步时风机发出功率等于机械功率加 上滑差功率。 2）根据风速的要求和风力发电机转速范围较窄的特点，一般双馈异步 风力发电机的转差率为±30%，因此双馈异步发电机变频器的容量也为 定子额定功率的30%，且风力发电机可在转子转速达到额定转速的70%时 并网，达到转子转速限值时最多可从转子绕组馈出定子发出功率30%的 滑差功率。
3）超同步状态：转子转速n2高于发电机同步转速ns，此时转子绕 组上产生一个转速为n1的与转子旋转方向相反的励磁旋转磁场，在此 状态下变频器根据n2的变化实时改变n1，使n1-n2恒等于发电机同步转 速ns。该状态下发电机不但由定子绕组发出功率，转子绕组也向电网 反馈出滑差功率。这也是双馈异步发电机名称的由来。
《风电场课件》双馈异步发电机共28页
发电机型号含义
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3、发电机相关参数
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发电机附件
定子每相线圈安装2个PT100； 前后轴承各装有2个PT100； 检测热空气装1个PT100； 内冷外冷电机； 主电刷和接地碳刷均具有碳刷磨损监控装置； 定、转子雷电保护装置；
转子
集电环 刷架
定子、转子接线盒
发电机编码器
发电机的冷却风扇
发电机如果采用空/空冷却方式，空/空冷却器放置在电机 上方，由前端或上方的小通风电机驱动，电机工作时，冷 却器开启工作，电机内部通过转子风扇作用形成内循环风 路，将热空气打到电机上方冷却器的散热器管管路外壁上， 管路外壁吸收电机内部热量；散热器两个轴流风电机组从 机舱内部吸入冷空气并使之仅通过散热器管路内壁，形成 独立于电机的外部风路，把管路外壁吸收的电机热量带走， 从而不断冷却电机。有些电机空冷器部分空间与滑环室相 连，使部分冷却风通过空冷器管道进入滑环室冷却滑环， 并经过滤器将碳粉过滤后吹出。有些电机滑环室，非传动 端轴上安装风扇，冷却风由周围环境吸入经滑环室通过过 滤器吃出机舱。正常冷却是电机工作的必要条件，日常维 护时应定期检查小通风电机接线是否松动、轴承是否正常， 确保其正常工作。
风机并网后的三种状态：
亚同步状态：即转子转速n<同步转速n1=1500rpm时，这个时
候转子旋转磁场和转子转向相同n+n2=n1，转子励磁，只有定 子发电；
超同步状态：即转子转速n>同步转速n1=1500rpm时，这个时
候转子旋转磁场和转子转向相反即n-n2=n1，定子和转子都发 电；
同步状态：即转子转速n=同步转速n1=1500rpm时，此时发电
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理一、引言近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和推广。
而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其稳定性和效率对整个系统的运行影响重大。
双馈异步风力发电机机组变流器作为风力发电机组的关键部件之一，其基本运行原理对整个系统的性能具有重要影响，因此有必要对其进行全面了解和分析。
二、双馈异步风力发电机机组概述双馈异步风力发电机机组是一种常见的风力发电机组类型，其主要由风轮、叶片、主轴、发电机、变流器等组成。
风轮转动驱动主轴旋转，主轴通过传动系统带动发电机工作，发电机将机械能转化为电能输出给电网。
其中变流器起着将发电机输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电再转换为交流电，并使得风力发电机组能够与电网实现同步运行的重要作用。
三、双馈异步风力发电机机组变流器基本结构双馈异步风力发电机机组变流器主要由变流器电路、控制系统和通信系统等组成。
其中变流器电路包括整流部分和逆变部分，控制系统负责对变流器进行控制和监测，通信系统用于与上层监控系统进行数据交互。
双馈异步风力发电机机组变流器通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件，以实现对电流和电压的精确控制。
四、双馈异步风力发电机机组变流器工作原理1.变流器整流部分：发电机输出的交流电首先被变流器整流部分进行整流，将交流电转换为直流电。
这个过程包括整流桥、滤波电路等部分，其主要目的是将交流电转换为基本平稳的直流电，以便后续逆变器的工作。
2.变流器逆变部分：经过整流的直流电被逆变器逆变部分转换为交流电，通过逆变器的PWM控制，将直流电转化为符合电网要求的交流电，并具有同步电网的频率和相位。
