变速恒频风力发电机组输出特性分析
风力发电中的变速恒频技术综述
风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。
进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。
第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。
随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。
前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。
到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。
但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。
风力发电又进入迅速发展阶段。
先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。
2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。
我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。
2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。
图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点：（1）风力发电机单机容量稳步变大。
现在单机容量已达到兆瓦级；（2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。
目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术；（3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效；（4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。
这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。
2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频技术是指根据风速的变化，通过调整发电机的转速和功率输出，使风力发电机组在各种风速下能够以最佳的效率工作。
关键技术主要包括风速预测、最大功率点跟踪和变频控制。
风速预测是实现变速恒频风力发电的关键环节。
准确地预测风速可以帮助风力发电机组提前进行调整，以便在合适的风速下实现最大功率输出。
常用的风速预测方法包括传统统计模型、神经网络模型和基于气象数据的数值模型。
这些模型可以根据历史风速数据和气象观测数据进行分析和计算，从而预测未来时间段的风速变化。
最大功率点跟踪是变速恒频风力发电的核心技术之一。
根据风速的变化，风力发电机组需要调整转速和功率输出，以在不同风速下实现最大的能量转化效率。
目前常用的最大功率点跟踪方法包括控制档位、模型预测控制和自适应控制等。
这些方法通过监测风速、转速和功率输出等参数，并利用模型或者控制算法进行实时调整，以寻找和保持最佳的工作状态。
变频控制是实现变速恒频风力发电的关键技术之一。
通过变频器将风力发电机组产生的交流电转换成恒定频率的电力输出，以适应电网的要求。
变频控制可以实现风力发电机组的平稳启动、转速调节和频率稳定等功能。
它还可以通过控制电机转矩和电网接口的功率调整，实现发电机组的功率控制和电网的无功功率补偿，提高发电系统的稳定性和供电质量。
变速恒频风力发电机的原理及控制研究
变速恒频风力发电机的原理及控制研究一、变速恒频风力发电机原理（一）系统介绍交流励磁发电机定子绕组接入工频电网，转子绕组经一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电。
该系统，允许原动机在某范围内变速运行，简化了调制装置，减少了调速时的机械应力，提高了机组运行效率；调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率；应用矢量控制可实现有功、无功功率的独立调节。
（二）频率分析双馈变速恒频风力发电系统如图一，由交流异步发电机的基本原理可得：f 1=np 60±f 2 (1) (1)式中f 1为定子电流频率，n 为转子转速，p 为电机的极对数，f 2为转子励磁电流的频率。
当发电机的转速n 小于定子旋转磁场的同步转速 n 1时，处于亚同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子机械旋转方向相同，式中f 2取正号，此时变频器向发电机转子提供交流励磁，定子发出电能给电网。
当n 大于n 1时，处于超同步运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子机械旋转方向相反，式中f 2取负号，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，变频器的能量逆向流动。
当n 等于n 1时，处于同步运行状态，此时发电机作为同步电机运行，f 2=0，变频器向转子提供直流励磁。
（三）能量流动分析对发电机来说，从转子输入的机械能，克服气隙磁场中导体所受的电磁力而做功，使导体不断地感应电势，从而源源不断地发出电能，实现机械能到电能的转换。
机电能量转换过程应该满足能量守恒定律，则得出定子侧的电磁功率方程为：P m =P cu 1+P 1 (2)（1）式中P m 为电磁功率，P cu 1为定子绕组的铜耗，P 1为定子输出的电功率。
同理，经气隙传递的电磁功率从转子侧可以表示为：P2=P cu2+P e2(3)（2）式中P2为转子侧输入(或输出)的电功率，P cu2为转子绕组的铜耗，Pε2为转子绕组转换或传递的电功率。
风电机组的输出特性
系统结构
变流器
• 工作原理
其表达式为
系统结构
Crowbar 保护电路
系统结构
撬杠保护
• 基本原理
当检测到转子绕组电流超过所整定阈值时， Crowbar保护动作，将短接转子绕组，切除转子侧 变流器，达到保护转子变流器的目的。此时双馈 感应发电机将从双馈调速运行状态过渡到笼型异 步电机不可控运行状态。
性能分析
性能分析
• 1、优势
