双馈异步发电机(金风)剖析
双馈风电机组工作原理及常见缺陷原因分析田松涛
双馈风电机组工作原理及常见缺陷原因分析田松涛发布时间：2021-09-07T03:20:51.044Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第11期作者：田松涛[导读] 变桨恒频风电机组通过调节桨距角控制发电机转速，并网后在额定风速以下，通过调整发电机转矩，使得发电机转速随风速变化而变化，获取最大风能。
在额定风速以上，通过调节桨距角，控制发电机转速在额定转速范围，并限制叶轮获取更多能量，保证发电机连续输出额定功率。
大唐四川发电有限公司新能源分公司四川成都 610000摘要：风电机组主要分变速恒频双馈及电力磁/永磁直驱风电机组或半直驱风电机组。
因直驱风机发电机、变频器造价成本高，效能转化略低，因而，目前国内主流机型仍为变桨变速恒频双馈发电机组。
关键词：双馈风力发电机组；缺陷及原因分析一、变桨恒频双馈风电机组工作原理（一）工作原理变桨恒频风电机组通过调节桨距角控制发电机转速，并网后在额定风速以下，通过调整发电机转矩，使得发电机转速随风速变化而变化，获取最大风能。
在额定风速以上，通过调节桨距角，控制发电机转速在额定转速范围，并限制叶轮获取更多能量，保证发电机连续输出额定功率。
变桨恒频双馈发电机组，因采取不同的发电机，并配备励磁变频器，用于提供转子可变的励磁电流。
在风速变化的同时，通过变频器调整转子励磁电流的频率控制发电机定子输出与电网频率、相位、幅值相等的电压。
f1=pn/6+f2f1：定子电压频率；f2：变频器提供的励磁电流频率P:发电机极对数；n:发电机转速变桨恒频双馈风电机组的发电机与转子侧变频器相连，其作用是对发电机进行励磁控制，可以实现对机组有功和无功功率解耦，使转子达到预期的转速。
电网侧变频器与网侧接触器相连，而网侧变频器与机侧变频器通过直流母排相连，实现交直交电压转化，达到直流环节有功功率和与电网间交换的有功功率的平衡，可以控制直流侧电压的稳定和交流侧功率因数。
发电机定子侧连接定子接触器或并网断路器，当转子变频器检测到定子输出电压频率、相位、幅值与电网电压一致时，定子接触器闭合，实现并网。
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。
双馈发电机原理讲解完整版
双馈发电机原理讲解 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】一．双馈发电机原理讲解二．风力发电机的主要类型1．异步发电机笼鼠式异步发电机特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。
缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。
一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。
绕线转子异步发电机特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。
风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。
双馈异步发电机特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。
2．同步发电机永磁同步发电机特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。
转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。
一般用于海上风机。
直流励磁同步发电机特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。
三． 双馈异步发电机原理1．旋转磁场旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。
从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。
三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。
2．旋转磁场的转速和转向以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。
① ωt=0 o 时，合成磁场方向：向下② ωt=60o 时，合成磁场方向顺时针转过60o 。
金风直驱型风机与双馈型风机实际运行情况分析
金风直驱型风机与双馈型风机实际运行情况分析金风直驱型机组自2007年投入市场以来，产品技术路线经历了市场的疑虑、选择、认可过程。
从最初对直驱型风机优越性的理论性分析说明到目前实际的运行数据对比，充分证明了直驱型风机发电效率高、维护量少、备品备件消耗品用量少，寿命期内维护成本低，大部件寿命长的特点。
以下内容是华能马力风电厂对该风电场金风GW1500kW机组与同风场1500kW双馈机组运行情况的对比分析。
