變速恒頻雙饋風力發(fā)電變頻器簡介

變速恒頻雙饋風力發(fā)電變頻器簡介第一頁，共20頁。近四年風力發(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倍國內機組占新增容量比重――25％29．4％41．3％第二頁，共20頁。近兩年風力發(fā)電機組類型統(tǒng)計分析

第三頁，共20頁。變速恒頻雙饋風力發(fā)電

變頻控制技術中國北車集團永濟電機廠西安永電電氣有限公司第四頁，共20頁。主要內容雙饋發(fā)電機工作原理雙饋發(fā)電機結構雙饋發(fā)電機應用特點雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)結構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)側變頻器矢量控制轉子側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第五頁，共20頁。1.雙饋發(fā)電機結構同普通繞線轉子異步電機結構功能相同，所不同的是普通繞線轉子異步電機主要用于提高起動轉矩、用于串級調速（串電阻、內電反饋）；雙饋發(fā)電機用于發(fā)電，其轉子繞組必須接變頻器，由雙饋變頻器給發(fā)電機轉子提供勵磁電流，在電機定子感應發(fā)電，基于這種原理，雙饋發(fā)電機還可以有另外一種結構，即無刷雙饋發(fā)電機，其結構原理如下圖示：第六頁，共20頁。無刷雙饋發(fā)電機結構原理圖第七頁，共20頁。

由無刷雙饋發(fā)電機結構原理圖可知，無刷雙饋電機與現(xiàn)有的雙速失速型風力發(fā)電機結構相同，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，我們的雙速風力發(fā)電機定子上兩套繞組極對數(shù)不同，用于適應不同風速下發(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，但在結構上比有刷雙饋發(fā)電機有許多優(yōu)勢：一是轉子沒線圈繞組，轉子溫升不受限制；二是線圈繞組全在定子上，有利于散熱，也不旋轉，可靠性大大提高；三是轉子上沒有了滑環(huán)，沒有電刷，大大減小了電機維護量。第八頁，共20頁。2.雙饋發(fā)電機的應用特點雙饋發(fā)電機因為采用了雙饋變頻器給轉子提供勵磁，其運行特性與普通繞線轉子有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)在：雙饋發(fā)電機轉速運行范圍大大提高，普通鼠籠發(fā)電機只能在同步轉速范圍以上發(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濟限制，雙饋發(fā)電機轉速運行范圍可以是0－2倍同步轉速，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。第九頁，共20頁。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勵磁電流，在電機定子側感應出恒定頻率電功率；雙饋變頻器輸出到發(fā)電機轉子的頻率，即勵磁電流的頻率f2，與轉子旋轉的角頻率和必須恒等于50Hz，用公式表示如下：

第十頁，共20頁。3.雙饋發(fā)電系統(tǒng)結構圖第十一頁，共20頁。4.雙饋變頻器矢量控制原理

雙饋電機屬于異步發(fā)電機，異步電機的轉矩轉矩方程：T＝CTφmI2COSφ2，即轉矩與電機氣隙磁場、轉子電流、轉子電流的功率因數(shù)有關。氣隙磁場由定子電流、轉子電流相互作用產生（準確的說法應該是，由定子電流產生的穿過氣隙與轉子繞組匝鏈的磁通以及轉子感應電流相互作用而產生的），定子電流的大小與電機負載密切相關，因此要準確控制電機轉矩，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，只需調節(jié)電機的有功分量，即可控制電機轉矩，控制非常靈活。

第十二頁，共20頁。5.異步電機矢量變化過程

矢量變化過程，其實就是坐標變化過程，主要是為了簡化異步電機數(shù)學模型，使模型降階。首先是三相電磁量變換成兩相電磁量，即把三相坐標系中的電磁量變換到兩相坐標系中進行運算，所以定義了定子兩相坐標系（靜止坐標系），坐標系的兩個坐標軸分別用α、β表示，通常使α軸與三相軸a軸重合。另一坐標變換是，將兩相靜止坐標的電磁量轉換為旋轉坐標下的電磁量，兩相旋轉坐標系定義為d、q坐標系，又稱M—T坐標系，實現(xiàn)異步電機有功分量。由于引入了旋轉坐標，d、q坐標下的電磁量又產生了旋轉耦合項，在實際應用時，將旋轉耦合項前饋補償，實現(xiàn)電機有功、無功分量完全解耦。第十三頁，共20頁。6.電網(wǎng)側變頻器矢量控制第十四頁，共20頁。7.轉子側變頻器矢量控