（1）易于控制转矩和速度； （2）能工作在变速恒频状态； （3）电机可以超同步和超容量运行； （4）驱动变流器的总额定功率可以降低到电机容量 的1/4； （5）发电机本身不需要另外附加无功补偿设备，可 实现功率因数在一定范围内的调节。
性能分析
性能分析
• 2、劣势
（1）低风速下，存在运行转速的下限； （2）亚同步状态时，转子励磁需要从电网吸收少量能量； （3）国内虽有一些风电场选用双馈异步风力发电机，但大 多来源于国外，价格较贵。
目录
风力机运行特性 系统结构 功率传输特性 运行操作 性能分析
运行操作
并网运行
• 1、特点
（1）风力机启动通过增速箱带动发电机转速接近同步转速 时，通过变流器的调节使得发电机满足并网条件。 （2）风力发电机的转速可随风负载的变化及时作出相应的 调整，使风力发电机组以最佳叶尖速比运行。 （3）风力发电机通过调节励磁电流的幅值及相位实现无功 功率与有功功率的输出；通过调节励磁电流的频率实现变速 恒频运行。
运行操作
并网运行
运行操作
并网运行
• 2、操作
（1）发电机的并网操作
• 并网条件：
定子电压和电网电压的幅值、频率和相位均一致
• 并网操作的实质：
几种类型的风力发电机组特点总结
风力发电机组按运行方式可以分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）风力发电机组和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF）风力发电机组两大类。
当风力发电机组与电网并联时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，这便是恒频的含义。
下面分别介绍恒速恒频和变速恒频风力发电机组。
1 恒速恒频风力发电机组恒速恒频风力发电系统的基本结构如下图所示：图1 恒速鼠笼异步风力发电系统可以看出，这里采用的是异步电动机，也正是基于此，恒速恒频风力发电系统也称作异步风力发电系统。
异步发电机尽管带一定滑差运行，但在实际运行中滑差s是很小的，不仅输出频率变化较小，而且叶片转速变化范围也很小，看上去似乎是在“恒速”，故称之为恒速恒频。
就风力机的调节方式而言，恒速恒频风力发电系统又分为定桨距失速调节型和变桨距调节型两种。
1.1 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毅之间是固定连接，即当风速变化时，桨叶的迎风角不能随之变化。
失速调节是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高十额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
定桨距失速调节型风力发电机组的优点是失速调节简单，运行可靠性高，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。
其缺点是机组的整体效率较低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏。
目前这种机组在欧美国家已经停产，但是在中国还有一定需求。
1.2 变桨距型风力发电机组变桨距是指风机的控制系统可以根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变其桨距角的大小以调整输出电功率，以便更有效地利用风能。
其工作特性为：在额定风速以下时，桨距角保持零度附近，可认为等同十定桨距风力发电机，发电机的输出功率随风速的变化而变化；当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨距角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究变速恒频风力发电是一种高效利用风能的发电方式。
它通过调节风机的转速，使之始终保持在一个恒定的频率，实现对风能的最大利用。
变速恒频风力发电的关键技术主要有以下几个方面。
首先是变速系统的设计与控制。
变速系统是保证风机转速恒定的核心部件，它通常采用变频器控制变速器的输出转速。
变速系统需要根据风机的转速和负载的变化情况动态调整转速，以实现最佳发电效果。
变频器还需要具备保护功能，能够及时识别故障并采取相应措施，以提高系统的稳定性和可靠性。
其次是电力系统的设计与控制。
风力发电机组产生的电能需要通过电力系统转换为可供电网使用的交流电。
在变速恒频风力发电中，电力系统需要具备可靠性高、效率高的特点，能够稳定地将风机发出的电能输送到电网中。
电力系统还需要具备调度能力，能够根据电网负荷的变化情况调整输出功率，以实现对电网的无功补偿和动态响应。
另外一个关键技术是风机叶片的设计与制造。
风机叶片是将风能转化为机械能的部件，其设计与制造质量直接影响到发电系统的效率和可靠性。
风机叶片需要具备高效性和强度，能够在各种恶劣的气候条件下工作。
目前，一些新型材料和制造工艺被应用于风机叶片的制造中，以提高其性能和使用寿命。
还需要考虑变速恒频风力发电系统的运维与管理。
风力发电机组的运维与管理是保证系统正常运行的重要环节。
运维人员需要对发电机组进行定期巡检、维修和保养，以确保设备的可靠性和安全性。
需要建立完善的数据监测与分析体系，及时掌握系统的运行情况，并采取相应措施进行调整和优化。
变速恒频风力发电的关键技术包括变速系统的设计与控制、电力系统的设计与控制、风机叶片的设计与制造以及系统的运维与管理。
这些技术的研究和应用能够提高风力发电系统的效率和可靠性，推动可再生能源的发展。
变速恒频风力发电技术综述
变速恒频风力发电技术综述摘要：随着世界经济的深入发展和国际工业化进程的加快，世界各国对能源的需求日益增加，能源消耗速度不断增长，煤炭、石油等常规能源逐渐枯竭。
为了缓解能源危机，人类越来越重视可再生能源的利用，而风能作为一种取之不尽、用之不竭、清洁无污染、具有大规模开发利用前景的能源，是可再生能源中最廉价、最具潜力的“绿色能源”。
风力发电是利用风能的一种有效形式，它通过风力发电机的旋转将风能转化为可以方便利用的电能。
利用风能发电由于其“环保节能”的特点，已经引起了许多国家的关注。
关键词：风力发电；风力机；变速恒频；发展趋势；风力发电正在以前所未有的速度发展,变速恒频风力发电是一门新技术。
介绍了风力发电机的组成和分类。
通过和恒速恒频风力发电机进行比较,分析了变速恒频风力发电技术的优点。
展望了风力发电的前景。
一、变速恒频风力发电技术的优点风力发电机主要由风力机、发电机和其他辅助部件组成。
大中型风力发电机组大多采用异步发电机,因为它制造简单,并网容易,励磁功率可直接从电网中获得。
风力机组主要有两种类型:定桨距失速型风力机和变桨距风力机。
