变速恒频风力发电技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究
变速恒频风力发电关键技术研究[摘要]本文以变速恒频风力发电技术为研究对象，着眼于风力发电的关键实现技术，从交流—直流—交流风力发电技术分析、磁场调制发电机技术分析以及交流励磁双馈发电机技术分析这几个方面入手，围绕变速恒频风力发电机关键技术这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了变速恒频风力发电技术作为风力发电最关键技术，其在缓解能源危机以及推动“绿色能源”可持续发展过程中所发挥的至关重要的作用与意义。
[关键词]变速恒频风力发电技术发电机励磁定子转子分析为缓解能源危机问题，各方工作人员开始针对一种全新的“绿色能源”展开详细分析与研究。
一种将电力电子技术、微机信息处理技术及矢量变化控制技术充分融于发电机控制过程当中的发电技术——变速恒频风力发电技术更是以其特殊的应用优势而备受关注。
本文是针对变速恒频风力风力发电关键技术这一中心问题做详细分析与说明。
一、交流—直流—交流风力发电技术分析该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图1）。
受到风速持续变化因素的影响，整个系统当中的风力机装置及发电机装置也会产生与风速变化存在一定关系的变速旋转作用，进而导致电功率的产生。
由图1我们不难看出：由发电机装置所发出的交流电电流首先借助于整理器装置转换为直流电形式，在此基础之上借助于逆变器发生有源逆变反应形成适宜于电网恒定频率的交流电电源。
为确保整个交流—直流—交流反应的稳定性与有效性，风力发电过程当中应当确保发电机装置反应容量基本与变频器装置反应容量保持一致。
此类风力发电技术在实践应用过程当中最为突出的优势在于且并网过程当中基本无电流冲击作用力，并网对整个风力发电系统的影响程度较低。
但是，考虑到系统运行中采取静态自励式逆变器装置完成频率变化作业，尽管发电过程当中可以针对系统所产生的无功功率予以调节，但电网所接受电流当中仍然存在部分高频电流。
图1 交流—直流—交流风力发电技术运作系统结构示意图二、磁场调制发电机技术分析该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图2）。
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。
变速恒频风力发电机空载并网控制
变速恒频风力发电机空载并网控制随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛应用。
在风力发电机组中，变速恒频风力发电机是一种常见的类型。
本文将重点探讨变速恒频风力发电机空载并网控制的原理、优缺点及应用。
变速恒频风力发电机组是一种通过风轮捕捉风能，并将其转换为电能的技术。
与恒速恒频风力发电机相比，变速恒频风力发电机具有更高的风能利用率和更宽的转速范围。
其工作原理是，通过调整风轮转速，以适应风速的变化，从而保持发电机输出频率的稳定。
空载并网控制是指风力发电机在不带负载的情况下与电网连接。
实现空载并网的关键在于控制风轮转速和发电机电流，以确保发电机与电网的同步。
常见的空载并网控制策略包括以下两种：直接并网法：在风速达到额定值后，风轮直接驱动发电机进入同步状态，然后进行并网。
此种方法简单直接，但并网瞬间会产生较大的冲击电流。
软并网法：通过控制风轮和发电机的转速，缓慢地将发电机接入电网，从而避免冲击电流的产生。
这种方法需要更多的控制环节和算法，但其并网效果较直接并网法更为平稳。
优点： a.由于能够适应风速的变化，所以具有较高的风能利用率； b.通过调整转速，可以减轻风轮和发电机的机械应力，提高设备的寿命；c.与恒速恒频风力发电机相比，其启动和停止更为灵活。
缺点： a.控制系统的设计较为复杂，需要精确的转速和电流控制； b.并网过程中可能产生较大的冲击电流，对电网造成一定的影响； c.需要采取措施来应对电网的波动，以保证系统的稳定运行。
变速恒频风力发电机空载并网控制在现代风力发电场中得到了广泛应用。
例如，根据某风力发电场的数据，采用变速恒频风力发电机空载并网控制后，该风电场的年发电量增加了30%，同时设备维护成本降低了20%。
这充分证明了变速恒频风力发电机空载并网控制在提高发电效率和降低运行成本方面的优势。
变速恒频风力发电机空载并网控制是风力发电技术中的重要一环。
通过控制风轮转速以适应风速的变化，保持发电机输出频率的稳定，可以实现高效的电能转换。
变速恒频风力发电机组建模、仿真及其协调优化控制的开题报告
变速恒频风力发电机组建模、仿真及其协调优化控制的开题报告一、课题背景随着世界发展的需求以及环保意识的不断增强，清洁能源的应用越来越为人们所关注。
其中，风能在不污染环境的前提下，能够提供可靠稳定且可预测的电能，成为清洁能源的重要组成部分。
在风力发电中，变速恒频技术是当前应用比较广泛的一种技术。
它通过对风力发电机的轴速进行调整来控制输出功率，从而适应不同的风速条件。
然而，变速恒频风力发电系统本身也存在着一些问题。
例如，转子振动、电网电压波动、电力系统的稳定性等方面都需要进行优化控制。
因此，针对变速恒频风力发电系统的建模仿真以及协调优化控制具有较高的研究价值。
二、研究内容本课题的主要研究内容包括：1. 变速恒频风力发电机组的建模：通过分析变速恒频风力发电机组的结构和工作原理，建立相应的数学模型，包括机械模型、电气模型和控制模型。
2. 变速恒频风力发电机组的仿真：利用Matlab/Simulink等仿真软件，对所建立的数学模型进行仿真，验证模型的正确性和可行性。
3. 协调优化控制策略：设计协调优化控制策略来克服电力系统中存在的问题，包括电网电压波动、电力系统的稳定性等方面。
4. 优化控制方案的实现：将协调优化控制方法应用到实际变速恒频风力发电系统中，验证其有效性和鲁棒性。
三、研究意义通过对变速恒频风力发电机组进行建模、仿真和协调优化控制，可以实现对风力发电系统的优化控制，提高风力发电系统的性能和效率，减少对电网的影响，并推动清洁能源的发展。
同时，本课题的研究结果可以为其他相关领域的研究提供参考，如微电网和智能电网等。
四、研究方法本课题的研究方法主要包括：1. 理论分析方法：通过对变速恒频风力发电机组的机械、电气和控制等方面进行详细的理论分析，建立相应的数学模型。
2. 数值仿真方法：利用Matlab/Simulink等仿真软件对所建立的数学模型进行仿真，验证模型的正确性和可行性。
3. 实验方法：将协调优化控制方法应用到实际变速恒频风力发电系统中，通过实验对优化控制方案进行验证。