逆变部分通过对功率器件的开关控制，将直流电转换为交流电输出到电网。
3.控制系统：变流器的控制系统通过对PWM控制信号的生成和对功率器件的开关控制，实现对变流器的电流和电压的精确控制，使得风力发电机组与电网实现有效的功率传递和稳定的运行。
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。
双馈异步发电机(金风)剖析
• (3) 并网运行时发电机和风力机的功率特性可获得最佳匹 配。图为不同风速时风力机输出机械功率与转速的关系曲 线。
•
曲线Pm ( n) 是各风速下功率曲线顶点连线,即为风力 机在各种风速下的最大功率输出曲线。 • 可以看出, Pm ( n) 近似与转速的三次方成正比例。采 用双馈风力发电系统时,通过控制转子励磁电压(或电流) 的频率、幅值、相位和相序,使发电机的功率特性按图中 Pem ( n) 曲线变化,从而实现了在多种风速下发电机与风 力机功率特性的最佳匹配,使风力发电系统获得最大风能 利用率。
变频器容量的选择
根据实际风速的要求和风力发电机转速范围较窄的 特点,电机转速一般为(0.7-1.3) 倍额定转速,即电机转差功 率在±35 % Pem之间。转差功率大小决定了变频器容量的 大小,因此,双馈异步风力发电机变频器容量仅为发电机功 率的1/4～1/3。
适用范围
• • • • 由于风力机及电机本身的结构特点,双馈风力发电机适用 范围一般选定在下述范围内: 功 率:300～3000kW 电 压:400～690V(常用) 功率因数:0.9 (滞后) ～0.9 (超前) 转差率: ±25 %(最大±35 %)
(3) 同步运行区: 此种状态下n = n1 ,滑差频率f 2 = 0 ,这表明此时通入 转子绕组的电流的频率为0 ,也是直流电流,因此与普通 同步发电机一样。 此时, S = 0 , Pem = Pmec ,机械能全部转化为电能并 通过定子绕组馈入电网,转子绕组仅提供电机励磁。
与基本恒速运行的风力发电机组相比较,双馈异步风力发电机组 有以下主要特点: (1) 发电机可以在超同步和亚同步速广泛区域内运行,而且功 率因数可以调节,整个系统具有较好的特性。
(2) 通过调节转子电压的频率、幅值、相位等实现系统的变 速恒频功能。
双馈异步发电机 工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统的发电机，其工作原理是利用两个独立的电路，即主回路和辅助回路，来实现有效的变速调节和发电功率控制。
主回路是由发电机的定子绕组和电网组成，它负责将发电机产生的电能传输到电网中。
辅助回路由辅助回路绕组和产生逆变电压的逆变器组成。
辅助回路将逆变后的电能送回到发电机的转子绕组中，这样就形成了发电机的双馈结构。
通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对发电机的转速和功率的调节。
在运行过程中，双馈异步发电机的转子绕组通过转速传感器等装置实时监测转子的转速，并将转速信号传输给控制系统。
根据所设定的转速和功率要求，控制系统通过调节逆变器的输出电压和频率，来控制转子的转速。
具体地说，当风能资源较为丰富时，控制系统会提高逆变器的输出电压和频率，从而提高转子的转速。
反之，当风能资源较为稀缺时，控制系统会降低逆变器的输出电压和频率，使转子的转速下降。
通过灵活地调节逆变器的输出，双馈异步发电机能够在不同的风力条件下运行，并始终保持较高的发电效率。
总的来说，双馈异步发电机通过在转子回路中引入辅助回路，并通过逆变器来调节转子的转速和功率，实现了对风力发电系统的灵活控制。
这种发电机具有高效、可靠和可变风速工作范围宽等优点，成为风力发电系统中常用的发电设备之一。
双馈异步风力发电机结构
双馈异步风力发电机结构
双馈异步风力发电机结构是现代风力发电机技术的代表，它比传统的异步风力发电机具有更高的效率和更多的优点。
下面我们来详细了解一下它的结构和工作原理。
首先，双馈异步风力发电机的主要组成部分包括转子、定子、转子控制器和电力系统。
其转子是由轮毂、复合材料叶片和磁场铁芯组成的；定子由铁芯和线圈组成；转子控制器由两组转子线圈、两个变压器和一个交流-直流-交流变频器组成；电力系统包括电池组、电池保护装置、电子器件和电气驱动系统。
接下来，让我们了解一下双馈异步风力发电机的工作原理。
当风力推动叶片旋转时，双馈异步风力发电机的转子产生旋转磁场，这个旋转磁场会带动定子中的线圈产生电流。
当电流流过定子线圈时，它会产生另一个磁场，这个磁场会与转子磁场相互作用，从而使转子继续旋转。