定桨距失速型风力机利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能,功率调节由风轮叶片来完成,对发电机的控制要求比较简单。
这种风力机的叶片结构复杂,成型工艺难度较大。
而变桨距风力机则是通过风轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率。
由于采用的是异步发电机,无论是定桨距还是变桨距风力发电机,并网后发电机磁场旋转速度由电网频率所固定,异步发电机转子的转速变化范围很小,转差率一般为3%～5%,故属于恒速恒频风力发电机。
恒速恒频风力发电机的主要缺点有以下几点:一是风力机转速不能随风速而变,从而降低了对风能的利用率;二是当风速突变时,巨大的风能变化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;三是并网时可能产生较大的冲击电流。
变速恒频风力发电技术是目前国内外风力发电技术的最优化方案,这是20世纪70年代发展起来的一种新型发电方式,它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中,获得了一种全新的、高品质的电能获取方式。
变速恒频双馈风力发电机主要优点和基本原理
变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究变速恒频发电技术变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。
这一调速系统和变桨距调节技术环节结合起来，就构成了变速恒频风力发电系统。
其调节方法是：起动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后在额定风速以下，调节发电机的转矩使转速跟随风速变化，保持最正确叶尖速比以获得最大风能；在额定风速以上，采用失速与桨距双重调节、减少桨距调节的频繁动作，限制风力机获取的能量，保证发电机功率输出的稳定性和良好的动态特性，提高传动系统的柔性。
上述方式目前被公认为最优化的调节方式，也是未来风电技术开展的主要方向。
其主要优点是可大范围调节转速，使风能利用系数保持在最正确值；能吸收和存储阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转矩脉动，延长机组寿命，减小噪声；还可控制有功功率和无功功率，改善电能质量。
尽管变速系统与恒速系统相比，风电转换装置中的电力电子局部比较复杂和昂贵，但本钱在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力开展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势。
目前，采用变速恒频技术的风力发电机组，由于采用不同类型的发电机，并辅之相关的电力电子变流装置，配合发电机进行功率控制，就构成了形式多样的变速恒频风力发电系统。
主要有以下几类：鼠笼型异步发电机变速恒频风力发电系统、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统、同步发电机变速恒频风力发电系统、双馈发电机变速恒频风力发电系统。
其中，由双馈发电机构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，采用双馈发电方式，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，变机电系统之间的刚性连接为柔性连接。
基于诸多优点，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热点和必然的开展趋势。
变速恒频双馈风力发电机根本原理双馈电机的结构类似于绕线式异步电机，旋转电机的定子和转子均安放对称三相绕组，其定子与普通交流电机定子相似，定子绕组由具有固定频率的对称三相电源鼓励。
变速恒频风力发电系统运行与控制研究
变速恒频风力发电系统运行与控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
变速恒频风力发电系统作为风力发电的一种重要形式，其运行与控制策略的研究对于提高风力发电的效率和稳定性具有重要意义。
本文旨在深入研究变速恒频风力发电系统的运行与控制技术，探讨其在实际应用中的性能表现和优化策略。
文章首先介绍了变速恒频风力发电系统的基本原理和组成结构，包括风力发电机组、变速恒频控制器、并网逆变器等关键部分。
然后，文章重点分析了变速恒频风力发电系统的运行特性，包括风速变化对系统运行的影响、最大功率跟踪策略的实现等。
在控制策略方面，文章详细探讨了变速恒频风力发电系统的控制技术，包括变速恒频控制、最大功率跟踪控制、并网控制等。
文章还分析了现有控制策略的优缺点，并在此基础上提出了一种优化的控制策略，以提高系统的运行效率和稳定性。
文章通过仿真实验和现场测试验证了所提控制策略的有效性和可行性，为变速恒频风力发电系统的实际应用提供了理论支持和技术指导。
本文的研究对于推动风力发电技术的发展，提高风力发电系统的运行效率和稳定性具有重要意义。
二、变速恒频风力发电系统基本原理变速恒频风力发电系统（Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation System, VSCF-WPGS）是一种新型的风力发电技术，其核心在于通过变速运行的风力发电机组，实现电网频率的恒定输出。
这一系统相较于传统的恒速恒频风力发电系统，具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。
VSCF-WPGS的基本原理主要基于风力机、发电机以及控制系统的相互作用。
风力机通过风轮捕获风能，并将其转换为机械能。
由于风速的自然变化，风轮的转速也会相应变化，这就是所谓的“变速”特性。
接着，这种变化的机械能传递给发电机，通过电磁转换过程，将机械能进一步转换为电能。
浅谈变速恒频风力发电系统的运行和控制
浅谈变速恒频风力发电系统的运行和控制风力发电作为清洁能源发电，具有很大的发展潜力，能够在未来的电力行业中占据一席之地。
但是风力发电并入电网存在一定的技术难点，需要通过变速恒频实现风电系统和电网的高效互联，进一步提升风电系统的发展空间和能力。
一、风力发电系统变速恒频运行的技术基础探析风力发电系统在变速恒频运行模式下，随着外界风速的变化，风力机的转速也会随之对应出现变化，需要通过一定的控制手段，实现电能传输恒定，就是变速恒频的实质所在。
风力机功率的影响因素主要包括了三个，即叶尖转速比、桨叶节距角和风速。