简述变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统的控制策略1. 引言随着可再生能源的快速发展，风力发电在新能源领域扮演着重要的角色。
变速恒频风力发电系统是一种常见的风力发电技术，它采用变频器和传感器等设备来控制风机的运行。
本文将对变速恒频风力发电系统的控制策略进行全面、详细、完整和深入的探讨。
2. 变速恒频风力发电系统的基本原理变速恒频风力发电系统由风机、变频器、传感器和控制器等部分组成。
变速恒频风力发电系统的基本原理是将风机的机械能转化为电能，并通过变频器控制输出电压的频率和电压大小。
变速恒频风力发电系统的控制策略主要包括风机的启停控制、叶片角度调节、电网同步控制和功率控制等方面。
2.1 风机的启停控制风机的启停控制是变速恒频风力发电系统控制策略的关键。
当风力较小时，系统需要启动风机以利用可用的风力资源。
启动风机时，控制器会发送启动指令给变频器，将电机的转矩逐渐增加，使风机启动加速。
当风力达到一定的阈值后，控制器会发送恒频指令给变频器，使风机保持恒定的转速。
2.2 叶片角度调节变速恒频风力发电系统通过调节叶片角度来控制风机的输出功率。
当风力较大时，控制器会通过传感器获取风机旋转速度和风速等参数，然后根据预设的功率曲线计算出应该调整的叶片角度。
调整叶片角度可以控制风机的风能利用率，使其在不同风速条件下都能输出最佳功率。
2.3 电网同步控制电网同步控制是变速恒频风力发电系统将风机的电能输出与电网相连接的关键。
在将风机的电能输出给电网之前，控制器需要检测电网的频率和电压等参数，然后将风机的输出电压调整到与电网同步。
通过电网同步控制，变速恒频风力发电系统可以保持与电网的稳定连接，并将多余的电能输送给电网。
2.4 功率控制功率控制是变速恒频风力发电系统的关键功能之一。
通过控制风机的转速和叶片角度等参数，系统可以实现对风机输出功率的精确控制。
功率控制在应对电网需求变化、风力波动等情况下起到重要作用，可保持风机输出功率在合适范围内，确保系统的安全和稳定运行。
变速恒频双馈风力发电系统应用研究
统。其优点如下 。
Ｉ
ｆ± ｍ ｘ厂
Ｉ
系统 、开关磁 阻发 电机系统等 ，这些 变速恒频发 电系统 有 的是发电机 与电力 电子 装置相结 合实现构而实现变速恒 频的。这
些系统都有 自己的特点 ， 适用 于不同的场合 。下面对 这
较 高。 ２ ）输 出波形 中谐波分量小 而且频率高 ，容易滤去 ，
可以得到很好的正弦波形 。
量和系统 的容 量 相 同。有 高频 电流 谐 波注 入 电 网。 目
前 ，永磁发电机 系统 是研 究 的 热点 之 一 ，而且 发 展很 快 ，国外 已经出现了兆 瓦级永磁风力发 电机 系统 。
风速下 ，风轮机吸收的功率不超过最大值。 （）提高了系统的风能利用率 ３
围内变化，通过对最佳叶尖速 比的跟 踪 ， 风力发 电机 使
组在可发 电风速下均可获得最佳 的功率输 出。风力发 电 机组的控制技术从 机组 的定桨距恒速运行 发展 到变速运 行 ，已经基本实现了风力发 电机组从能够 向电网提供 电 力到理想地 向电网提供 电力 的目的。
２ ）电动机为无刷结构 ，易维护。 ３ ）易调节 。通过 励磁调节 可 以很方 便地控 制它 的 输 出特性 ，使风力机实现最佳叶尖速 比运行。 该系统缺点为 ：交交变频控制电路复杂 。可 以考虑
— —
式中 ｒ ｎ ——功率绕组 电流频率 ，与电网频率相 同； 控制绕组 电流频率；
靠。
该系统缺点 为：电力电子变换 装置容量较大 。仅仅 适用于中小型风 电系统 ，研究较少。
３ 无刷爪极式发电机 系统… ．
无刷爪极式 自 励发 电机 ， 子铁心及 电枢绕 组与 同 定 步电动 机相 同 ，区 别仅 在于 它 的励 磁部 分 ，如 图 ２所
变速恒频风力发电系统应用技术研究
第27卷 第2期2020年2月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.272020 No.2变速恒频风力发电系统应用技术研究叶洪海1，罗 宾2，包 宇1（1.佳木斯大学 信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007；2.西南石油大学 机电工程学院，成都 610000）摘 要：随着人类对能源可持续发展问题的日益重视，风能的利用正变得越来越重要。
因此，对风力发电关键应用技术的研究成为国内外风力发电研究的热点。
首先，通过对恒速恒频和变速恒频两种系统技术对比，确定了变速恒频系统在风力发电中的优势地位，然后对变速恒频系统的应用控制技术进行了全面的分析和研究，主要包含交流励磁双馈电机、永磁同步发电机技术和相应的控制策略等。
研究结果表明，变速恒频风力发电技术无论是在输出功率方面，还是在运行效率方面都有着巨大的优势。
关键词：风力发电；控制技术；变速恒频中图分类号：TM61 文献标志码：AResearch on Application Technology of Variable Speed ConstantFrequency Wind Power Generation SystemYe Honghai 1，Luo Bin 2，Bao Yu 1（1. College of Information Science & Electronic Technique JIAMUSI UNIVERSITY,Heilongjiang,Jiamusi,154007,China；2.School of Mechanical Engineering Southwest Petroleum University,Chengdu,610000,China）Abstract：With the increasing attention of the sustainable development of energy, the utilization of wind energy is becoming more and more important. Therefore, the research on the key application technology of wind power generation has become the focus of wind power generation research at home and abroad. Based on the contrast between the constant speed constant frequency system and variable