1.调试及运行情况从我厂调试及试运行情况来看，金风直驱型风机的故障率较低，且调试工作作业量较小，7个工作日共完成调试风机11台，在运行期间共出现过两次变流器功率模块故障，截止2009年6月20日可利用率指标为97%；双馈型风机因系统较为复杂，调试工作量大、周期长，运行期间多出现齿轮传动系统、润滑系统等故障，另外，因变桨系统装有电池（非电容放电），风机断电后，电池放电风机全顺桨刹车，恢复运行时需将电池充潢电后方可运行，因此恢复运行的时间较长，电量损失较大。
直驱风机与双馈风机日发电量实测对照表：上表是两种机型均无故障情况下的发电量数据，从实际统计的发电量指标可以分析出，金风82型风机的发电功率曲线明显优于双馈型风机。
2.检修情况双馈机型因机械传动系统部件较为复杂，单元（齿轮箱、散热器、油泵、油管路、冷却风扇、传感器、控制单元）较多，一但出现故障难于查找和处理，且工作量较大，废弃的油污处理不当时，对环境污染严重，有背于环保要求。
金风直驱型风机无齿轮箱，提高了机组的可靠性和可利用率，降低了机组的噪音。
对比双馈机组，永磁发电技术避免了机组励磁装置和励磁损失，提高了整机效率。
直驱结构减少了机组机械传动部件，降低了机组机械损失， Cp值在低风速段明显提高，在任何风速下，比相同型号双馈风力发电机的标准小时数提高130小时。
金风82/1500kW机组叶轮直径达到82米，相比77米叶轮直径的1500kW 机组，其电量高出许多。
金风科技（19）：直驱与双馈风机技术流派比对
⾦风科技（19）：直驱与双馈风机技术流派⽐对点评：摘录这篇⽂章的时候没仔细阅读，刚才仔细看了⼀篇，怎么看怎么像写⼿故意写的，污蔑直驱技术的？风电作为国家主推的新能源项⽬之⼀，优劣好坏是由市场来决定的，发表这样的⽂章不知有何意义。
中国风⼒发电⽹ 双馈发电机在结构上与绕线式异步电机相似，即定⼦、转⼦均为三相对称绕组，转⼦绕组电流由滑环导⼊，发电机的定⼦接⼊电⽹；⽽电⽹通过四象限交直交变流器向发电机的转⼦供电，提供交流励磁电流。
通过变流器的功率仅为电机的转差功率，功率变流器将转差功率回馈到转⼦或者电⽹，双馈电机的交直交功率变流器由于只通过转差功率，其容量仅为电机额定容量的1/3～1/2，因此⼤⼤降低了并⽹变流器的造价，⽹侧和直流侧的滤波电感、⽀撑电容都相应缩⼩，电磁⼲扰也⼤⼤降低，也可⽅便地实现⽆功功率控制。
随着国家新能源发展线路的明确，风电⾏业的发展正在被越来越多的⼈所关注和期待。
在风电技术的选择⽅⾯，随着国内风机⼤型化趋势的升级，业内对于直驱与双馈技术孰优孰劣的讨论也更加激烈。
今天我们就从发展历史、运维情况、发展趋势等⽅⾯来⽐对⼀下这两种技术的特点。
发展历史 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。
但是发展⾄今，双馈技术因其运⾏稳定的特性占据了⼤⽚的市场份额。
双馈、直驱两种技术路线的本质区别在于双馈型是带“齿轮箱”的，⽽直驱型是不带“齿轮箱”的。
现在全世界风电机组中，85%以上是带齿轮箱的机型。
尤其在技术、稳定性及可靠性要求更⾼的海上机组中，⽆⼀例外的全部采⽤了技术成熟且可靠性好的带齿轮箱技术⽅案，包括2兆⽡、2.3兆⽡、3兆⽡、3.6兆⽡、5兆⽡等各级别机型，⼚商包括Vestas，Siemens,Repower,华锐风电等全球所有主要海上风电机组⽣产⼚商。
⽬前为⽌，除⾦风科技的⼀台1.5兆⽡机组外，全世界范围内还没有更多的直驱机组下海。
《风电场课件》双馈异步发电机共28页
发电机型号含义
为人类奉献蓝天白云，给未来留下更多资源 学习·实践·分享
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。
双馈异步发电机原理最好的讲解
双馈异步发电机工作原理一、先知道什么是双馈风力发电机双馈发电的意思就是指感应电机的定子、转子同时能发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁，其定子和转子都可以与电网有能量的交换。
二、双馈异步发电机的原理是通过叶轮将风能转变为机械转矩，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机转速后，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，已达到最大利用风能效果。
三、特点1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频供电，因此，系统中的变频器容量仅仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机最大转差功率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机容量的1/4-1/3，这样系统的总体配置费用就比较低。
2、具有变速恒频的特性。
3、可以实现有功功率和无功功率的调节。
四、如何实现变速恒频。