根据相关资料可知，风力机功率的计算式为：；；；上述三个计算式中：为空气密度；R为风力机的风轮半径；为风轮的角速度；为风能利用系数。
可以看出，桨叶节距角以及叶尖转速比都可对风能利用系数产生较大的影响。
在桨叶节距角处于一个固定值时，就只有叶尖转速比对风能利用系数产生影响了。
对于风力机来说，其具有一个风能利用系数上限，也就是最大利用值，该值下对应的叶尖转速比是最佳值。
在变速恒频技术中，风力机在不同风速下具有不同的运转速度，可以有效切换运转速度追求风能最大转换。
风电系统变速恒频的运行方式非常适用，具有下面几个优点。
第一，变速恒频运行可以有效减少风力机受到阵风冲击的机械应力影响，可以在风速升高时把阵风余量转化为风力机的转动惯量；当外界风速出现下降的时候，又可以把转动惯量重新释放，通过一定的控制手段使其转为电能。
第二，电网和风电机组可以在变速恒频运行模式下进行柔性连接，有效削弱电网和风电系统之间存在的差异，切实降低并网后冲击电流引发的问题，保障电网运行安全。
除此之外，变速恒频的实现比较容易，是进行风电并网的不二选择。
第三，风力机在低风速条件下会产生噪音，但是变速恒频技术可以有效缓解这一问题。
在低风速情况下，风力机可以把存储的动能释放保证风力机的稳定运行，这就避免了风速较低情况下恒速运行产生的噪音。
总之，变速恒频运行已经得到国内外风电行业的一致认可，并且开始使用变速恒频取代恒速恒频，在提高发电效率和捕获风能等方面进行着深入研究。
变速风力发电机组.pdf
第六章!变速风力发电机组变速风力发电机组于"#世纪的最后几年加入到大型风力发电机组主流机型的行列中。
与恒速风力发电机组相比，变速风力发电机组的优越性在于：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，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳（其功率曲线如图$%&所示）。
因而在更大容量上，变速风力发电机组有可能取代恒速风力发电机组而成为风力发电的主力机型。
图$%&!变速力发电机组的功率曲线变速风力发电机组的控制主要通过两个阶段来实现。
在额定风速以下时，主要是调节发电机反力矩使转速跟随风速变化，以获得最佳叶尖速比因此可作为跟踪问题来处理。
在高于额定风速时，主要通过变桨距系统改、变桨叶节距来限制风力机获取能量，使风力发电机组保持在额定值下发电，并使系统失速负荷最小化。
可以将风力发电机组作为一个连续的随机的非线性多变量系统来考虑。
采用带输出反馈的线性二次最佳控制技术，根据已知系统的有效模型，设计出满足变速风力发电机组运行要求的控制器。
一台变速风力发电机组通常需要两个控制器，一个通过电力电子装置控制发电机的反力矩，另一个通过伺服系统控制桨叶节距。
由于风力机可获取的能量随风速的三次方增加，因此在输入量大幅度地、快速地变化时，要求控制增益也随之改变，通常用工业标准’()型控制系统作为风力发电机组的控制器。
在变速风力发电机组的研究中，也有采用适应性控制技术的方案，比较成功的是带非线性卡尔曼滤波器的状态空间模型参考适应性控制器的应用。
由于适应性控制·$·*#算法需要在每一步比简单!"控制器多得多的计算工作量，因此用户需要增加额外的设备及开发费用，其实用性仍在进一步探讨中。
近年来，由于模糊逻辑控制技术在工业控制领域的巨大成功，基于模糊逻辑控制的智能控制技术也引入变速风力发电机组控制系统的研究并取得了成效。
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究1、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增加，风力发电作为一种清洁可再生的能源形式正受到越来越多的关注。
变速恒频风力发电技术作为风力发电领域的一项重要技术，具有显著的优势和应用前景。
本文旨在对变速恒频风力发电的关键技术进行深入研究，为推动风力发电技术的可持续发展和优化提供理论支撑和实践指导。
本文将首先介绍变速恒频风力发电技术的基本原理，包括其概念、特点以及在风力发电中的应用。
随后，本文将重点分析变速恒频风力发电系统中的关键技术，如风力涡轮机控制策略、最大功率跟踪控制、能量转换和并网技术等。
通过对这些关键技术的深入研究，本文旨在揭示变速恒频风电发电技术的核心机理，并探索其在实际应用中的优化策略。
本文还将对变速恒频风力发电技术的发展趋势进行展望，分析该技术目前面临的挑战和未来的发展方向。
本文将对研究成果进行总结，并对变速恒频风力发电技术提出进一步的研究和改进建议，为风力发电领域的技术创新和应用推广提供参考。
2、变速恒频风力发电技术的理论基础变速恒频风力发电技术是一种先进的风力发电技术，其核心在于在风速变化的情况下调整风力涡轮机的速度以保持恒定的输出频率。
该技术的理论基础主要涉及风机特性、发电机控制理论和电力电子技术。
风力发电机的特性是变速恒频风力发电技术的重要基础。
风力涡轮机在不同风速下的功率输出特性是非线性的，受到空气密度、叶片角度、叶片形状等多种因素的影响。
为了充分利用风能，实现变速恒频发电，有必要对风力涡轮机的特性进行深入的研究和优化。
这包括通过控制叶片角度来调节风力涡轮机的速度和功率输出，以及通过优化叶片形状来提高风能转换效率。
发电机控制理论是变速恒频风力发电技术的核心。
发电机是风力发电系统中的关键设备，其控制策略直接影响系统的性能。
在变速恒频风力发电技术中，发电机需要能够根据风速的变化调整转速，以保持输出电能的频率不变。
这需要通过先进的控制算法来实现，如最大风能跟踪控制、功率控制等。
浅谈变速恒频双馈风力发电技术 徐威
浅谈变速恒频双馈风力发电技术徐威摘要：文章重点分析了变速恒频风力发电技术的特点、系统结构、发电系统，为风力风电技术的提高奠定基础。
关键词：变速恒频；风力发电；技术1变速恒频双馈风力发电系统概述小型独立风力发电系统主要是由数字逆变器、充电器和风力发电机构成。
其发电系统一般不使用并网发电，而是独立使用，它的装机容量在100瓦到5千瓦左右，不会超过10千瓦。
风力发电机主要由转体、尾翼、机头和叶片构成，其中叶片将接受的风力利用机头转化为电能；尾翼能使叶片一直对着来风方向进而获得最大风能；转体可以使机头灵活转动，达到调整尾翼方向的作用；机头转子利用永磁体，通过定子绕组切割磁力线，从而产生电能。
受到风力不稳的影响，使小型风力发电机输出的交流电在13V到25v之间变化，因此需要通过充电器进行整流，再对蓄电瓶充电，将风力发电机产生的电能转化为化学能，之后再使用具有保护电力功能的逆变电源，将化学能变为交流220v市电，确保电能使用的稳定性。
市场上大型风力发电机组多数是水平轴风力发电机，主要有塔架、控制系统、偏航装置、发电机、增速齿轮箱、风轮等多个部分组成。