同时，转子控制器监测转子线圈的电流，并根据需要对其进行控制，以提高风力发电机的效率和稳定性。
总之，双馈异步风力发电机结构与传统的异步风力发电机不同，它可以更高效地转换风能为电能，提高风力发电的效率和可靠性。
有越来越多的风力发电厂选择采用这种结构的风力发电机，以满足能源需求的同时也为环保事业做出贡献。
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。
双馈异步发电机
已经检查并重新安装到正确位置的电刷必须 能在刷握里活动自如，电刷不能咔哒喀哒响，如 有响声，取下电刷检查刷握。 检查脏污的滑环组件，尤其是滑环、刷握、 连线、绝缘和刷架，如有必要应进行清洁。 检查电刷压力 如果电刷的压力达不到要求，更换损坏的刷握
5.3 更换电刷 新电刷必须是规定的型号和尺寸 a. 将电刷磨出滑环面的弧度（在电机外预磨)， 以保证电刷与滑环的接触面积。 b. 将电刷装入刷握，检查电刷导向和运动。 c. 用砂纸带包住滑环
五、日常维护
电机所必需的维护包括： a. 轴承维护（含润滑） b. 滑环和电刷维护 c. 清洁电机和附件。 5.1为保证电机的使用寿命，轴承要求定期润滑。 润滑脂牌号：Shell Albida EMS2 如因某种原因没有所要求的润滑脂，使用其他等 级相当的润滑脂，需确定两种油脂的相容性和新油脂 加注量。加注时要严格保证润滑脂的清洁。 加油部位及周期： 传动端 （润滑点1）每运转3500h 加注 100g。 非传动端 (润滑点2）每运转3500h 加注 100g。
6.4 电机振动大 ： a、安装不良。 b、电机转轴弯曲。 c、电机转子平衡不良。 6.5 轴承故障 A、电蚀 现象 ：表面可看见斑点，在显微镜下可观察到斑点 是由细小凹坑簇集而成，继续发展就可导致波纹状表面。 原因：电流流经轴承，就会产生电火花，从而溶融 轨道表面。 解决办法 ： 通过调整接地电刷的压力或采用绝缘轴承避免电流 流动。
尽可能不要磨掉光泽层，光泽层可保证在现有 的运状态下接触良好。运行时滑环的最大径向跳动量 如下： 速度范围（r/min） 允许的经向跳动量（mm）
超过1000
0.05
磨削时要注意滑环最小直径。 初始直径：320mm 最小直径：310mm
注意：当滑环直径小于最小直径时，必须更换滑环！
双馈异步发电机及其工作原理
双馈异步发电机及其⼯作原理双馈异步发电机双馈异步发电机是⼀种绕线式感应发电机，按转⼦类型分为有刷和⽆刷两种，⽆刷发电机即为⿏笼型发电机，由于⿏笼型风⼒发电机励磁控制困难，⽆法最⼤限度的利⽤风能，所以⽬前很少应⽤；有刷发电机即为双馈异步发电机，具备易于控制转矩和速度、能⼯作在恒频变速状态、电机可以超同步和超容量运⾏、驱动变流器的总额定功率可以降低到电机容量的1/4等⽅⾯的优点，是本⽂介绍的重点。
双馈异步发电机变速恒频风⼒发电机的核⼼部件。
此类发电机主要由电机本体和冷却系统两⼤部分组成。
电机本体由定⼦、转⼦和轴承系统组成，冷却系统分为⽔冷、空空冷和空⽔冷三种结构。
双馈异步发电机的定⼦绕组直接与电⽹相连，转⼦绕组通过变频器与电⽹连接，转⼦绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运⾏要求由变频器⾃动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满⾜⽤电负载和并⽹的要求。
由于采⽤了交流励磁，发电机和电⼒系统构成了"柔性连接"，即可以根据电⽹电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满⾜要求。
异步电动机运⾏时，电磁转矩和转向相同，即转差率>0；异步发电机运⾏时，电磁转矩和转速⽅向相反，转差率<0，发电机的功率随该负转差率绝对值的增⼤⽽提⾼。
当双馈发电机的转⼦绕组通过三相低频电流时，在转⼦中会形成⼀个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转⼦的机械转速相叠加，使其等于定⼦的同步转速，从⽽在发电机定⼦绕组中感应出相应于同步转速的⼯频电压。
当风速变化时，转速随之⽽变化，相应地改变转⼦电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定⼦输出频率保持恒定。
双馈发电机通过控制转⼦励磁，使定⼦的输出频率保持在⼯频。
当发电机的转速低于⽓隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运⾏，为了保证发电机发出的频率与电⽹频率⼀致，需要变频器向发电机转⼦提供正相序励磁，给转⼦绕组输⼊⼀个其旋转磁场⽅向与转⼦机械⽅向相同的励磁电流，此时转⼦的制动转矩与转⼦的机械转向相反，转⼦的电流必须与转⼦的感应电动势反⽅向，转差率减⼩，定⼦向电⽹馈送电功率，⽽变频器向转⼦绕组输⼊功率。
