双馈式风力发电机剖析

双馈式风力发电机

【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。而其中双馈发电机构成的风力发电系统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式发电机

一、风力发电

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。

风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。

风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。

风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）

由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。

铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。

发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。

二、变速恒频发电技术

众所周知，风电的产生正是通过风力推动桨叶转动，同时带动发电机的转动，将风能转化为机械能从而产生电能，然而，风速不是恒定不变的，这就造成桨叶的转速的不稳定，导致了发电机所发出的电能的电压和频率的波动。为了使风力发电系统能够发出稳定的电能，人们从多种科学角度对风机进行了控制，包括：通过对风机采用变桨距控制，改变风机的桨距角（即风机叶片与风轮平面的夹角），从而改变风机叶片的迎风角度，调整风机对风能的利用率的方式；利用桨叶翼型的本身所具有的失速特性，让风机在风速大于额定风速的情况下，利用气流的攻角增大到失速的条件下，在桨叶的表面产生涡流，从而使风机的效率降低，由此来限制发电机的输出功率的方式等等。

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，保持最佳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，也是未来风电技术发展的主要方向。

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佳值；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部分比较复杂和昂贵，但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大，因而大力发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：

1、异步型

(1)鼠笼型异步发电机：功率为600/125kW 750kW 800kW 12500kW，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。

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发展趋势。

三、双馈式风力发电机

目前在风力发电领域，双馈电机的应用逐渐占有重要地位。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量，而是从励磁系统入手，对励磁电流加以适当的控制，从而达到输出一个恒频电能的目的。

双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网

馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。

同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。

通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。

改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功功率，还可以调节有功功率。

1、双馈异步发电机的结构

双馈风力发电变速恒频机组结构示意图

机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。

发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

风速计及风向标：用于测量风速及风向。

2、双馈电机的基本工作原理

设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，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的磁场，这个旋转磁场的转速1n 称为同步转速，它与电网频率1f 及电机的极对数p 的关系如下： p f n 1160 （1-1）

同样在转子三相对称绕组上通入频率为2f 的三相对称电流，所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为： p f n 2260= （1-2） 由式1-2可知，改变频率2f ，即可改变2n ，而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设1n 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，则只要维持常数==±12n n n ，见式1-3，则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为1f 不变。

常数==±12n n n

（1-3） 双馈电机的转差率

11n n n S -=，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为： S f pn f 12260== （1-4） 公式1-4表明，在异步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（即S f 1）的电流，则在双馈电机的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。

根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态：

（1） 亚同步运行状态：在此种状态下1n n <，由转差频率为2f 的电流产生

的旋转磁场转速2n 与转子的转速方向相同，因此有12n n n =+。

（2） 超同步运行状态：在此种状态下1n n >，改变通入转子绕组的频率为

2f 的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转速2n 与转子的转速方向相反，因此有12n n n =-。

（3） 同步运行状态：在此种状态下1n n =，转差频率02=f ，这表明此时

通入转子绕组的电流频率为0，也即直流电流，与普通的同步电机一样。

3、双馈发电系统的优缺点

交流励磁变速恒频双馈发电系统有如下优点：

（1）在原动机变速运行场合中，实现高效、优质发电。双馈感应发电机可通过调节转子励磁电流的幅值、频率与相位，在原动机速度变化时也可保证发出恒定频率的电能，从而提高了机组的运行效率，延长了机组的使用寿命。

（2）允许原动机在一定范围内变速运行，可以在同步速上下30%转速范围内运行；简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。

（3）调节励磁电流幅值，可调节发出的有功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的无功功率。可实现有功功率和无功功率的独立调节，达到改变功率角使发电机稳定运行的目的。所以可通过交流励磁使发电机吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调节，解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性。

（4）双馈感应发电机通过对转子实施交流励磁，精确地调节发电机定子输出电压，使其满足并网要求，实现安全快速的“柔性”并网操作。

（5）需要变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。

双馈式发电系统缺点如下：

（1）双馈式风力发电机组低风速下的风轮机转速也很低，直接用风轮机带动双馈电机转子将满足不了双馈发电机对转子转速的要求，必须引入齿轮箱升速后，再同双馈发电机转子连接进行发电。然而齿轮箱成本很高，且易出现故障，需要经常维护，可靠性差；同时齿轮箱也是风力发电系统产生噪声污染的一个主要因素。

