雙饋異步發(fā)電機(金風(fēng))

1、雙饋發(fā)電機介紹雙饋發(fā)電機介紹工作原理工作原理 雙饋異步發(fā)電機是指將定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別雙饋異步發(fā)電機是指將定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接入兩個獨立的三相對稱電源接入兩個獨立的三相對稱電源,定子繞組接入工頻電源定子繞組接入工頻電源,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組接入頻率、幅值、相位都可以按照要求進行調(diào)節(jié)的子繞組接入頻率、幅值、相位都可以按照要求進行調(diào)節(jié)的交流電源交流電源,即采用交直交或交交變頻器給轉(zhuǎn)子繞組即采用交直交或交交變頻器給轉(zhuǎn)子繞組供電的結(jié)構(gòu)供電的結(jié)構(gòu),如圖所示。如圖所示。 其中其中,轉(zhuǎn)子外加電壓的頻率轉(zhuǎn)子外加電壓的頻率在任何情況下必須與轉(zhuǎn)在任何情況下必須與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率保持一致子感應(yīng)電動勢的頻率保持一致,當改

2、變轉(zhuǎn)子外加電壓的幅當改變轉(zhuǎn)子外加電壓的幅值和相位時即可以改變電機的轉(zhuǎn)速及定子的功率因數(shù)。值和相位時即可以改變電機的轉(zhuǎn)速及定子的功率因數(shù)。系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 如果在三相對稱繞組中通入三相對稱交流電如果在三相對稱繞組中通入三相對稱交流電,則將在電機則將在電機氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。氣隙內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 此旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電頻率此旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與所通入的交流電頻率f 2 及電機的極及電機的極對數(shù)對數(shù)p 有關(guān)有關(guān),即即n2 = 60f 2/ p。 式中式中: n2 為繞線轉(zhuǎn)子三相對稱繞組通入頻率為為繞線轉(zhuǎn)子三相對稱繞組通入頻率為f 2 的三相的三相對稱電流后所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場對稱電流后所產(chǎn)生的

3、旋轉(zhuǎn)磁場, 相對于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度。相對于轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度。 從上式可知從上式可知,改變頻率改變頻率f 2 , 即可改變即可改變n2 。 若改變通入轉(zhuǎn)子三相電流的相序若改變通入轉(zhuǎn)子三相電流的相序, 還可以改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)還可以改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的方向。磁場的方向。 因此因此,若設(shè)若設(shè)n1 為對應(yīng)于電網(wǎng)頻率為為對應(yīng)于電網(wǎng)頻率為50Hz ( f 1 =50Hz) 時異步發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速（磁場的轉(zhuǎn)速）時異步發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速（磁場的轉(zhuǎn)速）, 而而n 為異步電機轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度為異步電機轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度,則只要維持則只要維持n + n2 = n1 為常數(shù)為常數(shù),則異步電機定子繞組的感應(yīng)電則異步電機定子

4、繞組的感應(yīng)電勢的頻率始終維持為勢的頻率始終維持為f 1 不變。不變。 f 2 = p ( n1 - n) / 60 = pn1/ 60 ( n1 - n) / n1 = sf 1 。 可見可見,在異步電機轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時在異步電機轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時, 只要只要在轉(zhuǎn)子繞組中通入滑差頻率在轉(zhuǎn)子繞組中通入滑差頻率( sf 1) 的電流的電流,則則在異步電機的定子繞組中就能產(chǎn)生在異步電機的定子繞組中就能產(chǎn)生50Hz 的恒頻的恒頻電勢。電勢。 當在轉(zhuǎn)子繞組中串入頻率與其感應(yīng)電勢的頻率相當在轉(zhuǎn)子繞組中串入頻率與其感應(yīng)電勢的頻率相同、相位與幅值可調(diào)電壓同、相位與幅值可調(diào)電壓2 后后,通過改變串入電

5、壓通過改變串入電壓2 與與轉(zhuǎn)子電動勢相角關(guān)系及其幅值大小轉(zhuǎn)子電動勢相角關(guān)系及其幅值大小,即可將異步發(fā)電機調(diào)即可將異步發(fā)電機調(diào)整為整為超同步發(fā)電機、亞同步發(fā)電機、同步發(fā)電機超同步發(fā)電機、亞同步發(fā)電機、同步發(fā)電機三種狀態(tài)。三種狀態(tài)。其中其中,適當調(diào)整轉(zhuǎn)子外加電壓適當調(diào)整轉(zhuǎn)子外加電壓2 與與E2S 的相位關(guān)系時可提的相位關(guān)系時可提高電機的功率因數(shù)、改善電網(wǎng)特性。高電機的功率因數(shù)、改善電網(wǎng)特性。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機的功率傳遞關(guān)系如下雙饋風(fēng)力發(fā)電機的功率傳遞關(guān)系如下:(1) 亞同步發(fā)電區(qū)亞同步發(fā)電區(qū)(1 S 0) :在此種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在此種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n n1 同同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速,由滑差頻率為由滑差頻率為