设双馈发电机的定子转子绕组为对称绕组，电机的极对数为P，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1为同步转速，它与电网频率f1及电机的极对数p的关系如下：n1=60f1/p ,同样在转子三相通入频率为f2的三相对称电流，所产生的旋转磁场速度为n2=60f2/p,改变f2即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向，因此若设n1为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而n为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n±n2=n1=常数，则双馈电机定子绕组的感应电势如同在同步发电机一样，其频率将始终维持为f1不变。
双馈发电机的转差率s=(n1-n)/n1 ,则双馈发电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p(n1-n)/60=p(n1-n)/n1*n1=pn1/60*(n1-n)/n1=f1*s上式表明：在异步发电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率为f1*s的电流，则在双馈发电机定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势，所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率，就可以实现变速恒频发电了。
风力发电双馈异步发电机励磁控制变频器综述讲解
风力发电双馈异步发电机励磁控制变频器综述禹华军 上海输配电股份有限公司技术中心1． 变速恒频风电系统结构风力发电机组通常由风力机、传动系统、发电机、偏航系统、变桨距系统和控制系统等部分组成。
风力机的作用是将风能转换为机械能，通过传动系统，由齿轮箱增速，将机械能传递给发电机。
发电机采用绕线式异步发电机，通过交流励磁控制，实现机械能向电能的转换，同时能实现风力机系统的变速恒频控制。
机舱与塔架之间安装有偏航系统，使机舱对准来风的方向。
变桨距系统通常在风速超过额定值时，对风力机转速和输出功率进行控制，保证系统机械和电气安全。
控制系统是风力发电机组的“大脑”，由它自动完成机组的所有工作过程，并提供人机接口和远程监控的接口。
对恒速风机来说，当风速跃升时巨大的风能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。
如果上述过程频繁出现，会引起这些部件的疲劳损坏，因此设计时不得不加大安全系数，从而导致机组重量加大，制造成本增加。
而当风力发电机采取变速运行时，由风速跃升所产生的巨大风能，其中部分被加速旋转的风轮所吸收，并以动能的形式存储于高速运转的风轮中，从而避免主轴以及传动机构承受过大扭矩和机械应力。
当风速下降后，在相关电力电子装置调控下，将高速风轮所存储的动能释放出来并转变为电能送入电网，通过风轮的加速、减速对风能的阶跃性变化起到缓冲作用，使风力机组内部能量传输部件应力变化平稳，防止破坏性机械应力产生，从而使风力机组运行更加平稳和安全。
常用的变速恒频控制方法有：鼠笼型异步发电机变速恒频（包括定子侧串变频器），绕线型异步发电机变速恒频（改变转子外接电阻），同步发电机变速恒频（电磁式与永磁式），双发电机侧变流器抱闸倾斜控制转子齿轮变流控制风力发电机控制系统带滑环的异步发电机线侧变流器图1 风力发电系统结构示意图馈感应异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator-DFIG ）变速恒频（包括无刷型），磁场调制型变速恒频，开关磁阻发电机变速恒频等。
双馈式风力发电机运行原理解析
双馈式风力发电机运行原理解析根据相关调查显示，在全球各国中，因风力发电项目，每年投入1000亿元资金总额，约有100个国家开始研究、运用风力发电技术。
因此，随着化石燃料逐渐减少，社会生产需要太阳能技术、发电技术和水利技术，这些技术也有可能代替火力发电技术。
对于风力发电技术，加强风力发电机研究和运用具有十分重要的现实意义，大多数选择双馈式设计方式。
笔者结合自身多年的风电企业的从业经验，立足双馈式风力发电机角度，分析其运行原理、发电控制技术。
1 双馈式风力发电机的结构、特点双馈式风力发电机是由英国学者的设想而来，在自级联导发电机研发基础上，逐渐研发而来，双馈式发电机与绕线异步电机有着结构类似性，因定子、转子两部分均可以馈出、馈入电能，所以称之为双馈。
另外，因双馈式发电机利用转子形成交流，因此，双馈式发电机又叫做交流励磁发电机。
双馈式风力发电机，双馈主要指电机定子、转子，都能完成电力供应。
通常而言，双馈式发电机是由接线盒、转子、定子、冷却系统、滑环系统和传动结构构成。
转子结构一般为散嵌绕组、半线圈与成型绕组构成。
滑环系统包含滑环座、维护罩、碳刷、风扇等构成，滑环环氧浇注式、热套式类型，冷却系统包含水冷式和风冷式方式。
从某种性质来看，双馈式发电机属于异步式发电机范围，这类发电机具有同步式发电机的励磁绕组，一般用于功率因素、励磁过程的调控，所以双馈式发电机具有异步、同步两种优点。
针对双馈式发电机定子贴心，有相同形状凹槽的均匀分布，主要是用于嵌入定子绕组，通过定子三相电流，产生一定旋转磁场。
在转子中，利用嵌入绝缘导线，可组成三相绕组。
在转子上引出三相线，再连接转轴的集电环，通过电刷引出。
通常而言，定子和工频电网能够直接连接，转子通过变换器与电网连接，以便于转子的交流励磁。