（2）当低负荷运行时，效率低。

（3）电机转子绕组带有滑环、碳刷，增加维护和故障率。

（4）控制系统结构复杂。

双馈式风力发电机剖析

双馈式风力发电机 【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。而其中双馈发电机构成的风力发电系统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式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。 风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）

双馈风力发电机电刷滑环故障分析

双馈风力发电机电刷滑环故障分析 【摘要】双馈风力发电机目前已是网型风力发电机主流机型之一。滑环、电刷是发电机运行过程中极易出现问题的组成部分，极小的问题都会引发较大的事故。通过分析滑环振动造成的电刷冲击及危害，并介绍了电刷的谐振频率对安全产生的影响，提出预防故障的措施，减少因电刷、滑环引发的事故。 【关键词】双馈风力发电机；电刷滑环；故障处理 滑环、电刷是发电机运行过程中极易出现问题的组成部分[1]，极小的问题都会引发较大的事故。如：碳刷全部没有接触上，会引起发电机失磁的严重现象产生，出现环火，且发电机漏氢，很容易发生氢爆炸。因此分析引起双馈风力发电机电刷滑环故障因素及其重要。 1.双馈风力发电机磁滑环、电刷设计 双馈风力发电机具有A、B、C三相励磁滑环及相对应的电刷，并且还设置了接地滑环D及对应电刷。三相电流相对较大，因此各设置了S个基本均布电刷，D相接地滑环只有一个电刷，它可以接电机轴或星形励磁绕组中线，方便将轴电流及中线电流通过电刷接地。 2.滑环的损伤和单个电刷摩擦形成的冲击波形、振动与滑环故障分布规律相同 由于D相滑环一般情况下只设置1个电刷，因此很容易因为振动引起电刷、滑环分离，这样就容易造成电弧及损伤。可以通过以下两种方式进行检测：（1）电刷座的振动冲击；（2）判断绝缘安装的轴承座对地/机器外壳的轴电压。如果滑环出现损伤，会在摩擦电刷过程中产生冲击、振动，这样不但磨损电刷，还会将滑环的损伤加重。滑环损伤的故障有很多，故障分布规律和数量通常情况下与柔性联轴器爪数具有因果关系。电刷滑环故障的后期，运转时将产生较强的冲击、振动及轴电压，这种强度可以掩盖其他的故障信息。具有以下特征：若存在X 处均布损伤，就会有X阶转频冲击谱。所以说滑环的损伤和单个电刷摩擦造成的振动、冲击波分布规律和滑环分布规律相同。 3.滑环振动造成的电刷冲击及危害 滑环存在较大的振动，像磁隙不均匀、转子不平衡振动及滑环不圆度的电磁振动，激励S个电刷以后将会造成点数和滑环的短暂分离。这时候D相单电刷和与其相对应的滑环将会发生电弧及损伤。其他三相的S个电刷不同步、相继与对应的滑环实现分离后接触，会产生相继冲击，这种冲击的特征频谱和转频的S 阶冲击谱相等。 图1 力学模型示意图 假设电刷设计合理，且它与其压紧弹簧组成机械二阶系统，产生固有共振频率FS，比滑环的转动频率FN要高很多，假设滑环出现不平衡、不圆度的问题，会引起正弦“滑环振动”幅度A=1mm，对电刷存在强迫作用。我们构建如图1所示的力学模型示意图，分析滑环振动和电刷振动的相互作用，箭头指示运用正方向。我们可以很明白的看出，电刷正向位移不能比滑环正向位移小，不然，滑环会强迫电刷进行运动；电刷可以比滑环的正向位移大，与滑环分离。电刷的负向位移绝对值一定要大于滑环的负向位移，不然，滑环会对电刷运行形成阻碍作用；电刷也可以正于滑环负向位移，和滑环分离。 4.电刷的谐振频率对安全产生的影响