《风电场课件》双馈异步发电机
技术创新 临成本挑战，需要寻求经济可行的技 术方案。
THANKS
02
双馈异步发电机的系统组成
转子绕组
转子绕组是双馈异步发电机的重要部 分，负责产生磁场。它通常由铜线绕 制而成，并安装在转子的铁芯上。
转子绕组的匝数和连接方式对发电机 的性能和电压等级有着重要影响。通 过改变转子绕组的匝数，可以调节发 电机的电压和电流。
定子绕组
01
定子绕组是双馈异步发电机中的 固定部分，负责产生三相交流电 。它由铜线绕制而成，并安装在 定子的铁芯上。
清洁与除尘
保持发电机表面清洁，定期清除灰尘和杂物， 防止对发电机散热造成影响。
油液检查与更换
检查油液的品质和数量，确保油液符合要求， 并及时更换油液。
常见故障及原因分析
电压异常
电压过高或过低，可能是由于发电机 转速不稳定、励磁系统故障或负载不 平衡等原因引起。
振动与噪声
发电机绝缘材料老化或受潮，可能导 致绝缘故障，影响发电机的正常运行 。
智能电网
双馈异步发电机能够适应智能电网的需求，实现与电网的智能互联和优化调度，提高电网的运行 效率和可靠性。
未来发展前景与挑战
市场需求持续增长
政策支持与市场环境
随着可再生能源市场的不断发展，双 馈异步发电机的市场需求将持续增长， 具有广阔的市场前景。
政策支持和市场环境对双馈异步发电 机的发展具有重要影响，需要关注相 关政策动态和市场变化。
保护系统
保护系统是双馈异步发电机的安全保障，用于保护发电机免 受过载、短路等故障的影响。它包括熔断器、断路器、继电 器等组件。
保护系统在发电机出现故障时，能够迅速切断电源或发出报 警信号，以防止故障扩大，确保发电机和风力机的安全运行 。
双馈异步发电机(金风)全解
(4) 降低输出功率的波动和机组的机械应力;
(5) 在转子侧控制功率因数,可提高电能质量,实现安全、便捷 并网; ( 6) 其变频器容量仅占风力机额定容量的25%左右,与其他全 功率变频器相比大大降低变频器的损耗及投资。 因此,目前的大型风力发电机组一般是这种变桨距控 制的双馈式风力机,但其主要缺点在于控制方式相对复杂, 机组价格昂贵。
双馈式风力机是目前世界各国风力发电的研究热 点之一,我国已有部分地区的风力发电场开始使用这种风 力机系统。相对于传统的恒速风力机,其性能优势体现在: (1) 控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功 率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性; (2) 不需要无功补偿装置;
(3) 可以追踪最大风能 ,提高风能利用率;
•
因此,若设n1 为对应于电网频率为50Hz ( f 1 =50Hz) 时异步发电机的同步转速（磁场的转速）, 而n 为异步电机转子本身的旋转速度,则只要维持 n + n2 = n1 为常数,则异步电机定子绕组的感应电 势的频率始终维持为f 1 不变。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn1/ 60 ×( n1 - n) / n1 = sf 1 。 • 可见,在异步电机转子以变化的转速转动时, 只要在转子绕组中通入滑差频率( sf 1) 的电流,则 在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz 的恒频 电势。
当在转子绕组中串入频率与其感应电势的频率相同、 相位与幅值可调电压Û2 后,通过改变串入电压Û2 与转子 电动势相角关系及其幅值大小,即可将异步发电机调整为 超同步发电机、亚同步发电机、同步发电机三种状态。其 中,适当调整转子外加电压Û2 与E2S 的相位关系时可提高 电机的功率因数、改善电网特性。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统中的发电机。
它可以在风速不稳定的情况下，有效地调节电力输出，提高发电系统的可靠性和稳定性。
双馈异步发电机由主绕组和副绕组两部分组成。
主绕组连接到电网，副绕组通过转子与风力发电机相连。
主绕组通常采用固定的磁场，而副绕组的磁场则由转子上的线圈产生。
当风力发电机旋转时，风力使得转子产生运动。
转子上的线圈通过转子运动产生感应电动势，并将电能转化为机械能。
这个机械能通过转轴传递到发电机的主绕组中。
主绕组将这个机械能转化为电能，并将其输入电网。
