雙饋風力發(fā)電機及控制原理

雙饋風力發(fā)電機及控制原理2009年8月北京清能華福風電技術有限公司2009-4-1雙饋風力發(fā)電機及控制原理主要內容風力發(fā)電簡介雙饋電機原理雙饋電機控制策略2009-4-1一、風力發(fā)電簡介2009-4-1風力發(fā)電簡介中國風電場分布圖（截止2007年年底）2009-4-1風力發(fā)電簡介中國風電市場發(fā)展電機、齒輪箱、葉片等設備已實現(xiàn)國產化；電控系統(tǒng)國產化程度低，被國外設備占據(jù)。1997-2008年中國風力發(fā)電總裝機容量（除臺灣省）2009-4-1風力發(fā)電簡介風電機組分類按風輪機類型分(風能到機械能)水平軸、垂直軸定槳距、變槳距單葉片、雙葉片、三葉片、多葉片定速型、變速型按發(fā)電機類型分(機械能到電能)鼠籠式繞線式同步/永磁式其他新型電機（開關磁阻電機、橫向磁場電機、高壓電機）2009-4-1風力發(fā)電簡介不同類型的風機水平軸風機垂直軸風機永磁直驅型風機2009-4-1風力發(fā)電簡介風力發(fā)電技術的進展2009-4-1風力發(fā)電簡介定速到變速的原因追求最大的風能捕獲減小機組的機械應力風能利用系數(shù)與葉尖速比的關系最大功率點跟蹤2009-4-1風力發(fā)電簡介基于鼠籠式異步電機的風電機組2009-4-1風力發(fā)電簡介基于繞線式電機的風電機組2009-4-1風力發(fā)電簡介雙饋機型的優(yōu)、缺點優(yōu)點：氣動效率高，機械應力小，功率波動小功率變換設備成本低缺點：電機滑環(huán)、齒輪箱等設備維護量大2009-4-1風力發(fā)電簡介基于同步電機的風電機組（直驅機型）2009-4-1風力發(fā)電簡介直驅型機組優(yōu)、缺點優(yōu)點：不需要齒輪箱，維護量小永磁同步機組效率高缺點：技術不成熟全功率變流器，成本高2009-4-1水平軸風力發(fā)電機的結構和組成風力發(fā)電簡介2009-4-1二、雙饋電機原理2009-4-1雙饋電機原理電機的分類變壓器直流電機同步電機異步電機鼠籠式繞線式……2009-4-1雙饋電機原理異步電機運行方式轉差功率全部損耗定子調壓、轉子串電阻最優(yōu)轉差功率定子變頻運行轉差功率回饋（雙饋運行模式）靜止Kramer(單向)、靜止Scherbius(雙向)雙饋電機是由繞線式電機與變流器共同組成的一種電機運行系統(tǒng)。2009-4-1雙饋電機原理雙饋電機系統(tǒng)結構靜止Kramer結構轉差功率單向流動定子側勵磁轉速范圍窄靜止Scherbius結構轉差功率雙向流動轉子側勵磁轉速范圍寬2009-4-1雙饋電機原理異步電機運行方式異步電機等效電路普通異步運行模式雙饋運行模式2009-4-1雙饋電機原理不同工況下雙饋電機的能量關系A、超同步速發(fā)電c、亞同步速發(fā)電B、超同步速電動D、亞同步速電動2009-4-1雙饋電機原理普通異步電機運行工況A、超同步速發(fā)電D、亞同步速電動2009-4-1雙饋電機原理雙饋電機工作原理雙饋電機是一種交流勵磁的電機；同步電機是雙饋電機的一種特例。電機類型同步電機雙饋電機勵磁方式轉子繞組直流勵磁轉子繞組交流勵磁氣隙磁場轉速轉子轉速轉子轉速+轉子勵磁電流頻率功角與轉子慣性相關（機械）由轉子勵磁器調節(jié)（電氣）轉子轉速固定（與電網頻率同步）同步速上下一定轉速范圍轉子繞組僅有一個d軸勵磁繞組等效存在兩個可控勵磁繞組2009-4-1雙饋電機原理雙饋電機與普通繞線電機設計上的不同電機類型雙饋風力發(fā)電機普通繞線電機轉子絕緣變流器驅動，要求高正弦電壓供電，要求低散熱要求在整個轉速運行范圍內，軸帶風扇風量與風機功率曲線相匹配，設計難度大。軸帶風扇轉速固定，風量容易控制，散熱簡單。系統(tǒng)參數(shù)匹配需要考慮與雙饋變流器的參數(shù)匹配，如轉子堵轉開路電壓，互感參數(shù)，漏感參數(shù)等。系統(tǒng)配合要求較低。2009-4-1雙饋電機原理雙饋電機與雙饋變流器的參數(shù)匹配雙饋系統(tǒng)主要參數(shù)電網電壓等級->變流器電壓容量變流器電壓容量+轉速運行范圍->轉子開路電壓系統(tǒng)功率等級+轉速運行范圍+電機互感->變流器電流容量新的要求故障穿越->降低轉子開路電壓，提高變流器電流容量，增大電機機械強度。無功功率支持->提高變流器電流容量，改善電機散熱。2009-4-1三、雙饋電機控制策略2009-4-1雙饋電機控制策略常用的控制策略轉子側變流器控制雙饋電機運行矢量控制直接轉矩控制網側變流器穩(wěn)定直流環(huán)節(jié)電壓矢量控制2009-4-1雙饋電機控制策略矢量控制矢量：既有大小，又有方向的量矢量控制：即控制電機磁場矢量的大小，又控制磁場矢量的方向。(相當于控制電機反電勢)控制方式：連續(xù)控制，相當于電位器。穩(wěn)態(tài)無差運行，響應略慢。2009-4-1雙饋電機控制策略直接轉矩控制即控制電機磁場矢量的大小，又控制磁場矢量的方向?？刂品绞剑喊鸢鹂刂?，相當于開關；無法達到穩(wěn)態(tài)誤差，轉矩和磁場脈動大。響應快。目前的趨勢：矢量控制與直接轉矩控制相結合。2009-4-1雙饋電機控制策略雙饋電機矢量控制原理通過控制轉子電流來控制定子反電勢變流器通過控制附加在轉子繞組端口的電壓來控制轉子電流由給定的有功、無功指令，通過一定的折算，得到轉子電流指令的幅值、相位和相序。2009-4-1雙饋電機控制策略雙饋電機矢量控制原理關鍵的電機參數(shù)及檢測值電機互感->定子側的無功功率指令向轉子電流折算電機定轉子匝比->定子側功率向轉子電流的折算電機飽和度->定子無功功率控制的精