speed constant frequency system, the paper concludes that the variable speed constant frequency earns the advantage in the wind power system. Furthermore, the research on the application of variable speed constant frequency system control technology is carried out , which consists of ac excitation doubly-fed motor, permanent magnet synchronous generator technology and the corresponding control strategy and so on. The results show that variable speed and constant frequency wind power generation technology has great advantages in both output power and operating efficiency. Key words：wind power；control technology；variable speed constant frequency收稿日期：2019-12-06基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12521558）。
变速恒频双馈风力发电机系统的研究
收稿日期22基金项目甘肃省自然科学基金“智能控制的多模态集成融合方法研究”(3ZS 2B 5235)变速恒频双馈风力发电机系统的研究贾石峰(兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070)摘 要: 分析了变速恒频双馈风力发电机系统的结构及工作原理,给出了变速恒频技术在发电机组中实现变速运行的不同方式.通过比较变速工作时的定转子状态,采用控制发电机转子电流的大小来实现双馈异步发电机输出端电压稳定.根据运行数据,总结了变速恒频双馈风力发电机系统的若干优势.关键词: 变速恒频;双馈;发电机中图分类号: TM315 文献标识码: A 文章编号:100420366(2008)0420094203Research on the System for V ar ia ble 2Speed Constant 2Fr equencyDoubly 2Fed Wind Pow er G enera torJ IA Shi 2feng(College of A utomation and Elect rica l E ngi nee ring ,L a nz hou J ia otong U niversity ,L anzhou 730070,China )Abstract : The st ruct ure and f undament al pri nciple of variabl e 2speed co nst ant 2f requency doubly 2fe d wi nd power generator system i s a nalyzed.Different met hods about power generator varia ble 2speed run are real 2ized based on varia ble 2speed consta nt 2f reque ncy technology.By t he compa ri son of vari able 2speed work stat e of st ator and rotator of va riabl e 2spee d constant 2f requency power generat or ,t he generator rot ator cur 2rent cont rol met hod i s adopt ed t o i mpl ement outp ut vol tage st abilit y of doubly 2fed asynchronization power generator.According to t he operat ing data ,some adva nt ages of t he generator syste m are sum marized.K ey w or ds : VSCF ;doubly 2f ed ;power generator 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题,对可再生能源的开发利用,特别是对风能的开发利用,已受到世界各国的高度重视,现代兆瓦级以上的大型并网风力发电机组多采用风力机变速运行的方式[1],这种运行方式可以实现优化风力发电机组内部件的机械负载及系统内的电网质量.风力机变速运行时,与其连接的发电机也作变速运行,因此必须采用在变速运转时能发出的恒频恒压电能的发电机,才能实现与电网的并网连接[2].将具有绕线转子的双馈异步发电机与应用最新电力电子技术的IG B T 变频器及PWM 控制技术结合起来,就能实现这一目的,也就是变速恒频发电系统.1 变速恒频双馈发电机系统采用双馈发电机是风力发电技术的一种主流技术,双馈发电机的结构类似绕线型感应电机,其定子绕组直接接入电网,转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源供给三相低频励磁电流.1.1 VSCF 风力发电机结构双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量,由于转子侧是通过变频器接入的,低频电流起到了励磁作用,因此又称为交流励磁发电机,还有些文献称之为可变速发电机、变速恒频发电机或异步化同步发电机.第20卷 第4期2008年12月 甘肃科学学报Jo urnal of G ans u Sci ences Vol.20 No.4Dec.2008:20080229:04220双馈异步发电机主机结构特点:定子与一般三相交流发电机定子一样,转子采用三相交流绕组.正常工作时,定子绕组并入工频电网,转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的不同类型的循环变流器作为三相变频电源供电,转子励磁系统通常采用交2交/交2直2交变频电源供电.