副绕组的作用是调节发电机的电力输出。
当风力发电机的转速发生变化时，副绕组的磁场也会随之变化。
这样一来，主绕组中输入电网的电力也会相应地发生变化。
通过调节副绕组的磁场，双馈异步发电机可以达到调节电力输出的目的。
双馈异步发电机的优点是在风速变化较快的情况下，仍然可以保持较高的发电效率。
同时，双馈异步发电机还具有自动调节功率因数和抗瞬态电压冲击的能力。
总而言之，双馈异步发电机通过主绕组和副绕组的协同工作，实现了风力发电系统的稳定运行和高效发电。
它在风力发电领域中具有重要的应用价值。
专业资料 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是一种风力发电机，具有定子和转子同时发出电能并连于电网的特点。
这种发电机的转子与定子都参与励磁，可以与电网有能量的交换。
下面详细介绍双馈异步发电机的原理。
1.定子和转子同时发出电能，并连于电网双馈异步发电机的定子和转子都装有绕组，当转子以一定的速度旋转时，定子和转子中的电流会产生磁场，这个磁场会随着转子的旋转而旋转。
这个旋转的磁场会与定子中的绕组相互作用，从而在定子中产生电能。
这个电能可以连入电网，为电网供电。
2.转子与定子都参与励磁，可以与电网有能量的交换双馈异步发电机的转子和定子都参与励磁，也就是说，转子和定子中的绕组都会被通电。
这样，转子和定子中的磁场就会相互作用，从而产生机械转矩。
这个机械转矩可以驱动叶轮旋转，将风能转变为机械能。
同时，这个机械转矩也可以通过主轴传动链传递给发电机，从而将机械能转化为电能。
3.通过叶轮将风能转变为机械转矩双馈异步发电机的叶轮可以将风能转变为机械能。
当风速达到一定值时，叶轮会开始旋转，从而将风能转化为机械能。
这个机械能可以通过主轴传动链传递给发电机，从而转化为电能。
4.主轴传动链将机械转矩传递给发电机双馈异步发电机的主轴传动链可以将叶轮旋转产生的机械能传递给发电机。
这个传动链包括齿轮、轴承等传动元件，可以将叶轮旋转的机械能传递给发电机的主轴。
5.励磁变流器励磁将发电机定子电能并入电网双馈异步发电机的定子中的电能需要通过励磁变流器才能并入电网。
这个变流器可以控制发电机的励磁电流，从而控制发电机的输出电压和频率。
当发电机的输出电压和频率与电网相符时，就可以将电能并入电网。
6.超过发电机同步转速时，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电当风速超过发电机同步转速时，双馈异步发电机的转子也处于发电状态。
这时，转子中的磁场会与定子中的绕组相互作用，从而在定子中产生电能。
这个电能也可以通过励磁变流器并入电网。
同时，这个电能还可以通过变流器向电网馈电，从而实现能量的双向交换。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理双馈异步风力发电机机组是目前风力发电领域中应用较为广泛的一种发电机组。
其基本构成包括风机叶片、发电机、变流器等部件。
其中，变流器是整个系统中至关重要的部分，它可以将发电机产生的交流电转换为直流电，并根据系统的需要进行变压和逆变操作，实现最终的电能输送。
下面将详细介绍双馈异步风力发电机机组变流器的基本运行原理。
1. 实现双馈异步发电机的功率控制在双馈异步风力发电机机组中，双馈发电机在转动时由于风速的变化和负载的不同，其输出的电压和频率也会有所变化。
为了保证输出电能的稳定性和可控性，需要通过变流器对发电机输出的电流进行调节和控制。
变流器将发电机产生的交流电转换为直流电，并通过内置的控制系统实现对输出电流的调节和功率的控制，从而满足电网接入的需求。
2. 实现双馈异步发电机的无级变速双馈异步风力发电机机组的另一个特点是可以实现无级变速。
当风速发生变化时，变流器可以通过调节发电机的转速来实现风机的功率匹配，从而最大化系统的发电效率。
变流器通过控制发电机的转矩和速度，使得发电机的输出功率和风机转速保持在一个合适的工作范围内，同时确保整个系统的稳定性和可靠性。
3. 实现双馈异步发电机的无功功率调节双馈异步风力发电机机组在接入电网时，需要满足电网的无功功率调节需求。
变流器可以通过控制发电机的功率因数来实现无功功率的调节，从而维持整个系统的功率平衡和稳定运行。
变流器可以根据电网的要求调节发电机的无功功率输出，使得风力发电机机组可以在不同电网情况下灵活运行，并实现无功功率的补偿。
总的来说，双馈异步风力发电机机组变流器的基本运行原理是通过将发电机输出的交流电转换为直流电，并通过内置的控制系统实现对输出电流、功率、转速和功率因数的调节和控制，从而保证整个系统的稳定运行和高效发电。