风轮主要由具有良好气动性能的叶片装置在轮毂上组成，转动速度较慢的风轮利用增速齿轮箱加快速度，将动力传输给发电机，实现风能与机械能的转化。
大型风力发电机组的构成部件安装在平面机舱上，由塔架将机舱举起，由于风向变化的随机性，为了实现风能的高效利用，需要安装迎风设备。
迎风设备是通过风向传感器获取风向信号，并凭借控制器对偏航电机进行控制，从而驱动塔架上与大齿轮相咬合的小齿轮转动，使机舱总是朝向来风方向。
它的工作原理是：当风通过叶片时，通过空气动力带动叶轮转动，叶轮通过主轴与齿轮箱连接，在齿轮箱加速之后带动发电机发电。
2变速恒频双馈风力发电机的结构特点由交流励磁构成的双馈式发电机所具有的结构特点：变速恒频双馈发电机的定子同普通三相交流发电机的定子同样使用分布式交流绕组；双馈发电机转子不采用与发电机同步的直流集中绕组，采用的是三相分布对称式的交流绕组，它与三相绕线型感应电机的转子机构类似，只是在转子绕组上增加了电刷与滑环，使电子侧实现电能的输入与输出。
交流励磁变速恒频风电系统运行研究
三、交流励磁变速恒频风电系统 特点
1、高发电效率：交流励磁变速恒频风电系统通过控制励磁电流的幅值和相 位，提高了发电机的气动性能，使发电机在较大的风速范围内保持较高的发电效 率。
2、宽运行范围：交流励磁变速恒频风电系统具有较宽的运行范围，可以在 不同的风速下进行发电。这使得该系统能够更好地适应风速的不稳定性，提高系 统的发电可靠性。
5、环保节能：作为一种清洁可再生能源，风力发电减少了对化石燃料的依 赖，降低了环境污染。同时，交流励磁变速恒频风电系统的高效运行也进一步降 低了能源消耗，有助于实现节能减排的目标。
四、交流励磁变速恒频风电系统 关键技术问题
1、最大风能捕获：在保持较高发电效率的同时，如何实现最大风能捕获是 交流励磁变速恒频风电系统运行的关键问题之一。这需要通过优化控制系统和电 力电子变换器设计，实现风能的高效转化和利用。
5、绿色能源管理：结合智能电网技术，研究如何实现绿色能源的高效管理 和优化配置，提高新能源在能源结构中的比例。
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一、交流励磁变速恒频风力发电 系统概述
交流励磁变速恒频风力发电系统是一种先进的双馈型风力发电系统。这种系 统可以通过调节交流励磁电流的频率和幅值来改变转子交流励磁的转速，从而实 现对风能的恒频转化。其核心部分包括风力机、齿轮箱、双馈发电机、变流器等。
二、交流励磁变速恒频风力发电 系统运行原理
1、风能捕捉：风能通过风力机转化为机械能，再通过齿轮箱将机械能传递 到双馈发电机。
2、电网稳定性：随着风电在电网中占比的增加，电网稳定性问题日益突出。 交流励磁变速恒频风电系统需要具备优秀的控制性能，以适应电网负荷的变化， 提高系统的抗干扰能力和稳定性。
3、保护与控制策略：为了确保系统的安全稳定运行，需要制定有效的保护 与控制策略。这包括对电力电子变换器、发电机等关键设备的保护与控制，以及 对整个系统运行状态的监控与预警等。
风力发电机组发电性能分析与优化
风力发电机组发电性能分析与优化摘要：作为一种新能源，风力发电正在不断的改善环境，其在全球经济和社会发展中的作用是不可估量的。
我国的风力发电已经取得了一些成就，但仍然面临着许多挑战，所以针对发电能力相对较低的机组，急需找到优化其发电能力的方法，本文通过对风力发电机组发电能力的分析，从硬件和软件两个方面排查影响风机发电能力的原因，研究提升风力发电机发电能力的方法。
关键词：风力发电机组；发电性能；优化1风力发电系统组成第一种常见的风力发电机是恒速恒频感应风力发电机，由这种风力发电机构成的风力发电机系统结构，按照从前端到后端的顺序，分别为风轮为主的风力机、齿轮箱、异步发电机、三相并联电容器。
采用定桨距失速调节时，风力发电机输出电压的频率为恒定频率，感应风力发电机会向电网同时吸收有功功率和无功功率。
为解决这一问题，通常采用机组电容器相并联的方法，使整个电网的功率得到改善。
风能的不确定性会导致恒速恒频发电系统的风能利用不足。
第二种双馈异步风力发电机组的结构形式。
绕线式三相异步发电机中的双馈异步发电机，属于目前变速恒频风力发电机的主流机型之一。
定子绕组直接连接到交流电网中，转子绕组机构与变频器直接相连，变频器控制电动机。
双馈异步风力发电机采用双向变流器控制转度，结构较为完整，可实现连续变速运行，风能转换速度高，电能质量好；可以改善对风轮机叶片的机械应力：双馈电机直接连接到电网。
电力电子换流器控制发电机的转子电流和电磁转矩，并且当风速发生变化时，风轮主轴转子转速也随之发生改变，最大可能地捕捉和利用风能，从而提高了能源利用率。
第三种直驱式同步风力发电机组。
同步电动机励磁机组可以使用直流或永磁励磁。
由于转子磁极对的数量众多，电动机的外形尺寸又大又笨重，操作和起吊不方便，价格高昂。
在直流励磁模式的同步电机中，励磁电流决定转子速度，从而控制电磁转矩以捕获最大的风能。
直流励磁的同步电动机，能够降低励磁损耗；永磁同步电动机会产生消磁现象。
变速恒频风力发电技术研究
变速恒频风力发电技术研究一、原理变速恒频风力发电技术的原理是通过变速器控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。
风力发电机通常通过3个旋转叶片捕捉风能并驱动转子转动，转子通过轴传递转动力矩给发电机。
而传统的恒速风力发电技术将直接连接发电机输出电能，无法调整转速，因此输出的电能频率随着风速的变化而发生波动。
而变速恒频风力发电技术采用变速器来控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。
二、特点1.提高风力发电机的适应性：变速恒频风力发电技术能够根据风速变化实时调整转速，使风机始终处于最佳工况状态。
同时，它还能在风速较低时提高风机的启动速度，从而提高了风力发电机的适应性和发电效率。
2.减少系统损失：传统的恒速风力发电系统中，由于输出功率直接与风速相关，系统频繁地调整发电机的输出功率，从而造成能量的损失。
而变速恒频技术能够通过调整发电机转速来保持恒定的输出频率，减少了能量损失，提高了发电效率。
3.稳定性高：由于能够通过变速器来调整风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定，因此变速恒频风力发电技术具有较高的稳定性。
4.网络适应性强：变速恒频风力发电技术输出的电能频率可与电网频率保持一致，与传统的恒速风力发电系统接入电网更为方便。
三、发展前景1.发电效率提高：变速恒频风力发电技术使风机能够随着风速变化实时调整转速，从而提高了风力发电机的发电效率。