双馈异步发电机组成的变速恒频发电系统如图1所示.双馈风力发电机的原动机为风轮和风轮传动系统.由于风速的特殊性(随机性、时变性等),使得双馈风力发电机区别于一般的双馈电机控制.基于变速恒频控制技术的交流励磁风力发电机系统主要由风轮、增速器、交流励磁发电机、励磁、控制检测等系统组成[3～4].图1 变速恒频双馈异步发电机系统结构1.2 VSCF 风力发电机原理双馈异步发电机在稳态运行时,根据感应电机定、转子绕组电流产生的旋转磁场相对静止的关系,其数学表达式如下n 1=n ±n 2,(1)f 1=p n/60±f 2,(2)s =n 1-n n 1=±n 2n 1,(3)式中n 1、n 、n 2分别为定子电流磁场旋转速度、转子旋转速度和转子电流磁场相对于转子的旋转速度,f 1、f 2分别为定、转子电流频率,p 为发电机极对数,s 为发电机的转差率[5].由式(1)可知,当发电机转子转速n 发生变化时,调节转子电流频率f 2,可使f 1保持恒定不变,实现双馈异步发电机的变速恒频控制.当n <n 1时,电机处于亚同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相同,励磁电源向转子提供交流励磁电流,定子向电网馈出电能,式(1)、式(2)、式(3)均取正号;当>时,电机处于超同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相反,此时定、转子均向电网馈出电能,式()、式()、式(3)均取负号;当n =n 1时,f 2=0,励磁电源向转子提供直流励磁,此时电机作为普通隐极式同步发电机运行.当风速变化时,V SCF 系统工作过程有:(1)当风速降低时,风力机转速降低,异步发电机转子转速也降低,转子绕组电流产生的旋转磁场转速将低于异步电机的同步转速n s ,定子绕组感应电动势的频率f 低于f 1(50Hz ),与此同时转速测量装置立即将转速降低的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率增高,则转子旋转磁场的转速又回升到同步转速n s ,这样定子绕组感应电势的频率f 又恢复到额定频率f 1(50Hz ).(2)当风速增高时,风力机及异步电机转子转速升高,异步发电机定子绕组的感应电动势的频率将高于同步转速所对应的频率f 1(50Hz ),测速装置会立即将转速和频率升高的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率降低,从而使转子旋转磁场的转速回降至同步转速n s ,定子绕组的感应电动势频率重新恢复到频率f 1(50Hz ).必须注意,当超同步运行时,转子旋转磁场的转向应与转子自身的转向相反,因此当超同步运行时,转子绕组应能自动变换相序,以使转子旋转磁场的旋转方向倒向.(3)当异步电机转子转速达到同步转速时,此时转子电流的频率应为0,即转子电流为直流电流,这与普通同步发电机转子励磁绕组内通入直流电是相同的.实际上,在这种情况下双馈异步发电机已经和普通同步发电机一样了.双馈异步发电机输出端电压的控制是靠控制发电机转子电流的大小来实现,当发电机的负载增加时,发电机输出端电压降低,此信息由电压检测获得,并反馈到控制转子电流大小的电路,也即通过控制三相半控或全控整流桥的晶闸管导通角,使导通角增大,从而使发电机转子电流增加,定子绕组的感应电动势增高,发电机输出端电压恢复到额定电压.反之,当发电机负载减小时,发电机输出端电压升高,通过电压检测后获得的反馈信息将使半控或全控整流桥的晶闸管的导通角减小,从而使转子电流减小,定子绕组输出端电压降回至额定电压[6].1.3 VSCF 风力发电机运行数据采用VSCF 技术,1.5MW ,4极(同步转速1500r/mi n )双馈异步发电机实验样机功率/转数运行关系如图所示由图可见,风力发电机不论在亚同步运行、超同步运行,还是过负荷运行过程,VS F 系统都要起59第20卷 贾石峰:变速恒频双馈风力发电机系统的研究 n n 1122.2C图2 1.5MW4极双馈异步发电机功率/转数运行关系到功率调节的作用.由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求,发电机转速在不断变化,而且经常在同步转速上下波动[7],这就要求转子交流励磁电源有良好的变频输入输出特性,具有能量的双向流动能力,采用IG B T 器件构成的PWM 整流2PWM 逆变形式的交2直2交静止变频器作为其励磁电源.2 VSCF 风力发电机系统的优越性通过对VSCF 双馈异步发电机实验样机的实际运行效果分析,V SC F 风力发电机系统较传统失速型风力发电机系统具有下列优势:(1)VSC F 发电系统有能力控制异步发电机的滑差在恰当的数值范围内变化,因此可以实现优化风力机叶片的桨距调节;(2)由于风力机是变速运行,其运行速度能够在一个较宽的范围内被调节到风力机的最优化效率数值,使风力机的功率系数C p 值得到优化,从而获得较高的系统效率[8];(3)可以实现发电机低起伏的平滑的电功率输出,达到优化系统内的电网质量,同时减小发电机温度变化;(4)可以降低机组剧烈的转矩起伏和噪声水平,从而能够减小所有部件的机械应力;(5)可独立运行,也可并网运行,并可实现功率因数的调节.3 结束语研究了V SC F 风力发电机系统结构、工作原理、运行数据和系统优势.建立在VSCF 发电技术基础上的双馈异步发电机确保发电机输出功率恒频、恒压,保证了功率输出的平稳性和传动系统的柔性,实现风能-电能安全可靠转换,VSCF 是大型并网风力发电机组的主流机型的关键技术.风电是一种新能源,风能是有大规模开发利用前景的可再生能源,随着人们对环保意识日益增强,传统能源日渐枯竭,风力发电将成为工业化能源的重要组成部分.参考文献:[1] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2006.[2] 吴国祥.双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略[J ].电工技术学报,2007,22(7):1702171.[3] Wang Q ,Chang L C.An Intelli gent Maxim um Po wer Ext rac 2t ion Algorit h m fo r Invert er Based Variable S peed Wi nd Tur 2bi ne Syst ems [J ].IE EE Transactio ns on Power El ect ro nics ,2004,19(5):124221249.[4] Moo r G D ,Beu kes H J .Maxi mum Po wer Poi nt Trackers For 2wind Turbines[C ].2004,35t h Annual IEEE Po wer El ect ro nics Speci ali st s C o nference[A].Germany ,2004:204422049.[5] 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变速恒频双馈风力发电机的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摘要随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。
