兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概述

目錄一、異步繞線雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)概述二、直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)概述三、兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的簡單比較四、淺談兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的建模雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)將齒輪箱傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)主軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子傳送給電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)定子繞組直接和電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組和頻率、幅值、相位都可以按照要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的變頻器相連。變頻器控制電機(jī)在亞同步和超同步轉(zhuǎn)速下都保持發(fā)電狀態(tài)。在超同步發(fā)電時，通過定轉(zhuǎn)子兩個通道同時向電網(wǎng)饋送能量，這時逆變器將直流側(cè)能量饋送回電網(wǎng)。在亞同步發(fā)電時，通過定子向電網(wǎng)饋送能量、轉(zhuǎn)子吸收能量產(chǎn)生制動力矩使電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，變流系統(tǒng)雙向饋電，故稱雙饋技術(shù)。1.1雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理概述

其工作原理為:繞線轉(zhuǎn)子雙饋異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通入三相低頻勵磁電流形成低速旋轉(zhuǎn)磁場,該磁場的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速相疊加

,等于定子的同步轉(zhuǎn)速,即。從而在定子繞組中感應(yīng)出相應(yīng)于同步轉(zhuǎn)速的工頻電壓。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化而變化時(一般的變化范圍為的30%,可雙向調(diào)節(jié)),調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率即可調(diào)節(jié),以補(bǔ)償?shù)淖兓?保持輸出電能頻率恒定。1.2雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究方法

三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型作如下的假設(shè)：（1）忽略空間諧波，三相繞組對稱，產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙按正弦規(guī)律分布。（2）忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的。（3）忽略鐵心損耗。（4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。無論異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型的，都可以等效成三相繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)，折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等。異步電動機(jī)三相繞組可以是Y連接，也可以是Δ連接。若三相繞組為Δ連接，可先用Δ—Y變換，等效為Y連接。然后，按Y連接進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。定子三相繞組軸線A、B、C在空間是固定的。轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。異步電動機(jī)三相動態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式雙饋異步電動機(jī)的動態(tài)模型由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程組成。磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程為代數(shù)方程電壓方程和運(yùn)動方程為微分方程磁鏈方程異步電動機(jī)每個繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對它的互感磁鏈之和電感矩陣定子電感矩陣轉(zhuǎn)子電感矩陣電感矩陣定、轉(zhuǎn)子互感矩陣變參數(shù)、非線性、時變

電壓方程三相繞組電壓平衡方程

電壓方程將電壓方程寫成矩陣形式

電壓方程把磁鏈方程代入電壓方程，展開轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程

轉(zhuǎn)矩方程運(yùn)動方程

轉(zhuǎn)角方程

異步電動機(jī)三相原始模型的性質(zhì)非線性強(qiáng)耦合性 非線性耦合體現(xiàn)在電壓方程、磁鏈方程與轉(zhuǎn)矩方程。既存在定子和轉(zhuǎn)子間的耦合，也存在三相繞組間的交叉耦合。非線性變參數(shù) 旋轉(zhuǎn)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩中都包含變量之間的乘積，這是非線性的基本因素。定轉(zhuǎn)子間的相對運(yùn)動，導(dǎo)致其夾角

不斷變化，使得互感矩陣為非線性變參數(shù)矩陣。異步電動機(jī)三相原始模型的非獨(dú)立性異步電動機(jī)三相繞組為Y無中線連接，若為Δ連接，可等效為Y連接?？梢宰C明：異步電動機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件異步電動機(jī)三相原始模型的非獨(dú)立性三相變量中只有兩相是獨(dú)立的，因此三相原始數(shù)學(xué)模型并不是物理對象最簡潔的描述。完全可以而且也有必要用兩相模型代替。坐標(biāo)變換異步電動機(jī)三相原始動態(tài)模型相當(dāng)復(fù)雜，簡化的基本方法就是坐標(biāo)變換。異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是因?yàn)橛幸粋€復(fù)雜的電感矩陣和轉(zhuǎn)矩方程，它們體現(xiàn)了異步電動機(jī)的電磁耦合和能量轉(zhuǎn)換的復(fù)雜關(guān)系。要簡化數(shù)學(xué)模型，須從電磁耦合關(guān)系入手。坐標(biāo)變換的基本思路兩極直流電動機(jī)的物理模型，F(xiàn)為勵磁繞組，A為電樞繞組，C為補(bǔ)償繞組。F和C都在定子上，A在轉(zhuǎn)子上。圖二極直流電動機(jī)的物理模型F—勵磁繞組A—電樞繞組C—補(bǔ)償繞組坐標(biāo)變換的基本思路把F的軸線稱作直軸或d軸，主磁通的方向就是沿著d軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q軸。雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的，但由于換向器和電刷的作用，閉合的電樞繞組分成兩條支路。電刷兩側(cè)每條支路中導(dǎo)線的電流方向總是相同的。坐標(biāo)變換的基本思路當(dāng)電刷位于磁極的中性線上時，電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個在q軸上靜止的繞組一樣。但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，這又和真正靜止的繞組不同。把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”。6.3.1坐標(biāo)變換的基本思路電樞磁動勢的作用可以用補(bǔ)償繞組磁動勢抵消，或者由于其作用方向與d軸垂直而對主磁通影響甚微。所以直流電動機(jī)的主磁通基本上由勵磁繞組的勵磁電流決定，這是直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。6.3.1坐標(biāo)變換的基本思路如果能將交流電動機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電動機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。不同坐標(biāo)系中電動機(jī)模型等效的原則是：在不同坐標(biāo)下繞組所產(chǎn)生的合成磁動勢相等。坐標(biāo)變換的基本思路在交流電動機(jī)三相對稱的靜止繞組A、B、C中，通以三相平衡的正弦電流，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速（即電流的角頻率）順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。任意對稱的多相繞組，通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。坐標(biāo)變換的基本思路三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量，完全可以也應(yīng)該消去一相。所以，三相繞組可以用相互獨(dú)立的兩相正交對稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動勢相等。坐標(biāo)變換的基本思路所謂獨(dú)立是指兩相繞組間無約束條件所謂對稱是指兩相繞組的匝數(shù)和阻值相等

