风力发电机组的“宠儿”——双馈异步发电机-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2008-12-26 10:18:36

楼主

交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机.交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁,使其具有灵活的运行方式,在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种:1) 运行于变速恒频方式;2) 运行于无功大范围调节的方式;3) 运行于发电-电动方式。

双馈型异步发电机的运行理论

机组的运行稳定性提高，可更多地吸收无功功率，改善目前由于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。利用矢量变换控制技术，综合改变DFIG转子励磁电流的相位和幅值，可以实现DFIG输出有功功率和无功功率的解耦控制，因此，在功率调节上DFIG较同步发电机有更多的优越性。
由于DFIG具有同步发电机所不具备的变速恒频运行的能力，使它在以下几方面的应用中有明显的优势：
(1) 在原动机变速运行场合中，实现高效、优质发电。
在很多发电场合中，原动机转速是时刻变化的，如潮汐电站中，水头是变化的，使水轮机转速也变化；风力发电中，随风速的变化风力机转速也会变化；船舶与航空发电机的转速跟着推进器的速度而变化。以往的发电方式中，由于受电网频率和同步发电机特性的限制，发电机转速不能变，迫使原动机在不同水头、不同风力等情况下维持一个转速，使得机组运行效率降低，原动机磨损增大，发电质量下降或被迫降低出力，甚至停机。DFIG可通过调节转子励磁电流的幅值、频率与相位，在原动机速度变化时也可保证发出恒定频率的电能，从而提高了机组的运行效率，降低了机组的磨损，延长了机组的使用寿命。

(2) 能参与电力系统的无功功率调节，提高系统稳定性
现代电力系统的发展趋势是单机容量越来越大，送电距离日益增长，输电线电压等级逐渐提高。此外，电网负荷变化率也随社会需求越来越大，经常出现输电线传输有功功率高于其自然功率的工况。这时线路出现过剩无功功率，引起持续工频过电压，这会危及系统的安全运行和增加损耗。目前解决的办法是在线路上加装静止电抗器、调相机或静止无功补偿器，或要求发电机进相运行，这些措施提高了运行的技术和经济成本。
由于DFIG可以调节励磁电流的相位，达到改变功率角使发电机稳定运行的目的，所以可通过交流励磁使发电机吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调节，解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性。

(3) 可实现发电机安全、便捷的并网P

采用同步发电机或异步发电机时，并网控制较为复杂，往往需要精确的转速控制和整步、准同步操作。而采用DFIG时，通过对转子实施交流励磁，精确地调节发电机定子输出电压，使其满足并网要求，实现安全而快速的“柔性”并网操作。
从上面的讨论中可以看出，具有变速恒频运行的能力是DFIG一个非常重要的优势。变速恒频的机理可用图2.1来进一步说明。

图2.1中、分别为DIFG定、转子电流的频率，为定子磁场的转速，即同步转速，为转子磁场相对于转子的转速，为DFIG转子的电转速。由电机学的知识可知，DFIG 稳定运行时，定、转子旋转磁场相对静止，即

从上式可知，当发电机转速变化时，可通过调节转子励磁电流频率保持定子输出电能频率恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机亚同步运行时，，转子绕组相序与定子相同；当发电机超同步运行时，，转子绕组相序与定子相反；当发电机同步速运行时，，转子进行直流励磁。

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jingzhang

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发表于：2008-12-26 10:29:05

1楼

双馈发电机与绕线式电机的区别

绕线电动机的转子铁心是不绝缘的，双馈电机的铁心是绝缘的，主要是双馈电机需要考虑转子交流励磁的工况，而绕线电机一般工作在转差率不高的异步状态。
使用绕线电动机替代双馈电机最大的问题就是转子涡流损耗较大，调速工作的范围非常有限，太宽的调速将导致转子励磁交流频率高，损耗就大了。
此外绕线电机的绕线转子线路的绝缘是很低的，正常工作时电机的无功必须依赖电网补充。作为双馈电机使用时，如果电机需要向电网发无功，则励磁的电压会比较大，可能会超出电机的极限引起击穿事故。
使用绕线电机替代双馈电机是可行的，但调速范围要远远小于真正的双馈电机。
使用绕线电机替代主要是常规异步电机的漏磁要比发电机的大，磁场气隙也比较大。此外绕线电机因为转子不绝缘，相当于存在一个阻尼绕组，导致转子交流励磁磁场被涡流部分抵消（也会影响暂态过程），要接近双馈电机的状态，就只能在额定转速附近试验，转速调整的范围就很小，绕组励磁频率很低，没有意义。励磁频率越高，涡流影响越大，偏差也越大，影响实验结果。在调速运行时，转子与定子磁场存在差速，相当于一个磁场从转子表面扫过，会导致转子产生涡流，也会引起定子的功率损耗。要改造绕线电机几乎等于买几个新的，非常不划算了。