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。
通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节，可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换效率；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波，减少损耗，提高系统效率。
而其与双馈发电机构成的风力发电系统的研究已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。
关键词：风能，，风力发电，变速恒频，双馈发电机1 国内外风力发电现状风力发电作为一种无污染的清洁能源，日益受到各个国家的重视。
由于近年来电力电子技术发展的势头突飞猛进，尤其是计算机与控制技术的飞速发展，各国看到了风能的潜力，都在风能的开发利用上投入了大量的人力物力精力，风力发电的技术得到长足的进步和飞速发展。
机械、空气动力、计算机、自动控制、电力电子技术的发展和新领域的利用，促进了很多当初制约风力发电发展的一些技术难关的攻克，并且在各国政府的大力支持下，风电的时代已经来临。
预计到2020年，世界风电的装机容量将达到1231000MW，发电量约为30000亿KWh，风力发电将占世界发电总量的12％。
“风力12%”的蓝图，展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可缺的重要力量。
风力发电不再是一种可有可无的补充能源，已经成为最具有商业化发展前景的成熟技术和新兴产业，有可能成为世界未来最重要的替代能源。
在欧洲，德国一直引领着世界风电市场的发展，他们制定了一个新的风电发展规划，到2025年风电至少占总用电量的25%。
丹麦、西班牙和法国的风电也在高速发展，其中西班牙和法国的风电装机容量以每年60%的速度增长，丹麦已成功用风电来满足国内18%的电力需求，是世界上风电贡献率最高的国家。
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一、变速恒频风力发电系统简介变速恒频风力发电系统是指利用变速器控制风力发电机的转速，以使其在不同风速下维持恒定的电网频率输出。
该系统通常由风机、主轴、齿轮箱、变速器、发电机和控制器等组成。
变速器是风力发电系统的核心部件之一，其性能将直接影响整个系统的工作效率和可靠性。
二、问题与挑战1. 变速器的耐久性：风力发电系统工作环境恶劣，严峻的气候条件和风机运行时的剧烈震动都会对变速器的耐久性提出严格要求。
2. 效率和传动比的平衡：变速器需要在保证高效率的保持适当的传动比，以适应不同风速下发电机的转速要求。
3. 变速器的可靠性和维护成本：变速器的可靠性关系到整个风力发电系统的运行稳定性和经济性，而高维护成本将直接影响风力发电项目的运营成本。
三、关键技术研究1. 先进的材料与加工技术：采用先进的高强度、耐磨材料以及先进的加工技术，提高变速器的耐久性和承载能力。
2. 变速器的设计优化：通过对变速器的结构、传动比、摩擦损失等进行深入研究，优化其设计，提高传动效率和运行稳定性。
3. 智能监测和预测维护技术：采用智能监测设备和先进的数据分析技术，实现对变速器运行状态的实时监测和预测，提前发现故障，并采取有效措施进行维护，降低运维成本。
4. 多学科融合研究：将机械工程、材料科学、控制工程等多学科知识融合，进行全面系统的研究和优化设计，实现变速恒频风力发电系统的高效、稳定、可靠运行。
四、发展趋势随着风力发电技术的不断进步，变速恒频风力发电系统将在未来迎来更多的发展机遇。
一方面，随着材料科学、机械工程等领域的不断发展，变速器所采用的材料和制造工艺将得到进一步的改善和提升，从而提高其耐久性和可靠性。
智能监测与预测维护技术的不断成熟，将进一步降低变速器的维护成本，提高系统的运行效率和经济性。
多学科融合研究的发展趋势将促进变速恒频风力发电系统在技术上的全面提升和创新。
变速恒频风力发电系统作为风力发电技术的重要组成部分，其关键技术研究具有重要的意义。
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。
变速恒频交流励磁双馈异步发电机系统在风力发电系统中的研究
双 馈 电机 型 式 作 为发 电机 ， 将 这 种 发 电机 系统 用于 转速 不稳 并
定 的风 力 发 电 中。
１ 风 力发 电机 组 的类 型和 组成
１１ 风 力 发 电 机 组 的 类 型 ．
逐 步 降低 ， 这 种 结 合 开 拓 了 更 新 的领 域 。 为 同时 ， 电机 拖 动 的 在 应 用 中 ， 馈 电机 调 速 的研 究 取 得 了很 大 进 展 ， 们 可 以利 用 双 我
Байду номын сангаас
按 照 风 轮 与 塔 架 的 相 对 位 置 ，水 平 轴 式 风 力 发 电机 组 又
可 分 为上 风 向安 装 类 型 及 下 风 向 安 装 类 型。具 体 地 说 ， 风 向 上 风 力发 电机 组 的 风 轮 安 装 在塔 架 前 面 ，这 种 安 装 方式 气 流 稳
定 性较 好 ， 必须 有 调 向装 置 ， 持 风 轮 在 运 行 中 始 终 对 ； 但 保 隹风 向 。下 风 向 风 力 发 电机 组 的风 轮 安 装 在 塔 架 后 面 ， 种 安 装 方 这
刨新技术
速 下 ）对 风 能 的利 用 比较 充 分 ， ， 因而 有 较 高 的 效 率 。该 机 型 风
力 发 电机 组 早 已进 入 商 品 化 生 产 ，在 风 力 发 电机 组 中 占据 了
绝大多数。