6、f 2 的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2 與與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同,因此因此n + n2= n1 。此時的電磁此時的電磁功率功率Pem 0 ,由電機定子繞組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率由電機定子繞組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率Ps 0 ,由電由電網(wǎng)通過變頻器提供給轉(zhuǎn)子繞組網(wǎng)通過變頻器提供給轉(zhuǎn)子繞組,電機實際發(fā)電功率為電機實際發(fā)電功率為(1 - S) Pem ,如圖。如圖。(2) 超同步發(fā)電區(qū)超同步發(fā)電區(qū)( S n1 同同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速,改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為f 2 的電流相序的電流相序,則其則其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2 的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的

7、轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反,因此因此有有n - n2 = n1 。為了實現(xiàn)。為了實現(xiàn)n2反向反向,在由亞同步運行轉(zhuǎn)在由亞同步運行轉(zhuǎn)向超同步運行時向超同步運行時,轉(zhuǎn)子三相繞組必須能自動改變其向序轉(zhuǎn)子三相繞組必須能自動改變其向序;反反之之,也是一樣。此時的電磁功率也是一樣。此時的電磁功率Pem 0 ,由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變頻器將其饋由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變頻器將其饋入電網(wǎng)入電網(wǎng),電機實際發(fā)電功率為電機實際發(fā)電功率為(1 + | S| ) Pem ,如圖。如圖。(3) 同步運行區(qū)同步運行區(qū): 此種狀態(tài)下此種狀態(tài)下n = n1 ,滑差頻率滑差頻率f 2 = 0 ,這表明此時這表明此時通入轉(zhuǎn)子繞組的電流的頻率為通入轉(zhuǎn)

8、子繞組的電流的頻率為0 ,也即是直流電流也即是直流電流,因此與因此與普通同步發(fā)電機一樣。普通同步發(fā)電機一樣。 此時此時, S = 0 , Pem = Pmec ,機械能全部轉(zhuǎn)化為電能機械能全部轉(zhuǎn)化為電能并通過定子繞組饋入電網(wǎng)并通過定子繞組饋入電網(wǎng),轉(zhuǎn)子繞組僅提供電機勵磁。轉(zhuǎn)子繞組僅提供電機勵磁。與基本恒速運行的風(fēng)力發(fā)電機組相比較與基本恒速運行的風(fēng)力發(fā)電機組相比較,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組有以下主要特點有以下主要特點:發(fā)電機可以在超同步和亞同步速廣泛區(qū)域內(nèi)運行發(fā)電機可以在超同步和亞同步速廣泛區(qū)域內(nèi)運行,而且功而且功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)率因數(shù)可以調(diào)節(jié),整個系統(tǒng)具有較好的特性。整個系統(tǒng)具有

9、較好的特性。(2) 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的頻率、幅值、相位等實現(xiàn)系統(tǒng)的變通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的頻率、幅值、相位等實現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻功能。速恒頻功能。 由電機學(xué)原理可知由電機學(xué)原理可知,異步電機頻率具有下述關(guān)系異步電機頻率具有下述關(guān)系:f 1 = f m f R (超同步時取超同步時取- ,亞同步時取亞同步時取+ ) ;f 1 定子電壓頻率定子電壓頻率;f m 主軸傳動的機械頻率主軸傳動的機械頻率;f R 電機工作的轉(zhuǎn)差頻率。電機工作的轉(zhuǎn)差頻率。 當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度變化時當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度變化時,只要相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子磁只要相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子磁勢的頻率勢的頻率,即可使定子頻率為一常數(shù)即可使定子頻率為一常數(shù),實現(xiàn)變速恒頻

10、功能。實現(xiàn)變速恒頻功能。 (3) 并網(wǎng)運行時發(fā)電機和風(fēng)力機的功率特性可獲得最佳匹并網(wǎng)運行時發(fā)電機和風(fēng)力機的功率特性可獲得最佳匹配。配。圖為不同風(fēng)速時風(fēng)力機輸出機械功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲圖為不同風(fēng)速時風(fēng)力機輸出機械功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。線。 曲線曲線Pm ( n) 是各風(fēng)速下功率曲線頂點連線是各風(fēng)速下功率曲線頂點連線,即為風(fēng)力即為風(fēng)力機在各種風(fēng)速下的最大功率輸出曲線。機在各種風(fēng)速下的最大功率輸出曲線。 可以看出可以看出, Pm ( n) 近似與轉(zhuǎn)速的三次方成正比例。采近似與轉(zhuǎn)速的三次方成正比例。采用雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時用雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時,通過控制轉(zhuǎn)子勵磁電壓通過控制轉(zhuǎn)子勵磁電壓(或電流或電流) 的頻