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双馈式\直驱式风力发电机的对比 【摘要】双馈式风力发电机与直驱式风力发电机是两种各有优势的机型，二者属于相互竞争的关系，同时它们也是相互促进的，这就是常说的有竞争就有进步，最终形成优势互补。本文对这两种机型分别进行了描述、比较，为这两种大型风力发电机的应用奠定一定的理论基础。 【关键词】齿轮箱；永磁电机；变速箱 前言 本文通过对直驱式和双馈式两种不同的风力发电机进行描述，并从二者的主要结构特性对其各自不同的优缺点进行分析阐述，以增进人们的了解，使其得到更好的应用充分发挥其自身机能和作用。 1、双馈式异步发电机 双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。目前美国GE能源、EMD；德国VEM Sachsenwerk GmbH，LDW；瑞士ABB等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。目前，市场占有率最高的双馈变速恒频风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能，效率较高。在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。这种形式的性价比和效率均较高，逆变器功率较小。调速范围达到30%额定转速，变流的容量只有系统容量的30%左右，变速恒频驱动和MPPT控制，有功、无功功率可独立进行控制。双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电机相似，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，定子接入电网，电网通过四象限AC-DC-AC 变频器向发电机的转子供电，提供交流励磁。但存在滑环和变速箱的问题，对电网的冲击较大。 由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速是在不断的变化，而且经常在同步转速上、下波动，为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行。在变速恒频风力发电机中，跨越同步速是变速恒频双馈风力发电机励磁控制关键技术之一。这要求转子交流励磁电源不仅要有良好的变频输入、输出特性，而且要有能量双向流动的能力。现有的技术是采用IGBT器件(绝缘栅双极晶体管)构成的PWM(脉宽调制)整流—PWM逆变型式的AC-DC-AC变频器作为其励磁电源，向发电机的转子绕组提供励磁电流，对定子实现定向矢量控制。控制电流由滑环导入，实现亚同步、同步和超同步运行方式之间的转换，采用这种技术的双馈式异步发电机其