所謂正交是指兩相繞組在空間互差900

坐標(biāo)變換的基本思路圖6-3三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型

坐標(biāo)變換的基本思路兩相繞組，通以兩相平衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。當(dāng)三相繞組和兩相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認(rèn)為兩相繞組與三相繞組等效，這就是3/2變換。坐標(biāo)變換的基本思路兩個匝數(shù)相等相互正交的繞組d、q，分別通以直流電流，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果人為地讓包含兩個繞組在內(nèi)的鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。如果旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速與固定的交流繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢相等，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。坐標(biāo)變換的基本思路當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時，在他看來，d和q是兩個通入直流而相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的空間位置在d軸上，就和直流電動機(jī)物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。繞組d相當(dāng)于勵磁繞組，q相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。坐標(biāo)變換的基本思路圖靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型三相-兩相變換（3/2變換）三相繞組A、B、C和兩相繞組之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系間的變換，簡稱3/2變換。ABC和兩個坐標(biāo)系中的磁動勢矢量，將兩個坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，并使A軸和軸重合。三相-兩相變換（3/2變換）按照磁動勢相等的等效原則，三相合成磁動勢與兩相合成磁動勢相等，故兩套繞組磁動勢在αβ軸上的投影應(yīng)相等。

三相-兩相變換（3/2變換）圖6-5三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量三相-兩相變換（3/2變換）寫成矩陣形式

按照變換前后總功率不變，匝數(shù)比為

三相-兩相變換（3/2變換）三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣

三相-兩相變換（3/2變換）兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡稱2/3變換）的變換矩陣三相-兩相變換（3/2變換）考慮到

也可以寫作

電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同

靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）

從靜止兩相正交坐標(biāo)系αβ到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq的變換，稱作靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換，簡稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)，變換的原則同樣是產(chǎn)生的磁動勢相等。靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）

圖6-6靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）

旋轉(zhuǎn)正交變換靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣

靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）

旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換陣

電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣與電流旋轉(zhuǎn)變換陣相同異步電機(jī)在兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系）上的數(shù)學(xué)模型兩相坐標(biāo)系可以是靜止的，也可以是旋轉(zhuǎn)的，其中以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系為最一般的情況，有了這種情況下的數(shù)學(xué)模型，要求出某一具體兩相坐標(biāo)系上的模型就比較容易了。

變換關(guān)系設(shè)兩相坐標(biāo)d軸與三相坐標(biāo)A軸的夾角為

s

，而p

s=

dqs為dq坐標(biāo)系相對于定子的角轉(zhuǎn)速，

dqr

為dq坐標(biāo)系相對于轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速。ABCFs

dqs

sdq變換過程ABC坐標(biāo)系

坐標(biāo)系dq坐標(biāo)系3/2變換C2s/2r（1）磁鏈方程dq坐標(biāo)系磁鏈方程[式（附3-8）]為

或?qū)懗?/p>

（6-103a）

（6-103b）

——dq坐標(biāo)系轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感。

式中——dq坐標(biāo)系定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感；——dq坐標(biāo)系定子等效兩相繞組的自感；異步電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq上的物理模型

dqsdqdrirdisdirqusddsqrqsurdurqusqisq圖6-50異步電動機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq上的物理模型（2）電壓方程

在附錄3-2中得到的dq坐標(biāo)系電壓方程式[式（附3-3）和式（附3-4）]，略去零軸分量后，可寫成（6-104）

將磁鏈方程式（6-103b）代入式（6-104）中，得到dq坐標(biāo)系上的電壓—電流方程式如下（6-105）

即得

（6-106a）

其中——電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度。

（3）轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動方程dq坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)矩方程為

（6-107）

運(yùn)動方程與坐標(biāo)變換無關(guān)，仍為

（6-87）

1.3雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)一起看一個視頻保存在u盤中2.1直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理概述直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)，主要由風(fēng)輪、傳動裝置、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。為了提高低速發(fā)電機(jī)效率，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用大幅度增加極對數(shù)（一般極數(shù)提高到100左右）來提高風(fēng)能利用率，采用全功率變流器實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的調(diào)速。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大特點(diǎn)是取消了升速齒輪箱，發(fā)電機(jī)軸直接連接到葉輪軸，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變