2.节约成本：由于变速恒频技术能够实时调整转速，减少了能量损失，降低了风力发电系统的运行成本。
3.智能化发展：随着科技进步，变速恒频风力发电技术可以与智能化系统相结合，通过数据分析、预测等手段实现对风力发电系统的智能管理，提高系统的可靠性和经济性。
综上所述，变速恒频风力发电技术具有提高发电效率、降低能量损失、稳定性高等特点，在未来的发展中将会得到更广泛的应用和研究。
不仅能提高风力发电系统的使用效率，还能促进风能利用的可持续发展，从而更好地满足人类能源需求，减少对传统化石能源的依赖。
变速恒频风力发电技术优势及应用探索
变速恒频风力发电技术优势及应用探索摘要：变速恒频风力发电技术是比较重要的风力发电技术之一。
本文通过分析风力发电技术的基本现状，深入探讨变速恒频风力发电技术的重要性及其优势，并对变速恒频风力发电关键技术原理与实际应用进行分析研究。
关键词：变速恒频；风力发电技术；优势1.风力发电及变速恒频风力发电技术1.1风力发电概述风力发电体现了人类对自然资源的充分利用。
风力发电的主体技术是通过对风压的利用，带动风机叶片不断旋转，以风机旋转的机械带动相应的发电机组，最终将风能化为电能。
虽然各国对风能源都有不同程度的开发，但无论是在国外还是在国内，在风能源的利用上均处于初级阶段。
从某种角度而言，较强的自然风对人们的日常生活有积极与消极两方面影响。
积极影响体现为，其能够转化成电能，为人们的生产与生活提供助力。
消极影响体现为，可能会对生态环境造成破坏。
因此，使用技术合理开发风能，并不断提升风能利用效率，不仅填补能源缺口，也能从侧面降低强风对生产与生活造成的危害[1]。
1.2变速恒频风力发电技术变速恒频是常见的风力发电系统之一，该系统中发电机转速与风速变化有密切的关系，二者呈正相关。
在此基础上，采用一定的控制手段就可以实现恒定的频率。
在风速发生变化的情况下，风力机实现变速运行，将会充分提高对风能的利用效率。
目前，变速恒频风力发电技术已经被广泛应用于清洁能源领域中。
根据对变速恒频风力发电技术的分析，总结该技术较常应用的变速恒频控制方案，体现为以下几种类型：第一种类型为笼型异步发电机系统。
该系统中的发电机，以笼型转子为主，通过定子电路实现对变速恒频的控制[2]。
虽然此系统具备变速恒频的优势，但因变频器位于定子侧面，所以变频器容量需要等同于发电机容量，会增加系统的研发成本。
第二种类型为永磁发电机系统。
该系统与第一种类型相类似，但采用的发电机不同。
由永磁式结构转子代替笼型转子，以变频器的方式，将永磁发电机交流电转变为电网同频交流电。
变速恒频双馈风力发电机组控制技术
定义与特点
变速恒频双馈风力发电机组是一 种通过调节发电机转速来实现恒 频输出的风力发电系统，具有风 能利用率高、运行范围广等优点
。
工作原理
风力机将风能转化为机械能，通 过变速装置驱动双馈发电机运行 ，发电机输出的电能经过电力电
子装置调节后并入电网。
技术优势
变速恒频双馈风力发电机组具有 较宽的运行范围，能够适应不同 风速条件下的高效发电，提高风
06
结论与展望
研究结论与创新点总结
结论一
控制策略优化提升效率。通过对变速恒频双馈风力发电机 组的控制策略进行优化，可以显著提高机组的运行效率， 并降低能耗。
结论二
多变量控制实现稳定运行。引入多变量控制技术，有效应 对风力发电过程中的不确定性，提高机组的稳定性。
创新点
自适应控制算法。研发自适应控制算法，使机组能够根据 不同环境条件自动调整运行参数，提升发电效率。
控制参数调整：根据最大功率点的位 置，动态调整发电机的转速、励磁电 流等参数，以实现最大功率捕获。
功率曲线拟合：根据历史数据拟合风 速-功率曲线，确定当前风速下的最 大功率点。
这些控制策略在变速恒频双馈风力发 电机组中具有重要作用，能够提高风 力发电效率、保障电力系统稳定运行 ，并降低对环境的影响。
前景分析
随着全球对可再生能源需求的增长，变速恒频双馈风力发电机组控制技术将迎来更广阔的 发展空间。同时，政策的支持和市场的驱动将为该技术的发展提供有力保障。
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变速恒频双馈风 力发电机组控制 技术
汇报人：
2023-11-22
目录
• 引言 • 双馈风力发电机组的数学模型与
控制策略 • 变速恒频双馈风力发电机组的控
变速恒频风力发电机组输出特性分析
Journal
of
华北电力大学学报 Nort h China Electric Power
U niversity
Vol135 ,
J ul1 ,
No14 2008
变速恒频风力发电机组输出特性分析
胡冬良 , 赵成勇
(华北电力大学 电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室 , 河北 保定 071003) 摘要 : 以变速恒频风力发电系统为研究对象 , 依据发电机数学模型和交流电机矢量变换控制原理 , 设计了交 流励磁变速恒频 (VSCF) 发电机定子磁链定向的矢量变换控制系统 , 对转子侧变换器建立了外环定功率控制 内环定电流控制的双闭环控制结构 , 实现双馈发电机定子有功 P 和无功 Q 的解耦控制 , 从而获得最大风能捕 获的高效发电运行 。并在 PSCAD/ EM TDC 仿真环境下建立了变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型 。以 渐变风和阵风为例 , 对由 5 台单机容量为 2 MVA 双馈感应电机 (DFIG) 组成的风电场并网前后的运行特性 进行仿真研究 , 通过仿真分析 , 揭示了风电场并网运行的动态特性 , 并验证了数学模型和控制策略的正确性 和有效性 。 关键词 : 变速恒频发电机组 ; 双馈感应电机 ; 矢量变换控制 ; 最大风能捕捉 中图分类号 : TM614 ; TP391 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 - 2691 (2008) 04 - 0001 - 06