同时，双馈式发电机的成本较低、体积较小，调节方式为无功率调节，且抗电磁的干扰能力强，具有简便易行的特点。
发电机励磁过程和供电网络没有直接联系，由转子即可直接完成所处电路。
《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。
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。
风力发电机组 双馈异步发电机 国标
风力发电机组双馈异步发电机国标摘要：1.风力发电机组的概述2.双馈异步发电机的定义及其工作原理3.国标的制定与实施4.双馈异步发电机在风力发电机组中的优势5.双馈异步发电机的发展现状与趋势正文：一、风力发电机组的概述风力发电机组是一种可再生能源设备，通过风力旋转叶片产生动力，将风能转化为电能。
风力发电机组主要由塔架、叶片、发电机等部分组成，其中发电机是核心部件，其作用是将风能转化为电能。
二、双馈异步发电机的定义及其工作原理双馈异步发电机是一种特殊的异步发电机，其特点是定子绕组与电网相连，而转子绕组通过变频器与电网连接。
在双馈异步发电机中，电网负责提供定子绕组所需的电压，而转子绕组所需的能量则来自于变频器。
通过调整变频器的输出频率和电压，可以实现对电机的调速和控制。
三、国标的制定与实施我国对双馈异步发电机的研究和应用已经取得了长足的进步，为了规范市场和保证产品质量，我国制定了一系列关于双馈异步发电机的国家标准，如GB/T 23479.1-2009《风力发电机组，双馈异步发电机(第1 部分):技术条件》。
这些标准的实施，对于推动双馈异步发电机技术的发展和应用具有重要意义。
四、双馈异步发电机在风力发电机组中的优势双馈异步发电机在风力发电机组中有以下优势：1.节省材料和成本：由于双馈异步发电机的转子绕组通过变频器与电网连接，其转速可以大大提高，因此电机的体积和重量可以大大减小，降低成本。
2.高效节能：双馈异步发电机可以根据负载需求调整输出功率，避免无效功，提高能源利用效率。
3.良好的调速性能：双馈异步发电机通过调整变频器的输出频率和电压，可以实现对电机的精确调速，满足不同工况的需求。
五、双馈异步发电机的发展现状与趋势目前，双馈异步发电机在国内的发展已经取得了长足的进步，但是一些核心技术尚待完善。
双馈异步发电机
定子每相线圈安装2个PT1OO。
前后轴承各装有2个PT1OO。
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。
7. 发电机的使用维护 ① 运输、存储 ② 安装、调试 ③ 维护、保养 润滑脂的补充 电刷维护 滑环维护 热敏元件检测数据的分析判断 风机的正常使用
2. 具有变速恒频的特性。 3. 可以实现有功功率和无功功率的调节。
四、双馈发机考核的关键点
1. 工作特性 a. 空载特性测定 b. 负载特性测定（包括转
子绕组短路状态下异步 发电机的固有特性和转 子绕组由双向逆变器供 电状态下的调节特性） c. 效率计算和特性曲线绘 制 2. 温升考核
a. cosΦ=1 b. cosΦ=±0.95 3. 一般电机试验项目
一、 风力发电机的主要类型
异步发电机
同步发电机
使用 场合
特点
双速发电 机
定桨距风 力发电机 组
低风速低 速运行， 使发电机 也具有在 较高的效 率水平。
绕线式异步发 电机
变桨距风力发 电机组
高风速时可以 通过控制转子 电阻，使得输 出功率保持平 稳。
双馈异步发 电机
变速风力发 电机组
低速永磁同步发电机 变速风力发电机组
可以方便调 可以控制励磁调节发 节有功功率 电机的功率因数，使 和无功功率 功率因数达到1。在 的输出，同 相同条件下，同步发 时调节电网 电机的调速范围比异 的功率因数。 步发电机更宽。
二、双馈发电机的工作原理
双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相 位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发 电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整， 使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通 过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频 率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。
[浅谈双馈式风力发电机]双馈式风力发电机
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[浅谈双馈式风力发电机]双馈式风力发电机1 双馈式发电机的组成和原理1.1 结构：双馈式发电机的定子结构和异步发电机的相同，转子上带有滑环和电刷。
双馈式风力发电系统结构如图1所示，从图中可以看出定子绕组与电网直接相连，而转子绕组则是通过可逆变流器与电网相连。
