2009-4-1,双馈风力发电机及控制原理,2009年8月,北京清能华福风电技术有限公司,2009-4-1,双馈风力发电机及控制原理,主要内容 风力发电简介 双馈电机原理 双馈电机控制策略,2009-4-1,一、风力发电简介,2009-4-1,风力发电简介,中国风电场分布图（截止2007年年底）,2009-4-1,风力发电简介,中国风电市场发展 电机、齿轮箱、叶片等设备已实现国产化； 电控系统国产化程度低，被国外设备占据。,1997-2008年中国风力发电总装机容量（除台湾省）,2009-4-1,风力发电简介,风电机组分类 按风轮机类型分(风能到机械能) 水平轴、垂直轴 定桨距、变桨距 单叶片、双叶片、三叶片、多叶片 定速型、变速型 按发电机类型分(机械能到电能) 鼠笼式 绕线式 同步/永磁式 其他新型电机（开关磁阻电机、横向磁场电机、高压电机）,2009-4-1,风力发电简介,不同类型的风机,水平轴风机,垂直轴风机,永磁直驱型风机,2009-4-1,风力发电简介,风力发电技术的进展,2009-4-1,风力发电简介,定速到变速的原因 追求最大的风能捕获 减小机组的机械应力,风能利用系数与叶尖速比的关系,最大功率点跟踪,2009-4-1,风力发电简介,基于鼠笼式异步电机的风电机组,2009-4-1,风力发电简介,基于绕线式电机的风电机组,2009-4-1,风力发电简介,双馈机型的优、缺点 优点： 气动效率高，机械应力小，功率波动小 功率变换设备成本低 缺点： 电机滑环、齿轮箱等设备维护量大,2009-4-1,风力发电简介,基于同步电机的风电机组（直驱机型）,2009-4-1,风力发电简介,直驱型机组优、缺点 优点： 不需要齿轮箱，维护量小 永磁同步机组效率高 缺点： 技术不成熟 全功率变流器，成本高,2009-4-1,水平轴风力发电机的结构和组成,风力发电简介,2009-4-1,二、双馈电机原理,2009-4-1,双馈电机原理,电机的分类 变压器 直流电机 同步电机 异步电机 鼠笼式 绕线式 ,2009-4-1,双馈电机原理,异步电机运行方式 转差功率全部损耗 定子调压、转子串电阻 最优转差功率 定子变频运行 转差功率回馈（双馈运行模式） 静止Kramer(单向)、静止Scherbius(双向) 双馈电机是由绕线式电机与变流器共同组成的一种电机运行系统。,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机系统结构 静止Kramer结构 转差功率单向流动 定子侧励磁 转速范围窄 静止Scherbius结构 转差功率双向流动 转子侧励磁 转速范围宽,2009-4-1,双馈电机原理,异步电机运行方式 异步电机等效电路,普通异步运行模式,双馈运行模式,2009-4-1,双馈电机原理,不同工况下双馈电机的能量关系,A、超同步速发电,c、亚同步速发电,B、超同步速电动,D、亚同步速电动,2009-4-1,双馈电机原理,普通异步电机运行工况,A、超同步速发电,D、亚同步速电动,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机工作原理 双馈电机是一种交流励磁的电机； 同步电机是双馈电机的一种特例。,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机与普通绕线电机设计上的不同,2009-4-1,双馈电机原理,双馈电机与双馈变流器的参数匹配 双馈系统主要参数 电网电压等级-变流器电压容量 变流器电压容量+转速运行范围-转子开路电压 系统功率等级+转速运行范围+电机互感-变流器电流容量 新的要求 故障穿越-降低转子开路电压，提高变流器电流容量，增大电机机械强度。 无功功率支持-提高变流器电流容量，改善电机散热。,2009-4-1,三、双馈电机控制策略,2009-4-1,双馈电机控制策略,常用的控制策略 转子侧变流器 控制双馈电机运行 矢量控制 直接转矩控制 网侧变流器 稳定直流环节电压 矢量控制,2009-4-1,双馈电机控制策略,矢量控制 矢量：既有大小，又有方向的量 矢量控制：即控制电机磁场矢量的大小，又控制磁场矢量的方向。(相当于控制电机反电势) 控制方式：连续控制，相当于电位器。 稳态无差运行，响应略慢。,2009-4-1,双馈电机控制策略,直接转矩控制 即控制电机磁场矢量的大小，又控制磁场矢量的方向。 控制方式：梆梆控制，相当于开关； 无法达到稳态误差，转矩和磁场脉动大。 响应快。 目前的趋势： 矢量控制与直接转矩控制相结合。,2009-4-1,双馈电机控制策略,双馈电机矢量控制原理 通过控制转子电流来控制定子反电势 变流器通过控制附加在转子绕组端口的电压来控制转子电流 由给定的有功、无功指令，通过一定的折算，得到转子电流指令的幅值、相位和相序。,2009-4-1,双馈电机控制策略,双馈电机矢量控制原理 关键的电机参数及检测值 电机互感-定子侧的无功功率指令向转子电流折算 电机定转子匝比-定子侧功率向转子电流的折算 电机饱和度-定子无功功率控制的精度 电机转子位置检测（编码器）和电网电压相位检测 -转子电流相位和相序的折算 转子电流检测-矢量控制能否正常执行的关键,2009-4-1,双馈电机控制策略,脉宽调制 （PWM）技术,2009-4-1,谢谢！ 欢迎讨论！,