變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電變頻器簡介

寧夏發(fā)電集團賀蘭山風(fēng)電廠

中國北車集團永濟電機廠

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

年份2003年2004年2005年2006年累計發(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)機組占新增容量比重――25％29．4％41．3％近兩年風(fēng)力發(fā)電機組類型統(tǒng)計分析

變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電

變頻控制技術(shù)中國北車集團永濟電機廠西安永電電氣有限公司主要內(nèi)容雙饋發(fā)電機工作原理雙饋發(fā)電機結(jié)構(gòu)雙饋發(fā)電機應(yīng)用特點雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙饋變頻器工作原理雙饋變頻器矢量控制原理異步電機矢量變化過程西安永電公司雙饋變頻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變頻器電氣原理圖雙饋變頻器試驗波形1.雙饋發(fā)電機結(jié)構(gòu)同普通繞線轉(zhuǎn)子異步電機結(jié)構(gòu)功能相同，所不同的是普通繞線轉(zhuǎn)子異步電機主要用于提高起動轉(zhuǎn)矩、用于串級調(diào)速（串電阻、內(nèi)電反饋）；雙饋發(fā)電機用于發(fā)電，其轉(zhuǎn)子繞組必須接變頻器，由雙饋變頻器給發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，在電機定子感應(yīng)發(fā)電，基于這種原理，雙饋發(fā)電機還可以有另外一種結(jié)構(gòu)，即無刷雙饋發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)原理如下圖示：無刷雙饋發(fā)電機結(jié)構(gòu)原理圖

由無刷雙饋發(fā)電機結(jié)構(gòu)原理圖可知，無刷雙饋電機與現(xiàn)有的雙速失速型風(fēng)力發(fā)電機結(jié)構(gòu)相同，不同的是無刷雙饋發(fā)電機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)電機的控制繞組，只用于給發(fā)電機勵磁，同步速以上可向電網(wǎng)饋電，運行原理同有刷雙饋發(fā)電機，但在結(jié)構(gòu)上比有刷雙饋發(fā)電機有許多優(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，大大減小了電機維護量。2.雙饋發(fā)電機的應(yīng)用特點雙饋發(fā)電機因為采用了雙饋變頻器給轉(zhuǎn)子提供勵磁，其運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)電機轉(zhuǎn)速運行范圍大大提高，普通鼠籠發(fā)電機只能在同步轉(zhuǎn)速范圍以上發(fā)電，并且運行范圍很窄，只有1％左右，超過后發(fā)電機即進入失速區(qū)；只要雙饋變頻器容量不受經(jīng)濟限制，雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)速運行范圍可以是0－2倍同步轉(zhuǎn)速，此時雙饋變頻器容量與雙饋發(fā)電機容量相同。雙饋變頻器采用矢量控制，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。雙饋發(fā)電機由于有雙饋變頻器提供勵磁電流，在電網(wǎng)電壓故障瞬間，具有較強過載能力，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；普通鼠籠異步發(fā)電機，在電網(wǎng)故障瞬間，與同步發(fā)電機一樣有較強過載能力，但由于沒有勵磁電流支撐，短路電流衰減很快，必需要靠無功補償裝置維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。雙饋發(fā)電機在雙饋變頻器供應(yīng)勵磁電流，在電機定子側(cè)感應(yīng)出恒定頻率電功率；雙饋變頻器輸出到發(fā)電機轉(zhuǎn)子的頻率，即勵磁電流的頻率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.雙饋變頻器矢量控制原理

雙饋電機屬于異步發(fā)電機，異步電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩方程：T＝CTφmI2COSφ2，即轉(zhuǎn)矩與電機氣隙磁場、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負(fù)載密切相關(guān)，因此要準(zhǔn)確控制電機轉(zhuǎn)矩，即雙饋發(fā)電機功率，非常困難。因此引入矢量控制，即根據(jù)直流電機控制原理，將異步電機有功分量、無功分量進行解耦，在電機控制時，保持無功分量即勵磁電流恒定，只需調(diào)節(jié)電機的有功分量，即可控制電機轉(zhuǎn)矩，控制非常靈活。

5.異步電機矢量變化過程

矢量變化過程，其實就是坐標(biāo)變化過程，主要是為了簡化異步電機數(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)系中進行運算，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，實現(xiàn)異步電機有功分量。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，在實際應(yīng)用時，