1.2 基本原理：双馈式电机的定子、转子电流产生的旋转磁场始终是相对静止的，当发电机转子变化而频率不变时，发电机的转速和定转子电流频率之间的关系为表示为：f1=(pn/60)±f2 式1式中：f1为定子电流频率，为Hz；f2为转子电流频率，单位为Hz；p为发电机的磁极对数；n为转子的转速，单位为r/min。
由上式可知，当发电机的转速发生变化时，可以通过调节f2来维持f1不变，来保证与电网频率相同，实现变速恒频控制。
根据转子的转速不同，双馈式发电机可以有三种运行状态，如图2-3所示，图中：P2为发电机轴上输入的机械功率；Pem为转子传递到定子上的电磁功率；sPem为转子输入/出的有功功率；（1±|s|）Pem 为定子绕组输出的有功功率。
①亚同步运行状态：此时n0，式子1取“+”，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的向速与转子转动方向相同，功率流动方如图2（a）所示，从图中可以看出，P2=Pem=(1-s) Pem+sPem，由于此时s0，所以sPem0，故需要电网给转子回路提供电能，定子绕组输出的电能为(1-s) Pem，小于转子传递到定子的电能Pem。
②超同步运行状态：发电机运行于该状态时，nn1，转差s0，式子1取“-”，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的向速与转子转动方向相反，功率流动方如图2（b）所示，从图中可以看出，P2=Pem，由于此时s0，所以sPem0，故转子回路会通过变流器向电网回馈电能，定子绕组输出的电能为(1+|s|) Pem，大于转子传递到定子的电能Pem，这也是双馈式发电机的重要特点。
③同步运行状态：在该状态下，发电机的转子转速与同步转速相同，故电机转子电流为一直流量，与同步发电机相同。
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• (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。
由电机学原理可知,异步电机频率具有下述关系: f 1 = f m ±f R (超同步时取- ,亚同步时取+ ) ; f 1 —定子电压频率; f m —主轴传动的机械频率; f R —电机工作的转差频率。 当转子旋转速度变化时,只要相应地改变转子磁势的 频率,即可使定子频率为一常数,实现变速恒频功能。
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。 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。
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;
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。
双馈发电机介绍
工作原理
双馈异步发电机是指将定、转子三相绕组分别接入 两个独立的三相对称电源,定子绕组接入工频电源,转子绕 组接入频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的交流 电源,即采用交～直～交或交～交变频器给转子绕组供电 的结构,如图所示。 其中,转子外加电压的频率在任何情况下必须与转子 感应电动势的频率保持一致,当改变转子外加电压的幅值 和相位时即可以改变电机的转速及定子的功率因数。
•
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。
• 双馈风力发电机的功率传递关系如下: (1) 亚同步发电区(1 > S > 0) :在此种状态下转子转速n < n1 同 步转速,由滑差频率为f 2 的电流产生的旋转磁场转速n2 与 转子的转速方向相同,因此n + n2= n1 。此时的电磁功率 Pem < 0 ,由电机定子绕组馈入电网；转差功率Ps < 0 ,由电 网通过变频器提供给转子绕组,电机实际发电功率为(1 - S) Pem ,如图。
(2) 超同步发电区( S < 0) :在此种状态下转子转速n > n1 同步 转速,改变通入转子绕组的频率为f 2 的电流相序,则其所产 生的旋转磁场转速n2 的转向与转子的转向相反,因此有n n2 = n1 。为了实现n2反向,在由亚同步运行转向超同步 运行时,转子三相绕组必须能自动改变其向序;反之,也是一 样。此时的电磁功率Pem < 0 ,由电机定子绕组馈入电网； 转差功率PS > 0 ,由转子绕组经变频器将其馈入电网,电机 实际发电功率为(1 + | S| ) Pem ,如图。
从上面的分析看出,双馈风力发电机有诸多的优点,下面 介绍1500kW 575V 样机的技术要点: 型式:三相绕线型异步发电机 规格:YRKK500 6 1500kW575V(暂用电动机的型号) 双反馈发电运行时的电气性能： 额定功率:1501kW 额定转速:1440r/ min 额定效率:97. 1 % 额定频率:60Hz 额定功率因数:1. 0 定子电压:575V 转子电压:376V 定子电流:1287. 2A 转子电流:396. 5A 定子输出功率:1263kW 转子输出功率:247. 8kW
(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。