双馈式_直驱式风力发电机的对比

能源环境 双馈式、直驱式风力发电机的对比 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司（黑龙江哈尔滨） 范磊 【摘 要】双馈式风力发电机与直驱式风力发电机是两种各有优势的机型，二者属于相互竞争的关系，同时它们也是相互促进的，这就是常说的有竞争就有进步，最终形成优势互补。本文对这两种机型分别进行了描述、比较，为这两种大型风力发电机的应用奠定一定的理论基础。 【关键词】齿轮箱；永磁电机；变速箱 前言 本文通过对直驱式和双馈式两种不同的风力发电机进行描述，并从二者的主要结构特性对其各自不同的优缺点进行分析阐述，以增进人们的了解，使其得到更好的应用充分发挥其自身机能和作用。 1、双馈式异步发电机 双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。目前美国GE能源、EMD；德国VEM Sachsenwerk GmbH，LDW；瑞士ABB等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。目前，市场占有率最高的双馈变速恒频风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能，效率较高。在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。这种形式的性价比和效率均较高，逆变器功率较小。调速范围达到30%额定转速，变流的容量只有系统容量的30%左右，变速恒频驱动和MPPT控制，有功、无功功率可独立进行控制。双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电机相似，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，定子接入电网，电网通过四象限AC-DC-AC变频器向发电机的转子供电，提供交流励磁。但存在滑环和变速箱的问题，对电网的冲击较大。 由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速是在不断的变化，而且经常在同步转速上、下波动，为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行。在变速恒频风力发电机中，跨越同步速是变速恒频双馈风力发电机励磁控制关键技术之一。这要求转子交流励磁电源不仅要有良好的变频输入、输出特性，而且要有能量双向流动的能力。现有的技术是采用IGBT器件(绝缘栅双极晶体管)构成的PWM(脉宽调制)整流—PWM逆变型式的AC-DC-AC变频器作为其励磁电源，向发电机的转子绕组提供励磁电流，对定子实现定向矢量控制。控制电流由滑环导入，实现亚同步、同步和超同步运行方式之间的转换，采用这种技术的双馈式异步发电机其转速控制范围可达到同步转速的60%。为了获得较好的输出电压电流波形，输出频率一般不超过输入频率的1/3。其容量一般不超过发电机额定功率的30%，通常只需配置一台1/4功率的变频器。 有刷双馈发电机存在滑环和变速箱的问题，运行可靠性差，需要经常维护，其维护保养费用远高于无齿轮箱变速永磁同步风力发电机，并且这种结构不适合运行在环境比较恶劣的风力发电系统中。近年来国内外风力发电机组故障率最高的部件当数齿轮箱，而齿轮箱的故障绝大多数是由于轴承的故障造成。 齿轮箱的效率可通过功率损失计算或在试验中实测得到。功率损失主要包括齿轮啮合、轴承摩擦、润滑油飞溅和搅拌损失、风阻损失、其它机件阻尼等。齿轮的效率在不同工况下是不一致的。风力发电齿轮箱的专业标准要求齿轮箱的机械效率应大于97%，是指在标准条件下应达到的指标。 2、直驱式永磁同步发电机 所谓“同步”发电机，就是指发电机转子磁场的转速(原动机产生)与定子磁场的转速(电力系统频率决定)相等。这种无齿轮箱变浆距变速的风力发电机组，其风轮轴直接与发电机联接。永磁同步发电机不需要励磁绕组和直流励磁电源，取消了容易出故障的转子上的集电环和电刷装置，成为无刷电机，不存在励磁绕组的铜损耗，比同容量的电励磁式的发电机效率高，结构简单，运行可靠。 这种风力发电机要求全功率变流器，在与电网合闸前，为避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩，需要满足一定的并联条件，端电压、频率与电网必须相同。要求发电机具有高质量地将风能转化为频率、电压恒定的交流电，高效率地实现机电能量转换。 永磁直驱式风力发电机其特点是电机转速低，极数多，结构简单，无变速箱，可靠、长寿命，低噪声，大功率，无滑环，安装和维护费用低。但不足之处是体积大，有失磁之忧，且转子的制造难度比较大。同时这种风力发电机制造成本较高，是双馈变速恒频机的1.3倍。 德国埃纳康（Enercon GmbH）公司在1993年研制成功了直驱式风力发电机，1997年将产品推向了市场，这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，已开发了容量为330kw、800kw、900kw、2000kw和2300kw的多种机型。2000年，瑞典ABB 公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Windformer，该机高约70米、风扇直径约90米。2003年，日本三菱重工完成MWT-S2000型风力发电机的研制工作，这种直驱式风力发电机组采用的是永磁同步电机。2004年德国西门子公司通过收购世界著名的丹麦Bonus Energy(柏纳斯)公司也开发了直驱式风力发电机。 目前，还有荷兰Wi ndbrokers公司，荷兰Emerg ya Wi nd Technologies NV(EWT)、德国Innovative 公司，德国Vensys公司、德国Avavtis公司、瑞典的ABB等公司，韩国Unison公司和国内的新疆金风科技股份有限公司、湖南湘电风能有限公司、东风汽轮机厂、上海万德风力发电股份有限公司、广西银河艾万迪斯风力发电有限公司、常州新誉风力发电设备有限公司、哈尔滨电站设备集团公司、中国运载火箭技术研究院、江西麦德风能股份有限公司等都在研制直驱式风力发电机。 新疆金凤科技股份公司已在2006年与德国Vensys公司合作研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。2007年湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，并在2007年11月成功完成了2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组试车；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合研制的2.5兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年下半年完成样机。永磁材料钕铁硼的最高工作温度较低。一般为80℃左右，在经过特殊处理的磁铁，其最高工作温度也只能是240℃。如果永磁同步发电机通风系统出现问题，过高的温度会造成永磁材料磁性能降低，甚至不可逆去磁。 尽管永磁电机已经过了几十年的研究，但其设计至今还没有一套系统的公式和经验曲线作为依据。变速恒频风力发电系统中的直驱永磁风力发电机的外形尺寸大、工作转速低，通常是一种扁平状的结构。 3、结论与展望 风电发展以来，直驱与双馈两种机型就一直是竞争关系。随着风电行业的继续发展，直驱与双馈两种机型的性能的优缺点会不断的显露出来，性能和成本会成为最主要的考核指标。