变流器在风力发电系统中发挥着至关重要的作用，是风力发电技术不断发展和完善的关键技术之一。
双馈风力发电机
双馈风力发电技术基本概念双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。
该发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了"柔性连接"，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈式风力发电机组具有以下特点：1.技术成熟、质量可靠。
自工业化革命以来，齿轮传动已经成为技术最成熟、最主流的传动方式，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、钟表等工业和生活领域。
风力发电机组工作环境恶劣，对机组可靠性要求很高。
双馈机组采用的大功率大速比齿轮箱技术从20世纪90年代起已经开始应用，其在风电中的故障率已低于电气系统和发电机系统。
叶轮+齿轮箱+发电机的传动链结构简单，各类载荷分配合理，整体质量可靠性高。
2.效率高、性价比优。
该技术有效分配了机械传动系统和发电系统的参数配置，通过高速比齿轮箱提高电机转速，大幅提高发电机效率。
同时该机型仅有占额定功率1/5～1/3的转差功率通过变流器，变流器的能量损失小。
整机效率高、性价比优。
3.可维护性好。
双馈式风力发电机组一般采用叶片+轮毂+齿轮箱+联轴器+发电机的传动结构，这种结构各主要部件相对独立，可以分别进行维护和维修。
现场维修容易，时间响应及时。
4.电能质量好，低电压穿越能力强。
双馈式风力发电机组采用双馈式感应电机和部分功率变流技术，发出的70%以上的电能通过定子输送到电网，产生的谐波小、电能质量好。
同时，该技术具有功率因数可调、有功功率和无功功率控制方便，低电压穿越性能好等特点，可实现电网友好型接入。
双馈异步发电机
系统原理图
如果在三相对称绕组中通入三相对称交流电,则将在电机 气隙内产生旋转磁场。
此旋转磁场的转速与所通入的交流电频率f 2 及电机的极 对数p 有关,即n2 = 60f 2/ p。
式中: n2 为绕线转子三相对称绕组通入频率为f 2 的三相 对称电流后所产生的旋转磁场, 相对于转子本身的旋转速度。
在忽略电机部分损耗时,异步电动机运行中功率关系如下:
Pem = m1 U1 I1 cosφ1 Pmec = (1 - S) Pem Ps = S ×Pem Pem = Pmec + Ps 式中, Pem —电磁功率; Pmec —机械功率; Ps —转差功率。
• 双馈风力发电机的功率传递关系如下:
(1) 控制转子电流就可以在大范围内控制电机转差、有功功 率和无功功率,参与系统的无功调节,提高系统的稳定性;
(2) 不需要无功补偿装置;
(3) 可以追踪最大风能 ,提高风能利用率;
(4) 降低输出功率的波动和机组的机械应力;
(5) 在转子侧控制功率因数,可提高电能质量,实现安全、便捷 并网;
( 6) 其变频器容量仅占风力机额定容量的25%左右,与其他全 功率变频器相比大大降低变频器的损耗及投资。
从上式可知,改变频率f 2 , 即可改变n2 。 若改变通入转子三相电流的相序, 还可以改变转子旋转 磁场的方向。
•
因此,若设n1 为对应于电网频率为50Hz ( f 1 =50Hz)
时异步发电机的同步转速（磁场的转速）, 而n 为异步电
机转子本身的旋转速度,则只要维持n + n2 = n1 为常数,则 异步电机定子绕组的感应电势的频率始终维持为f 1 不变。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn160 ×( n1 - n) / n1 = sf 1 。
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双馈感应发电机由定子绕组直连定频三相电网的绕线型感应发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。
”双馈“的含义是定子电压由电网提供，转子电压由变流器提供。该系统允许在限定的大范围内变速运行。通过注入变流器的转子电流，变流器对机械频率和电频率之差进行补偿。在正常运行和故障期间，发电机的运转状态由变流器及其控制器管理。
直驱风力发电变速恒频机组示意图
直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁和永磁两种。
