變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電變頻器簡介

寧夏發(fā)電集團(tuán)賀蘭山風(fēng)電廠

中國北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠

雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)交流近四年風(fēng)力發(fā)電容量統(tǒng)計(jì)

年份2003年2004年2005年2006年累計(jì)發(fā)電容量（萬kW）56．776．4126．9258．9新增發(fā)電容量（萬kW）9.819.750.5126比上年增長速度――2．01倍2．55倍2．5倍國內(nèi)機(jī)組占新增容量比重――25％29．4％41．3％近兩年風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型統(tǒng)計(jì)分析

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電

變頻控制技術(shù)中國北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠西安永電電氣有限公司主要內(nèi)容雙饋發(fā)電機(jī)工作原理雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)雙饋發(fā)電機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙饋?zhàn)冾l器工作原理雙饋?zhàn)冾l器矢量控制原理異步電機(jī)矢量變化過程西安永電公司雙饋?zhàn)冾l器矢量控制方法電網(wǎng)側(cè)變頻器矢量控制轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器矢量控制雙饋?zhàn)冾l器電氣原理圖雙饋?zhàn)冾l器試驗(yàn)波形1.雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)同普通繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)結(jié)構(gòu)功能相同，所不同的是普通繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)主要用于提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、用于串級(jí)調(diào)速（串電阻、內(nèi)電反饋）；雙饋發(fā)電機(jī)用于發(fā)電，其轉(zhuǎn)子繞組必須接變頻器，由雙饋?zhàn)冾l器給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，在電機(jī)定子感應(yīng)發(fā)電，基于這種原理，雙饋發(fā)電機(jī)還可以有另外一種結(jié)構(gòu)，即無刷雙饋發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)原理如下圖示：無刷雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

由無刷雙饋發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖可知，無刷雙饋電機(jī)與現(xiàn)有的雙速失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相同，不同的是無刷雙饋發(fā)電機(jī)定子上的兩套繞組極對數(shù)是一樣的，我們的雙速風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子上兩套繞組極對數(shù)不同，用于適應(yīng)不同風(fēng)速下發(fā)電；無刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制繞組，只用于給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，同步速以上可向電網(wǎng)饋電，運(yùn)行原理同有刷雙饋發(fā)電機(jī)，但在結(jié)構(gòu)上比有刷雙饋發(fā)電機(jī)有許多優(yōu)勢：一是轉(zhuǎn)子沒線圈繞組，轉(zhuǎn)子溫升不受限制；二是線圈繞組全在定子上，有利于散熱，也不旋轉(zhuǎn)，可靠性大大提高；三是轉(zhuǎn)子上沒有了滑環(huán)，沒有電刷，大大減小了電機(jī)維護(hù)量。2.雙饋發(fā)電機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)雙饋發(fā)電機(jī)因?yàn)椴捎昧穗p饋?zhàn)冾l器給轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁，其運(yùn)行特性與普通繞線轉(zhuǎn)子有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)在：雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍大大提高，普通鼠籠發(fā)電機(jī)只能在同步轉(zhuǎn)速范圍以上發(fā)電，并且運(yùn)行范圍很窄，只有1％左右，超過后發(fā)電機(jī)即進(jìn)入失速區(qū)；只要雙饋?zhàn)冾l器容量不受經(jīng)濟(jì)限制，雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍可以是0－2倍同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)雙饋?zhàn)冾l器容量與雙饋發(fā)電機(jī)容量相同。雙饋?zhàn)冾l器采用矢量控制，有功、無功分量完全解耦，可以使雙饋發(fā)電機(jī)靈活輸出超前、滯后無功功率，可以改善電網(wǎng)功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，控制特性近乎同步發(fā)電機(jī)。雙饋發(fā)電機(jī)由于有雙饋?zhàn)冾l器提供勵(lì)磁電流，在電網(wǎng)電壓故障瞬間，具有較強(qiáng)過載能力，由于過載電流受IGBT額定電流限制，過載能力要次于同步發(fā)電機(jī)；普通鼠籠異步發(fā)電機(jī)，在電網(wǎng)故障瞬間，與同步發(fā)電機(jī)一樣有較強(qiáng)過載能力，但由于沒有勵(lì)磁電流支撐，短路電流衰減很快，必需要靠無功補(bǔ)償裝置維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。雙饋發(fā)電機(jī)在雙饋?zhàn)冾l器供應(yīng)勵(lì)磁電流，在電機(jī)定子側(cè)感應(yīng)出恒定頻率電功率；雙饋?zhàn)冾l器輸出到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率，即勵(lì)磁電流的頻率f2，與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角頻率和必須恒等于50Hz，用公式表示如下：

3.雙饋發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.雙饋?zhàn)冾l器矢量控制原理

雙饋電機(jī)屬于異步發(fā)電機(jī)，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方程：T＝CTφmI2COSφ2，即轉(zhuǎn)矩與電機(jī)氣隙磁場、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子電流的功率因數(shù)有關(guān)。氣隙磁場由定子電流、轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生（準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是，由定子電流產(chǎn)生的穿過氣隙與轉(zhuǎn)子繞組匝鏈的磁通以及轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用而產(chǎn)生的），定子電流的大小與電機(jī)負(fù)載密切相關(guān)，因此要準(zhǔn)確控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，即雙饋發(fā)電機(jī)功率，非常困難。因此引入矢量控制，即根據(jù)直流電機(jī)控制原理，將異步電機(jī)有功分量、無功分量進(jìn)行解耦，在電機(jī)控制時(shí)，保持無功分量即勵(lì)磁電流恒定，只需調(diào)節(jié)電機(jī)的有功分量，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，控制非常靈活。

5.異步電機(jī)矢量變化過程

矢量變化過程，其實(shí)就是坐標(biāo)變化過程，主要是為了簡化異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，使模型降階。首先是三相電磁量變換成兩相電磁量，即把三相坐標(biāo)系中的電磁量變換到兩相坐標(biāo)系中進(jìn)行運(yùn)算，所以定義了定子兩相坐標(biāo)系（靜止坐標(biāo)系），坐標(biāo)系的兩個(gè)坐標(biāo)軸分別用α、β表示，通常使α軸與三相軸a軸重合。另一坐標(biāo)變換是，將兩相靜止坐標(biāo)的電磁量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的電磁量，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系定義為d、q坐標(biāo)系，又稱M—T坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)有功分量。由于引入了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，d、q坐標(biāo)下的電磁量又產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)耦合項(xiàng)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，