双馈式风机的常见问题分析及发展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/0f799482.html, 双馈式风机的常见问题分析及发展 作者：马翊翔 来源：《科技信息·上旬刊》2017年第08期 摘要：文章分析双馈式风机发展的背景，介绍其结构及特点，并以无刷式双馈风力发电机为例介绍其工作原理，分析目前我国双馈式风机在并网运行中的常见问题，展望双馈式风机的未来发展趋势。 关键词：双馈式风机；发电机常见问题；发展 1引言 在全球能源危机和环境恶化的大环境下，我国也在不断调整能源结构，大力开发和利用风能、水能、太阳能等清洁型可再生能源，缓解能源危机并降低对环境的危害。近年来我国的风力发电行业得到了迅速的发展，风力电机装机容量已经居世界首位，但是由于风力发电技术的飞速发展，现代化的风力发电行业对双馈异步风力发电机的并网运行控制策略和保护方案也有着较高的要求，而我国由于相关经验的欠缺和技术的不足，导致目前风力发电机在并网运行中存在着诸多问题，需要在分析双馈式风机特点和原理的基础上，研究其常见的问题以及探索其未来的发展趋势。 2双馈式风机的概况 2.1双馈式风机的特点 双馈式风机即双馈式异步风力发电机，是一种绕线式的转子电机，双馈指的是发电机的定子和转子都能向电网提供反馈电。其主要由发电机、变流器系统。叶轮、控制系统和传动装置组成，在风力发电机组中，由风能带动叶轮转动并通过齿轮增速箱进行驱动发电的。双馈式风力发电机具有以下特点：一是此种发电机生产的电能质量比较高，并具有较高的低压穿透能力。采用双馈风机的风电系统可以通过部分功率变流技术和双馈式感应电机来对其产生的谐波进行缩小，从而提高其产生电能的质量，增强其低压穿透能力；二是具有较高的性价比和运行效率。此种风力发电机采用高速比齿轮箱作为辅助装置，在将其应用于风电机组时可以对其发电系统参数和机械传动系统参数进行科学配置和优化，从而大大提高其发电效率；三是此种风力发电机具有较为成熟的设计、制造与应用技术。其采用的是发电机、叶轮和齿轮相互配合而形成的较为成熟的拉链式传动方式，此种传动结构既能够对各类荷载进行合理分配，而且能够提高风机运行的稳定性，并大大简化其结构；四是由于此种风机的结构较为简单，操作也较为简便，并具有良好的维修性。如上文所述其结构可以将每一部分看做是一个独立的整体，哪一部分发生故障就可以针对性的进行检查和维修，提高故障诊断的准确性和故障排除的效率。 2.2双馈式风机的工作原理

双馈异步风力发电机(西莫讲堂)

主讲人：aser 关键词：双馈异步风力发电机 协助讨论： Edwin_Sun lidb856 pat baizengchen g zslzsl xfq7111 wayne 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。 3. 双馈异步发电机的设计难点： 结构设计难点：因机舱封闭体积，

双馈风力发电机工作原理

双馈异步风力发电机工作原理 我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。 同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改变电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位置，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。 双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，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的磁场，这个旋转磁场的转速 n1称为同步转速，它与电网频率 f1 及电机的极对数 p的关系如下：

P f n 1 160= 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 2 的三相对称电流，所 产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为： P f n 2260= 由上式可知，改变频率 f 2，即可改变 n 2,而且若改变通入转子三 相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设n 1 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，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为f 1 不变。 n ±n2=n1=常数 双馈电机的转差率 11n n n S -= ，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为： 11 11122606060sf n n n Pn n n P Pn f =-=-==）（ 根据上式表明：在异步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（即f 1S ）的电流，则在双馈电机 的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。 根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态： （1） 亚同步运行状态。在此种状态下n

第七章 双馈风力发电机工作原理

第七章双馈风力发电机工作原理 我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。 同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。 通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。 改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功功率，还可以调节有功功率。 交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内容讲述一种基于定子磁链定向的矢量控制策略，该控制策略可以实现机组的变速恒频发电而且可以实现有功无功的独立解耦控制，当前的主流双馈风力发电机组均是采用此种控制策

略。 一、 双馈电机的基本工作原理 设双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，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的磁场，这个旋转磁场的转速1n 称为同步转速，它与电网频率 1f 及电机的极对数p 的关系如下： p f n 1 160= （3-1） 同样在转子三相对称绕组上通入频率为2f 的三相对称电流，所产生旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为： p f n 2 260= （3-2） 由式3-2可知，改变频率2f ，即可改变2n ，而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设1n 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 常数==±12n n n ，见式3-3，则双馈电机定子绕组的感应电势，如同在同步发电机 时一样，其频率将始终维持为1f 不变。 常数==±12n n n （3-3） 双馈电机的转差率1 1n n n S -=，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为： S f pn f 12 260 == （3-4）

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

双馈异步风力发电机(讲)

双馈异步风力发电机(西莫讲堂) 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。 3. 双馈异步发电机的设计难点： 结构设计难点：因机舱封闭体积，风机运行环境非常恶劣，需要气温-30～55度之间正常运行，希望电机尺寸尽量小，风机对发电机重量有严格要求，部分厂家对转子转动惯量也有要求。发电机需要高速运行，但振速要小，通常要小于2.8mm/s。此外对于水冷的电机入水温度较高，需要考虑维修和维护问题！比如轴承自动加油等！还有就是，整个发电机是倾斜运行的，大概4～5度的倾斜角度，这个在结构设计时候需要考虑～～大家看到发电机的轴承就知道了。 电气设计难点：风机需要效率97%以上，由于转子绕组接变频器，接变频器就会引发谐波电流，会引起铜耗，铁耗等！此外定子