式 使 风 轮 在 运 行 过 程 中 受到 空气 流 及 塔 架 的干 扰 ，影 响风 轮 的 性 能 。但 风 轮 在 运 行 中始 终 自动 对 准 风 向 ， 以可 以省 去调 所 相机构。 １２ 风 力 发 电 机 组 的组 成 ．
［］ ４唐永哲 ． 电力传 动 自 控制 系统［］ 动 Ｍ． 西安 ： 西安 电子科 技大 学 出版
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。
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。
变速恒频双馈风力发电机并网控制策略仿真研究
幅值） 作为控制信息提供给控制系统 ， 据此调节发电
机 的励 磁 ， 并 网条件 控 制发 电机定 子空 载 电压 。 按 为 了实 现交 流励 磁 发 电机并 网前 的端 电压 准确 调 节 和并 网后 的输 出有 功 、无功 功率 的解 耦控 制 ， 必 须 实施 发 电机 磁场 定 向 的矢 量控 制 。 为此 ， 先需要 建 立磁 场 定 向 ｍ —ｔ 转坐 标 系 首 旋 内发 电机 的数 学模 型 。
赵 宇， 王 奔， 张喜 海 ， 李 慧 ６０３ ） １０ １ （ 南交 通大 学 电气工程 学 院 ， 西 四川 成都
摘
要 ： 据 变速 恒频 双馈 风 力 发 电 机 组 的 运 行 特 点 ， 矢 量 变换 控 制 技 术 应 用 于 发 电机 并 网控 制 。 利 用 Ｍ ｆ ｂ软 根 将 ａａ ｌ
件建立 空载并 网仿真模型 ， 对并 网前的空载运行、 并网时的过渡过 程进行 了仿 真研 究。仿 真结果表 明， 所采 用的空载 并 网技 术是 变速恒频双馈风力发 电机的一种较理 想并 网方 式。 关键词 ： 交流励磁 ； 双馈风力发电机 ； 矢量控制 ； 并网
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变速恒频双馈风力发电系统并网逆变器控制策略研究
பைடு நூலகம்
结果证 明了改进的 电压定向控制与基 于人工神经 网络 自整定 Ｐ 控制相结合 的逆变器控制新算法的可行性。 Ｉ
关键词 ： 双馈异 步发 电机 ； 风力发电 ； 网； 并 改进 的电压定 向控制 ； 神经 网络控制 自整定 Ｐ 控制 Ｉ 中图分类号 ： Ｍ３ ５ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ４ ７ １ （０ ２ ０ 一 ｏ ８ ０ １ ０ － ０ ８ ２ １ ）４ Ｏ ５ — ４
ｉｔ ｈ ｒｄ ａ ｄ ｒ ｄ ｃ ｈ ａ ｍｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ｆ ｔｅ ｖ ｌ ｇ ｎ ｈ ｕ ｒ ｎ ， ｈ ｃ ａ ｈ ｏ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔｅ ｇｉ ｎ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｈ ｒ ｎ ｃ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｏ ｈ ｏｔ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｗ ｉ ｈ ｗ ｓ ｔ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｔ ｆ ｉ ｒｖ ｄ ａ ｏ ｖ ｌ ｇ ｏ ｔ ｌ ｔ ｏ ｎ Ｉｃ ｎｒ ｌｍｅｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｔ １ Ｗ ｉ ｅｆ ｓ ｐ ｒ ｌ ｌ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｃ ｐ ｂｌ ｙａ ｄ ｓｕ ｙ ｃ — ｏｔ ｅ ｃ ｎｒ ｈ ｄ ａ ｄ Ｐ ｏ ｔ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ＮＮ ｃ ｎ ｒ ． ｔ ｔ ａ ｔ ａａ ｌ ｏ ｅ ｓｎ ａ ａ ｉ ｔ ｎ ｔ ｄ ａ ａ ｏ ｍｅ ｏ ｏ ｈｈ ｅｐ ｉ ｐ ｂ ｌ ｙ ｔｅ ｃ ｍｐ ｔ ｇ ｔ ｓｒ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｅ ｈ ｒ ｎｃ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｃ ｕ ｅ ｙ ｔｅ ｄ ｈｙ ｏ ｈ ｏ ｔ ｌｗ ｒ ｅ ｕ ｅ ． ｈ ａ ｉ ｔ ，ｈ ｏ ｕｉ ｉ ｗａ ｅ ｕ ｅ ． ｈ ａｍｏ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｓ ｄ ｂ ｈ ｅ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｅ ｅ ｒ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｏ ｓｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ａ ｕ ｌ ｉ Ｔ ＡＢ Ｓ ｍｕｉ ｋ ｅ ｖ ｒｎ ｎ ｉ ｈ ｏ ｌｏ ｎ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｗ ｓ ｓｕ ｉｄ ｉ ｈ ｉ ｌｔ ｄ ｌｗ ｓ ｂ ｉ ｎ ＭＡ Ｌ ／ ｉ ｌ ｎ ｉ ｍｅ ｔｗ ｔ ｔ ｅ ＮＮ ｔｏ ｂ ｘ ａ ｄ ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ａ ｔ ｄ ｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔ ｎ ｏ ｈ ｏ ｖ ｒ ｂ ｅ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｔｎ ｒｑ ｅ ｃ ｎ ｏ ｅ ｙ ｔｍ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ａ ｅ ｎ ｗ ｍｅｈ ｄ ｉ ｆ ａ ｉ ｌ ． ａ ｉ ｌ ｐ ｅ ｏ ｓａ ｔ ｅ ｕ ｎ ｙ ｗｉｄ ｐ ｗ ｒｓ ｓｅ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｔｔ ｅ ｔｏ ｓ ｅ ｓｂｅ ａ ｆ ｓ ｈ ｈ