Abstract : The system of variable speed constant frequency (VSCF) wind power generation is taken as study object in t his paper. According to t he generator mat hematical models and t he control principle of vector2oriented , t he control system of AC excitation VSCF generator is designed based on stator flux orientation. The rotor converter adopts double locked loops control structure. Namely , t he external2loop is controlled by constant power and t he inner2loop is con2 trolled by constant current , which implement t he decoupling control of active power P and reactive power Q to t he stator. Consequently , t he maximal energy capture is obtained to operate wit h high2active power generation. Moreover , a whole dynamic model of double fed induction generator (DFIG) is presented using PSCAD/ EM TDC. Then t he ramp change of wind speed and gust are taken for example. The operation characteristic of wind farm interconnected net2 work , which is composed by five DFIG wit h 2 MVA capacity , is simulated. The interconnecting dynamic performance of wind farm is validated by simulation experiment . The results also show t he mat hematic model and control strategy is exact and effective. Key words : variable speed constant frequency ( VSCF) ; double fed induction generator (DFIG) ; vector transform control ; maximal energy capture
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交流励磁变速恒频发电是在异步发电机转子 中施加三相低频交流电流实现励磁 , 通过调节励 磁电流的幅值 、相位 、相序 , 实现发电机输出功 率恒频恒压 。
DF I G 在结构上类似绕线式异步电机 , 定子 与一般的交流电机一样 , 布有三相分布式绕组 , 转子与一般的发电机不同 , 它也布有三相分布式 绕组 。定子绕组直接接入电网 , 转子和电网之间 通过变频器连接 , 因为在变换器中能量可以双向 地流动 , 所以称为双馈电机 , 如图 1 所示 。
第 4 期 胡冬良 ,等 :变速恒频风力发电机组输出特性分析
3
应出对应同步转速 n1 的工频电压 , 其关系表达 式为
n1 = n ±n2
f2
=
pn2 60
=
s·f 1
=
s
·p n 1 60
(1)Leabharlann 式中 : s 为转差率 ; p 为极对数 ; f 1 为工频频率 。
转子侧三相电流的相序取决于 ( n1 - n) 的
Abstract : The system of variable speed constant frequency (VSCF) wind power generation is taken as study object in t his paper. According to t he generator mat hematical models and t he control principle of vector2oriented , t he control system of AC excitation VSCF generator is designed based on stator flux orientation. The rotor converter adopts double locked loops control structure. Namely , t he external2loop is controlled by constant power and t he inner2loop is con2 trolled by constant current , which implement t he decoupling control of active power P and reactive power Q to t he stator. Consequently , t he maximal energy capture is obtained to operate wit h high2active power generation. Moreover , a whole dynamic model of double fed induction generator (DFIG) is presented using PSCAD/ EM TDC. Then t he ramp change of wind speed and gust are taken for example. The operation characteristic of wind farm interconnected net2 work , which is composed by five DFIG wit h 2 MVA capacity , is simulated. The interconnecting dynamic performance of wind farm is validated by simulation experiment . The results also show t he mat hematic model and control strategy is exact and effective. Key words : variable speed constant frequency ( VSCF) ; double fed induction generator (DFIG) ; vector transform control ; maximal energy capture