双馈风力发电机故障点

29.1观察加速度传感器故障界面中的加速度信号电压值，使用手持仪器测量面板上的加速度端子信号。若测量到的信号为0V，则可能是加速度传感器信号线断开或损坏。 若测量到的信号数值与界面显示的信号数值不相符，则可以判断是加速度传感器损坏。 30.1观察环境温度传感器故障界面中的温度信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的温度端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是环境温度传感器信号线断开。 若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是环境温度传感器损坏。 31.5观察振动传感器故障界面中的振动信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的振动端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是振动传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是振动传感器损坏。 31.5观察振动传感器故障界面中的振动信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的振动端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是振动传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是振动传感器损坏。 32.1观察液位传感器故障界面中的液位信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的液位端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是液位传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是液位传感器损坏。 33.1观察压力传感器故障界面中的压力信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的压力端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是压力传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是压力传感器损坏。 34.5观察风向传感器故障界面中的风向信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的风向端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是风向传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是风向传感器损坏。 35.7观察风速传感器故障界面中的风速信号频率值，然后使用手持仪器测量面板上的风速端子信号。若测量到的信号频率为0Hz，则可以判断是风速传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的频率值不相符并且不为0Hz，则可以判断是风速传感器损坏。 36.1观察发电机测速编码器故障界面中的编码器信号频率值，然后使用手持仪器测量面板上的电机转速端子信号。若测量到的信号频率为0Hz，则可以判断是编码器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的频率值不相符并且不为0Hz，则可以判断是编码器损坏。 37.7观察机舱电动机测速编码器故障界面中的编码器信号频率值，然后使用手持仪器测量面板上的机舱转速端子信号。若测量到的信号频率为0Hz，则可以判断是编码器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的频率值不相符并且不为0Hz，则可以判断是编码器损坏。 38.1观察拖动机温度异常故障界面，观察界面中的环境温度曲线、拖动机温度曲线、拖动机转速曲线以及拖动机实时电流值数据。若拖动机转速不高，环境温度持续过高，并且拖动机实时电流正常，则可以判断是环境温度过高。若环境温度不高，拖动机转速时高时低，并且拖动机实时电流时大时小，则可以

双馈风力发电机工作原理

双馈风力发电机工作原理标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

双馈异步风力发电机工作原理 我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其有独立的励磁绕组，可以像同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。 同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量，通过改变励磁频率，可改变电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或者吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位置上有一个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位置，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可以调节无功功率，也可以调节有功功率。 双馈电机的定转子绕组均为对称绕组，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的磁场，这个旋转磁场的转速 n1称为同步转速，它与电网频率 f1 及电机的极对数 p的关系如下：

P f n 1 160= 同样在转子三相对称绕组上通入频率为f 2 的三相对称电流，所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度为： P f n 2260= 由上式可知，改变频率 f 2，即可改变 n 2,而且若改变通入转子三相电流的相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向。因此，若设n 1 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，如同在同步发电机时一样，其频率将始终维持为f 1 不变。 n ±n2=n1=常数 双馈电机的转差率 11n n n S -= ，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为： 11 11122606060sf n n n Pn n n P Pn f =-=-==）（ 根据上式表明：在异步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（即f 1S ）的电流，则在双馈电机的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。 根据双馈电机转子转速的变化，双馈发电机可有以下三种运行状态：