电励磁直驱风力发电机组采用与水轮发电机相同的工作原理。永磁直驱是近年来研发的风电技术，该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统，发电结构简单，重量相对励磁直驱机组较轻。但永磁部件存在长期强冲击振动和大范围温度变化条件下的磁稳定性问题，永磁材料的抗盐雾腐蚀问题，空气中微小金属颗粒在永磁材料上的吸附从引起发电机磁隙变化问题，以及在强磁条件下机组维护困难问题等。此外，永磁直驱式风力发电机组在制造过程中，需要稀土这种战略性资源的供应，成本较高。
1、双馈式发电机组
双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机，主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。
双馈式风力发电机组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流器相连。变流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，这时变流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。
双馈异步风力发电机
双馈异步风力发电机（DFIG，Double-Fed Induction Generator）是目前应用最为广泛的风力发电机，由定子绕组直连定频三相电网的绕线型异步发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。
简介
双馈异步风力发电机（DFIG，Double-Fed Induction Generator）是一种绕线式感应发电机，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。该发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构[1] 。
3、直驱式变速恒频风力发电系统获风能;
2)较宽的转速运行范围，适用于风力机变速运行;
3)可以灵活地调节系统的有功和无功功率;
4)采用先进的PWM控制技术可以抑制谐波，减小开关损耗，提高效率。
双馈风力发电变速恒频机组示意图
变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同并且可根据需要进行有功和无功的独立控制。
变流器控制双馈异步风力发电机
实现并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。
提供多种通信接口，用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。
优点
首先，它能控制无功功率，并通过独立控制转子励磁电流解耦有功功率和无功功率控制。其次，双馈感应发电机无需从电网励磁，而从转子电路中励磁。最后，它还能产生无功功率，并可以通过电网侧变流器传送给定子。但是，电网侧变流器正常工作在单位功率因数，并不包含风力机与电网的无功功率交换。
双馈式和直驱式风力发电机组介绍
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了"柔性连接"，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。
2、直驱式发电机组
直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机，主要由风轮、传动装置、发电机、变流器、控制系统等组成。为了提高低速发电机效率，直驱式风力发电机组采用大幅度增加极对数（一般极数提高到100左右）来提高风能利用率，采用全功率变流器实现风力发电机的调速。
变流器由两部分组成：转子侧变流器和电网侧变流器，它们是彼此独立控制的。电力电子变流器的主要原理是转子侧变流器通过控制转子电流分量控制有功功率和无功功率，而电网侧变流器控制直流母线电压并确保变流器运行在统一功率因数（即零无功功率）。
功率是馈入转子还是从转子提取取决于传动链的运行条件：在超同步状态，功率从转子通过变流器馈入电网；而在欠同步状态，功率反方向传送。在两种情况（超同步和欠同步）下，定子都向电网馈电。
提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。
变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术。在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形，改善双馈异步发电机的运行状态和输