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；优势在自然能源的开发利用中我国具有绝对的优势无论是在森林资源、煤矿资源还是水资源的应用中者日取得了较大的进展但是这些资源都处于不可再生或供应量紧缺的现象，为了实现生态、经济和资源的可持续发展必须要对太阳能、风能和潮汐能等进行开发利用。
目前我国的风力发电技术已经得到了较多地区的普遍使用其中变速恒频风力发电是主要的应用技术为了保证此项技术的可靠应用必须掌握其关键技术。
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。
风力发的主体技术是通过对风压的利用，带动风车叶片不断旋转，以风车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。
1.2 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。
变速恒频风力发电空载并网与解列实验研究
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张 文娟 ，高 勇 ，马 丽。
（ ． 安 理 工 大 学 自动 化 与信 息 ＿ 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ４ ； ． 安 理 工 大 学 理 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ） １西 Ｔ程 陕 １０ ８ ２ 西 陕 １０ ４
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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。
THANKS
感谢观看
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
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变速恒频风力发电技术研究目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1风力发电研究的背景和意义及现状 (1)1.2 风力发电系统组成及原理 (2)1.2.1 风力机工作原理 (2)1.2.2 风电系统 (3)1.3 风力发电技术 (4)1.3.1 定桨距失速调节型风力发电机组 (4)1.3.2 变桨距调节型风力发电机组 (5)1.3.3 主动失速调节型风力发电机组 (5)1.3.4 变速恒频风力发电机组 (5)1.4变速恒频风力发电技术 (6)1.4.1 恒速恒频风力发电技术 (6)1.4.2 变速恒频风力发电技术 (6)第二章变速恒频风力发电电机及其系统 (10)2.1变速恒频风力发电机组的运行原理 (10)2.2 笼型异步发电机变速恒频风力发电系统 (12)2.3 永磁发电机变速恒频风力发电系统 (13)2.4 交流励磁双馈型变速恒频发电系统 (13)2.5无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统 (14)2.6磁场调制型变速恒频风力发电系统 (15)第三章变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16)3.1变速恒频双馈电机风力发电控制策略 (16)3.2 双馈电机存在的主要问题 (16)3.3 双馈电机的控制策略综述 (17)3.3.1 双馈电机标量控制 (17)3.3.2 双馈电机直接转矩控制 (18)3.3.3 双馈电机转子磁场定向控制 (19)3.4变速恒频双馈电机风力发电功率控制 (20)3.5双馈电机风电场的无功功率控制技术 (22)3.6风力发电机组的并网控制技术 (22)3.7结论 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)第一章绪论1.1风力发电研究的背景和意义及现状风力发电是电力可持续发展的最佳战略选择。
清洁、高效成为能源生产和消费的主流，世界各国都在加快能源发展多样化的步伐。
从 20 世纪 90 年代开始，世界能源电力市场发展最为迅速的已经不再是石油、煤和天然气，而是太阳能发电、风力发电等可再生能源。
世界各地都在通过立法或不同的优惠政策积极激励、扶持发展风电技术，而中国是风能资源较丰富的国家，更需要开发利用风电技术。
风力发电是解决边远农村供电的重要途径。
目前我国正在进行西部大开发。
由于西部地区地广人稀，土地贫瘠，工业基础薄弱，人均用电量小，靠大电网去解决那里的用电问题是不够的，必须同时开发像风力发电这样的分散供电系统，才能较好地满足当地人民生产生活对电力的需求。
风电的优点包括：(1)利用自然界的可再生能源，干净无污染，无须燃料；(2)运行成本低，风电机组的设计寿命约为 20－25 年，运行和维护的费用通常相当于机组总成本的 3%－5%；(3)建设周期短，若不计测风，快者一年左右可建成。
进入 21 世纪，全球可再生能源也在不断发展，而在可再生能源中风能始终保持最快的增长态势，并成为继石油燃料、化工燃料之后的核心能源，目前世界风能发电厂以每年 32%的增长速度在发展，2008 年初，全球风力发电机容量达5000 万 MW。
由此可见，风电正在以超出预期的发展速度不断增长。
如今在全球的风能发展中，欧洲风能发电的发展速度很快，预计 15 年之后欧洲人口的一半将会使用风电。
欧洲是目前全世界风力发电发展速度最快，同时也是风电装机最多的地区。
在欧洲，德国的风电发展处于领先地位。
在近期德国制定的风电发展长远规划中指出到 2025 年风电要实现占电力总用量的 25%，到 2050 年实现占总用量的 50%的目标。
其中丹麦风能产业年营业额在 30 亿欧元左右，并网发电机组达 312 万千瓦，风能发电量占全国电力总量的 22%，居全球首位；而在该国的西北部地区，这个比例甚至已经达到 100%。
我国幅员辽阔，陆疆总长达 2 万多公里，还有00 多公里的海岸线，边缘海中有岛屿 5000 多个，风能资源丰富。
可按风速频率曲线和机组功率曲线，估算国际标准大气状态下该机组的年发电量。
我国相当于 6 米/秒以上的地区，在全国围仅仅限于较少数几个地带。
就陆而言，大约仅占全国总面积的1/100，主要分布在长江到南澳岛之间的东南沿海及其岛屿，这些地区是我国最大的风能资源区以及风能资源丰富区。