有关双馈风力发电机故障穿越控制问题分析 韩迎春

有关双馈风力发电机故障穿越控制问题分析韩迎春 发表时间：2018-06-05T16:49:37.893Z 来源：《电力设备》2018年第2期作者：韩迎春[导读] 摘要：随着社会的发展和时代的进步，地球的环境问题也越来越受到重视，我国也一直不断的大力倡导新能源的使用。 （国华（沽源）风电有限公司河北省张家口市 076750）摘要：随着社会的发展和时代的进步，地球的环境问题也越来越受到重视，我国也一直不断的大力倡导新能源的使用。其中，风力发电因其具有投资周期短、清洁环保、再生性强的特点，所以一直是国家的重点研究项目。近年来，随着大量的风力发电设备不断的投入使用，风电机组的电网电压故障穿越能力控制问题也日益凸显。通过对电网电压发生三相对称故障时的暂态分析，根据其运行特点，提出了 一种电网故障时双馈风力发电机转子侧变流器低电压穿越控制策略，来实现当双馈风电机组在电网发生三相对称故障时的穿越。关键词：三相对称故障；风力发电机；故障穿越引言： 随着对风力发电研究的不断深入，风力发电技术也日渐成熟。由于风力发电相对其他发电设施有着较明显的优势，近年来，风力发电在我国发电市场中所占比例不断增大，大量大型风电场不断被建立。风力发电机的故障穿越能力作为风力发电的关键性技术之一，对其重视程度在近年来不断上升。对于如何在风电场和电网电压发生故障时对风电机实施行之有效的控制策略，避免风电机出现励磁失控，对风电机组的核心组件励磁控制变流器产生较大伤害，防止风电机的定、转子出现冲击电流、转矩突变，引发风电场的风电机组出现大规模连锁脱网事故等问题。各国的专家学者纷纷对风电机的故障穿越能力控制技术进行激烈的讨论和研究，并取得了较为成熟的研究成果。此研究成果大体可以分为增加拓扑结构的控制策略和完全依靠改进变流器的控制策略等两大类。本文通过对电网电压发生三相对称故障时的暂态分析，提出一种转子侧变流器低电压穿越的控制策略，仿真和实验结果表明此控制方法有良好效果。 一、双馈风力发电机的结构与特点 双馈风力发电机当中的“双馈”所指的是电机当中的定子与转子都能够实现电力供应过程。通常情况下，双馈式发电机所包含的主要部件为定、转子与接线盒，传动机构与冷却设备等。其中，转子结构主要存在成型绕组、散嵌绕组等形式；滑环系统主要包括碳刷、刷架、滑环、滑环风扇、滑环维护罩等部分，而滑环又分为热套式和环氧浇注式两种类型；冷却设备主要分为风冷式等多种形式。如果从性质方面进行考虑，双馈式发电机可以划分到异步式发电机的范畴内，但此种发电机存在着与同步发电机类似的激磁绕组来对励磁过程与功率因素进行调控。所以，该发电机具有这两种发电机的优势。此种发电机有着体积小、无功功率调节简单便利、抗电磁干扰性能强等优势。并且它的励磁过程同其与其连接的供电网络并无过大的关系，能够由转子所在的电路直接完成。所以，发电机所输出的能量具有良好的稳定性，并且工作期间通常不会造成电网出现大幅度波动。系统能够对发电机励磁过程加以控制，进而实现对发电机运转状态参数与功率因数的高效调节。此外，双馈式发电机对于风力变化情况具有较强的适应性，同时可以保证输出电能的稳定可靠性。 二、双馈电机工作原理 根据定子磁场转动速率与转子磁场转动速率的关系，此种发电机的运转模式可以分为下面的三种：（1）超同步模式。当定子磁场转动速率不高于转子磁场转动速率的条件下，转轴输出功率要高出定子磁场运行产生的功率。而转子所在电路无需供电网络提供直流励磁电流，并且还可以借助双脉冲宽度调制变流器有效的对供电网络提供电能支持，所以，在此种运行模式下，发电机可以同时利用定子所在电路与转子所在电路向供电网络输送电能。这样的模式便是发电机的正常运行模式。（2）同步模式。在定子磁场转动速率与转子磁场转动速率相等的情况下，转轴所输出的功率同定子磁场运行产生的功率相差无几。这时，发电机尽可以借助定子所在的电路为供电网络提供电能，但转子所在电路无法进行参与，只可以接受供电网络所提供的直流励磁电流。在这种情况下，三者之间转动速率保持一致，所以，发电机的运行处于同步模式。（3）亚同步模式。当定子磁场转动速率高于转子磁场转动速率时，转轴输出功率要比定子磁场运行产生的功率低。所以，处于此种运行模式下，供电网络则需利用双脉冲宽度调制变流器为转子所在电路供给电能，而电能输送任务由定子所在电路一方承担。这种工作模式又叫做补偿发电模式。具体运用过程中，双馈式发电机的运行模式同环境条件因素存在一定联系，如果风力比较下，那么发电机会以亚同步模式运行，而如果风力较大，那么发电机就会以正常状态（超同步模式）运行。 三、电网三相对称故障时双馈风力发电机暂态分析