11、率、幅值、相位和相序的頻率、幅值、相位和相序,使發(fā)電機的功率特性按圖中使發(fā)電機的功率特性按圖中Pem ( n) 曲線變化曲線變化,從而實現(xiàn)了在多種風(fēng)速下發(fā)電機與風(fēng)從而實現(xiàn)了在多種風(fēng)速下發(fā)電機與風(fēng)力機功率特性的最佳匹配力機功率特性的最佳匹配,使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獲得最大風(fēng)能使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)獲得最大風(fēng)能利用率。利用率。變頻器容量的選擇變頻器容量的選擇 根據(jù)實際風(fēng)速的要求和風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速范圍較根據(jù)實際風(fēng)速的要求和風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速范圍較窄的特點窄的特點,電機轉(zhuǎn)速一般為電機轉(zhuǎn)速一般為(0.7-1.3) 倍額定轉(zhuǎn)速倍額定轉(zhuǎn)速,即電機即電機轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)差功率在35 % Pem之間。轉(zhuǎn)差功率大小決定了變頻之間。轉(zhuǎn)差功率

12、大小決定了變頻器容量的大小器容量的大小,因此因此,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機變頻器容量僅為雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機變頻器容量僅為發(fā)電機功率的發(fā)電機功率的1/41/3。適用范圍適用范圍 由于風(fēng)力機及電機本身的結(jié)構(gòu)特點由于風(fēng)力機及電機本身的結(jié)構(gòu)特點,雙饋風(fēng)力發(fā)電機適用雙饋風(fēng)力發(fā)電機適用范圍一般選定在下述范圍內(nèi)范圍一般選定在下述范圍內(nèi): 功率功率:3003000kW 電壓電壓:400690V(常用常用) 功率因數(shù)功率因數(shù):0.9 (滯后滯后) 0.9 (超前超前) 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率: 25 %(最大最大35 %) 雙饋式風(fēng)力機是目前世界各國風(fēng)力發(fā)電的研雙饋式風(fēng)力機是目前世界各國風(fēng)力發(fā)電的研究熱點之一究熱點之一,我國已

13、有部分地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場開始使用這我國已有部分地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場開始使用這種風(fēng)力機系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的恒速風(fēng)力機種風(fēng)力機系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的恒速風(fēng)力機,其性能優(yōu)勢體其性能優(yōu)勢體現(xiàn)在現(xiàn)在: 控制轉(zhuǎn)子電流就可以在大范圍內(nèi)控制電機轉(zhuǎn)差、有功功控制轉(zhuǎn)子電流就可以在大范圍內(nèi)控制電機轉(zhuǎn)差、有功功率和無功功率率和無功功率,參與系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)參與系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性; 不需要無功補償裝置不需要無功補償裝置; 可以追蹤最大風(fēng)能可以追蹤最大風(fēng)能 ,提高風(fēng)能利用率提高風(fēng)能利用率; (4) 降低輸出功率的波動和機組的機械應(yīng)力降低輸出功率的波動和機組的機械應(yīng)力; (5) 在轉(zhuǎn)子側(cè)控制功率因數(shù)在轉(zhuǎn)子側(cè)

14、控制功率因數(shù),可提高電能質(zhì)量可提高電能質(zhì)量,實現(xiàn)安全、便捷實現(xiàn)安全、便捷并網(wǎng)并網(wǎng);( 6) 其變頻器容量僅占風(fēng)力機額定容量的其變頻器容量僅占風(fēng)力機額定容量的25%左右左右,與其他全與其他全功率變頻器相比大大降低變頻器的損耗及投資。功率變頻器相比大大降低變頻器的損耗及投資。 因此因此,目前的大型風(fēng)力發(fā)電機組一般是這種變槳距目前的大型風(fēng)力發(fā)電機組一般是這種變槳距控制的雙饋式風(fēng)力機控制的雙饋式風(fēng)力機,但其主要缺點在于控制方式相對復(fù)但其主要缺點在于控制方式相對復(fù)雜雜,機組價格昂貴。機組價格昂貴。從上面的分析看出從上面的分析看出,雙饋風(fēng)力發(fā)電機有諸多的優(yōu)點雙饋風(fēng)力發(fā)電機有諸多的優(yōu)點,下面下面介紹介紹1500kW 575V 樣機的技術(shù)要點樣機的技術(shù)要點:型式型式:三相繞線型異步發(fā)電機三相繞線型異步發(fā)電機規(guī)格規(guī)格:YRKK500 6 1500kW575V