中国陆地 10 米高度层实际可开发的风能储量为 2.53 亿千瓦，考虑到近海风能，总储量应该不止 2.53 亿千瓦。
风电项目通常要求年利用小时数高过 2000小时，目前中国已经建成的风电场平均利用小时约 2300 小时，主要位于“三北”地区(西北、东北和华北)及东南沿海。
中国风电真正开始有较大规模的发展是从1996 年、1997 年开始的。
1.2 风力发电系统组成及原理风能发电的原理是利用风轮将风能转变为机械能，风轮带动发电机再将机械能转变为电能。
大型风力发电机组发出的电能直接并到电网上，向电网馈电，小型风力发电机一般将风力发电机组发出的电能用储能设备储存起来(一般用蓄电池)，需要时再提供给负载(可直流供电，亦可用逆变器变换为交流供给用户)。
1.2.1 风力机工作原理(1)风力发电机风力发电机可以分为两种类型，一种是主要靠和风向方向一致的空气动力产生的力矩来驱动；另外一种是主要靠和风向方向垂直的空气动力产生的力矩来驱动。
前者的功率系数很小，能量变换效率低下，所以逐渐被淘汰。
后者又可包括水平轴的风力机和垂直轴的风力机，垂直轴的风力机主要缺点是转矩脉动大，在遇到强风时不易调速，在 80 年代后期各国己经停止了对这种风车的研制和开发，现在的风力机主要是水平轴螺旋桨推进器型的。
水平轴风力机主要风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。
风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片(目前商业机组一般为 2—3 个叶片)装在轮毅上所组成，风轮采用定桨距或变桨距两种，以定桨距居多。
低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。
上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。
风力发电机组的调向装置大部分是上风向尾翼调向。
调速装置采用风轮偏置和尾翼铰接轴倾斜式调速、变桨距调速机构或风轮上仰式调速，在风速较大，达到风车的额定功率时，调节桨距可进行失速调节来限制负荷的大小，以限制负荷的大小保护风车。
发电装置主要由塔楼和安装在塔顶的引擎舱组成。
水平轴的风力机通常根据风力机不同的使用目的使用不同数目的叶片。
风力发电主要使用 2 到 3 个桨叶的风力机，20 个或更多桨叶的风力机主要用于水泵等机械装置的驱动。
桨叶数目少的风车启动力矩小，叶片端速比大，因此可工作的风速围较大，主要应用在风力发电中。
风车中还包括许多控制装置功率较大的机组还装有手动刹车机构，以确保风力机在大风或台风情况下的安全。
(2)风力机的功率由于实际上风力机械不可能将桨叶旋转的风能全部转变为轴的机械能，因而风力机的实际功率应为风轮所接受风的动能与通过风轮扫掠面积的全部风的动能比值。
以水平轴风力机械为例，理论上最大风能利用系数为 0.593 左右，这是贝兹极限，但再考虑到风速变化和桨叶空气动力损失等因素，风能利用系数能达到0.4 就相当高了。
考虑到风力机和发电机将风能转化为电能的效率，则计算公式表示为: p2 = c p Aρ v3ηtη g （W） (1-1) 式中: ηt ——风力机传动装置机械效率，η g ——发电机机械效率。
为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比λ。
λ=2π Rn ω R=vv (1-2) 式中 n——风轮的转速，单位为 r/s；ω——风轮的角速度，单位为 rad/s；R——风轮的半径，单位为 m； v ——上游风速，单位为 m/s；通过以上的分析我们知道，风力发电系统包括风车、发电机、电力变换及其控制系统。
其中基于空气动力学设计的风车，其技术发展水平己经比较成熟，各种各样的发电机，如感应电机、同步电机、永磁电机可以满足不同情况下的需求。
风力机和发电机将风能转化为电能的效率大约为 35%。
风电机组的功率调节有两种方式，一种是失速调节，另一种是变桨距调节，即叶片可以绕叶片上的轴转动，改变叶片气动数据，实现功率调节；整台机组由电控系统进行监视与控制，可以实现无人操作管理。
(3)风力机的转矩一转速特性风车就是通过其桨叶将风能转化为机械能(风车的转速及其作用于其上的转矩)的装置。
风车的功率可表示为:pt = Twωt (1-3) 其中: Tw 为风力作用在风车上的转矩；ωt 为风车的角速度。
1.2.2 风电系统使用小型风力发电机多是偏远地区。
由于风速的多变，使得风力发电机的电压及频率变化，不易于直接被负载利用，这就出现了储能环节，以便从储能设备中提取能源。
一般小型风力发电机使用蓄电池储能，先用整流器将发电机的交流电变成直流电向蓄电池充电，然后用逆变器将蓄电池的直流电变换成交流电，供给负载。
整流器和逆变器可以做成两个装置，也可以合为一体。
1KW ~ 10KW 的风力发电机组主要应用于小型风电系统。
该系统适用于远离电网，有一定用电量的家庭农场，公路、铁路养路站、小型微波发射站、移动通讯发射站、光纤通讯信号放大站、输油管线阴级保护站等用户。
系统原理图包括:风力机、控制器、储能设备及逆变器等。
并网型风力发电机组由传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制及安全等系统组成。
发电机将风轮的机械能转换为电能，并入电网。
1.3 风力发电技术风力机和发电机是风力发电系统实现机电能量转换的两大主要部分，有限的机械强度和电气性能必然使其受到功率和速度的限制，因此，风力机和发电机的功率和速度控制是风力发电的关键之一。
根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点，国目前装机的电机一般分为二类：（1）异步型①笼型异步发电机；功率为 600/125kW、750kW、800kW、1250\180kW 定子向电网输送不同功率的 50Hz 交流电；②绕线式双馈异步发电机；功率为 1500kW 定子向电网输送 50Hz 交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送有功或无功功率。
（2）同步型①永磁同步发电机；功率为 750kW、1200kW、1500kW 由永磁体产生磁场，定子输出经全功率整流逆变后向电网输送 50Hz 交流电②电励磁同步发电机；由外接到转子上的直流电流产生磁场，定子输出经全功率整流逆变后向电网输送 50Hz 交流电。
目前风力发电机组按照风电机的调节技术分主要有以下 4 种：①定桨距失速调节型风力发电机组；②变桨距调节型风力发电机组；③主动失速调节型风力发电机组；④变速恒频风力发电机组。