双馈风力发电机的基本运行原理和特点

摘要：双馈风力发电机由于其的优点,己成为并网型风力发电机的主流机型之一。本文对双馈感应风力发电机的基本运行原理和特点进行了简单的阐释。

关键词：双馈风力发电机    运行原理    运行特点

正文：

一、什么是双馈风力发电

风力发电简单说就是把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。目前在风力发电领域，双馈电机的应用逐渐占有重要地位。双馈发电的意思就是指感应电机的定子，转子可以同时发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁；此外，其定子，转子都可以与电网有能量交换 

二、双馈异步风力发电机的原理

双馈异步风力发电机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。

双馈异步发电机原理图如下：

三、双馈发电机的特点

1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%--35%，因而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4--1/3。这样，系统的总体配置费用就比较低。

2、具有变速恒频的特性。

3、可以实现有功功率和无功功率的调节。

四、如何实现变速恒频？

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： 

                      n1 =60 f1 /p

同样在转子三相对称绕组上通入频率为f2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：n2 = 60f2 /p，改变频率f2，即可改变n2,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n1 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f1不变。 双馈电机的转差率S= n1-n/n1 ，则双馈电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p（n1-n）/60= f1 S

  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f1s）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。

参考文献：叶启明，大型风力发电机组系统的结构与特点.华中电力，2002

刘其辉，变速恒频风力发电系统运行与控制研究.浙江大学博士学位论文，2005下载本文