本文对 DF I G 采用交流励磁控制 , 突破了机 电系统必须严格同步的传统观念 , 使原动机转速 不受发电机输出频率的限制 , 而发电机输出电压 (或电流) 的频率 、幅值和相位也不受转子速度 和瞬时位置的影响 , 实现了机电系统之间的柔性 连接 , 从而提高了发电机的稳定性和电网运行的 可靠性 。按照捕获最大风能的要求 , 在风速变化 的情况下实时地调节风力机转速 , 使之运行在最 佳转 速 上 , 从 而 提 高 发 电 机 组 发 电 效 率 。在 PSCAD/ EM TDC 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 DF I G 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的正确 性和有效性 , 揭示了风电场并网运行的动态特 性。
The output characteristic analysis of variable2speed constant2frequency wind generating set
HU Dong2liang , ZHAO Cheng2yong
( Key Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education , Nort h China Electric Power University , Baoding 071003 , China)
第 35 卷第 4 期 2008 年 7 月
Journal
of
华北电力大学学报 Nort h China Electric Power
U niversity
Vol135 ,
J ul1 ,
No14 2008
变速恒频风力发电机组输出特性分析
胡冬良 , 赵成勇
(华北电力大学 电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室 , 河北 保定 071003) 摘要 : 以变速恒频风力发电系统为研究对象 , 依据发电机数学模型和交流电机矢量变换控制原理 , 设计了交 流励磁变速恒频 (VSCF) 发电机定子磁链定向的矢量变换控制系统 , 对转子侧变换器建立了外环定功率控制 内环定电流控制的双闭环控制结构 , 实现双馈发电机定子有功 P 和无功 Q 的解耦控制 , 从而获得最大风能捕 获的高效发电运行 。并在 PSCAD/ EM TDC 仿真环境下建立了变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型 。以 渐变风和阵风为例 , 对由 5 台单机容量为 2 MVA 双馈感应电机 (DFIG) 组成的风电场并网前后的运行特性 进行仿真研究 , 通过仿真分析 , 揭示了风电场并网运行的动态特性 , 并验证了数学模型和控制策略的正确性 和有效性 。 关键词 : 变速恒频发电机组 ; 双馈感应电机 ; 矢量变换控制 ; 最大风能捕捉 中图分类号 : TM614 ; TP391 文献标识码 : A 文章编号 : 1007 - 2691 (2008) 04 - 0001 - 06
符号 , 当 n1 > n 时 , s > 0 , 发电机处于亚同步运
行状态 , 此时转子旋转磁场相对于转子的旋转方
向与转子机械旋转方向相同 , 定子向电网馈送能
量 , 电网向转子馈入能量 ; 当 n1 < n 时 , s < 0 , 发电机处于超同步运行状态 , 此时转子旋转磁场
相对于 转 子 的 旋 转 方 向 与 转 子 机 械 旋 转 方 向 相
Pgen : 发电机发出功率 Spgen : 经变频器流动的转差功率
图 1 系统结构图 Fig11 Structure frame of t he system
设转子的转速为 n , 转子绕组通过变频器提 供的励磁电流在转子绕组上产生的旋转磁场相对 于转子的转速为 n2 。当风速变化引起转速 n 变 化时 , 应利用变频器调节转子的励磁电流频率 f 2 以改变转子磁场的旋转速度 n2 , 使得在定子上感
2
华 北 电 力 大 学 学 报 2008 年
量 , 提高传动系统的柔性 , 使功率输出更加平 稳。
变速恒频发电机目前主要采用双馈感应电机 (Double Fed Induction Generator , DF I G) , 它由绕 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 。目前用于双馈感应发电机交流励磁的 装置中 , 交 - 交变频器中晶闸管采用自然换流方 式 , 变频器始终吸收无功功率 , 输入侧功率因数 很低 , 输出电压中含有大量谐波 , 对电网和发电 机造成了严重的谐波污染 , 在风力发电领域的应 用受到一定的限制[2～3 ] 。矩阵式变换器可使输出 电压和输入电流均为正弦波 , 输出频率不受电网 频率的限制 , 能量可双向流动 , 可实现四象限运 行 , 不需要通过直流环节而直接实现变频 , 效率 较高 , 且省去了直流侧大电容 , 容易实现集成化 和功率模块化[4 ] 。但控制方法较复杂 , 在换流时 既不允许有重叠 , 也不允许有间隙 , 实现起来比 较困难 , 且最大输出电压能力不高[5～6 ] 。交直交 双 PWM 变换器以其良好的传输特性 、功率因数 高 、网侧电流谐波小 、能量双向流动等特点而受 到广泛关注[7～9 ] 。文献 [ 10 ] 建立了在主从控制 方式下应用功率平衡联合控制策略的双 PWM 控 制模型 , 该模型可以对转子侧和网侧两个 PWM 变换器进行协调控制 , 使得整流部分充分利用了 逆变部分的信息 , 提高了直流母线电压的动态控 制性 , 并减少了对变换器中电解电容容量的要 求 , 同时也加快了机组的响应速度 。文献 [ 11 ] 在忽略电子器件的换相重叠 、损耗 , 并只考虑变 频器直流电容放电的动态过程的前提下 , 提出基 于定子磁链旋转坐标系统下的变速恒频风电机组 电气控制部分的控制策略并设计响应的 PI 控制 器 , 保证了变速恒频风电机组的稳定运行 。文献 [12 ] 提出将电网故障励磁控制与正常运行时的 风能跟踪控制相结合 , 在发生故障的情况下保证 了发电机迅速恢复有功输出 , 从而提高整个电力 系统在故障切除后的运行稳定性 。文献 [ 13 ] 基 于定子电压矢量控制 , 引进了电流内模控制 , 有 效地抑制了转子过电流 。在变速风力发电机组的 研究中 , 也有采用适应性控制技术的方案 , 比较 成功的是带非线性卡尔曼滤波器的状态空间模型 参考适应性控制器的应用[14 ] 。但是其计算量大 , 实用性仍在进一步探讨 。