提高双馈风电机组的低风效率

提高双馈风电机组的低风效率

王绸

关键词：双馈式风力发电机运行原理发电控制技术

据调查显示，全球各国不断的发展风力发电项目，投入大量的资金以及不断的研究新型设备。这主要是因为各国的化石燃料不断的减少，资源不可再生，所以各国都大力开发风能、太阳能等可再生能源。风力发电与太阳能发电具有无污染的优势，它可以改变化石燃料的燃烧而导致的环境污染。大力发展风力发电技术是十分必要的，目前，我国主要采用双馈风发电技术。以下两探讨双馈风电机组的运作方式与运作机理。

一双馈式风力发电机

1.1双馈式风力发电机的由来

双馈式风力发电机是由英国学者的设想而来，这一设备是根据自级联导发电机得原理研制的，在自级联导发电机的基础上研发出来的。双馈式风力发电机的构造与绕线异步电机的结构相像。这一名字的由来主要是因设备的因定子、转子两部分均可以馈出、馈入电能，所以这一设备被称为双馈。双馈式风力发电机还有另一个名字，由于该发电机在运作时是应用转子形成的交流，所以，该设备又被称交流励磁发电机。

1.2双馈式发电机的构造

双馈风力发电机中的双馈主要是由电机定子、转子组成的。电机定子于转移都能够实现整个设备的电力供应。双馈式发电机主要是由接线盒、转子、定子、冷却系统、滑环系统和传动结构构成。其中转子结构是由散嵌绕组、半线圈与成型绕组构成。滑环系统包含滑环座、维护罩、碳刷、风扇等设备，滑环系分为滑环环氧浇注式和热套式两种类型，冷却系统包括水冷式和风冷式两种方式。

1.3双馈式风力发电机的特点

从设备分类上，双馈式风力发电机属于异步式发电机的一种。这一类型的发电机的励磁绕组与同步式发电机相同，双馈式风力发电机具有这两种类型设备的特点，可以在同步与异步之间相互转化，通过励磁绕组进行控制与转化。

针对双馈式发电机定子贴心，有相同形状凹槽的均匀分布，主要是用于嵌入定子绕组，通过定子三相电流，产生一定旋转磁场。在转子中，利用嵌入绝缘导线，

二双馈式风力发电机的运行原理分析

2.1运行分析

对于双馈式发电机，定子连接供电网络后，转子连接双脉冲调制变流器，接着介入到相应网络。所以在双馈式风力发电机的定子端，如果电力参数没有发生变化，利用双脉冲变流器，即可调节转子端电流。此外，在双馈式发电机的运行流程中，转子部分利用交流，即可完成励磁过程，确保发电机具有较强适应能力、足够稳定性，对降低发电成本十分重要。按照定子和转子的磁场转动速率，双馈式发电机主要包含以下三种运转模式：

2.2超同步模式

如果定子磁场处于一种转动状态且低于转子磁场的转动效率，转轴输出功率，则高于定子磁场功率。对于转子所处电路，就无需直流励磁电流。借助双脉冲调制变流器，即可为供电网络供电，所以处于该种模式状态，发电机通过定子与转子，向所处电路传输电能，即双馈式发电机的正常工作模式。

2.3同步模式

处于定子磁场转动状态下，如果和转子磁场转动速率相等，则转轴出功率和电子功率也基本相同。双馈式发电机就只能运用定子所处电路，为供电网络输送电能，转子所处电路无法参与其中，主要接受直流励磁电流。处于这种状态中，三者的转动速率基本相同，所以双馈式发电机能够实现同步模式工作。

2.4亚同步模式

如果定子磁场处于一种转动状态，且低于转子磁场速率，转轴输出功率低于定子磁场功率。因此，在该种模式状态下，必须依靠双脉冲变流器，方可实现转子供电网络的电能供给。电能输出需依靠定子电路承担，又称之为补偿发电。在发电机实际过程中，环境因素决定了发电机工作模式。若风力变化较小，则双馈式发电机处于亚同步模式。如果风力充足，则双馈式发电机处于正常工作模式。

2.5模式分析

对于上述三种工作模式，笔者以变速恒频风力发电系统为例，处于该系统中，发电机定子与电网直接连接，转子通过两个背靠背连接，通过PWM变换器，交直交变换器连接电网。对于双馈电机工作，主要分为超同步、同步阶段，加上转子侧转差功率传递方向存在一定区别。双馈式发电机功率主要分为4个不同状态，次同步电动、次同步发电、超同步电动、超同步发电。假设将定子侧功率设定为P1，转子侧设定为P2，电机机械功率设定为PJ，按照规定，如果定子为电网输送电能，P1值就为正值，由电网吸收电能，则P1值为负值。如果转子通过电网馈送电能，P2值为正值，由电网吸收电能，P2值为负值。如果电机吸收机械功率，PJ值为正值，电机输出机械功率，PJ值为负值。

三双馈式风力发电机控制技术

3.1技术分析

近些年来，随着人们日益渴望再生能源，重视科学技术进步，风电能源受到了社会各界关注，在整个电力系统的重要性也日益凸显。风力产生是风力推动桨叶转动后，推动发电机转动，使风能转化为电能。但风速处于恒定不变状态，进而增加了桨叶转速的不稳定性，使得发电机电能频率、电能波动，所以如何保证风力发电机稳定性，控制好风力发电机的输出电能，是风电系统的重要研究问题。在风力作用下，桨叶处于转动状态，所产生，动能能够推动发电机转子运转。按照定子、转子转动的速率，通过转子磁场的转动对转子电流频率、转动速率进行调节，即可完成双馈式发电机的基本控制。一般而言，双馈式发电机主要包含以下控制技术：

3.2矢量控制

矢量控制技术的核心在于，按照定子相位值、电流频率值构建电流矢量参数，通过控制算法，能够将直流量转化成交流量。进而控制发电机的工作状态与功率因素，提高能量转化效率，保证电能输入稳定性、可靠性。一般来说，矢量控制技术适用于风力较小地区。

3.3模糊控制

模糊控制技术是一种智能化控制技术，通常利用软件对人类思维方式进行模拟，借助相关经验、处理办法，根据风向变化和风力变化，做出相应动作反应。处于各种情况下，所获得控制数据，能够保证系统顺利运转，与系统最优值最为接近。因此，该类控制技术运用状况对预设控制、开发人员经验具有显著依赖性。该种控制技术在风力较大区域适用。

3.4直接转矩控制

直接转矩控制技术关键是通过输入转矩的调控，根据相关分析理论，对发电机运转状态进行控制，通过各种技术，在简单矢量建模、不复杂运算基础上，能够直接计算出转矩参数，对输出电能稳定性、参数具有控制作用。同时，双馈式风力发电机的控制技术有着多种类型，如滑膜变结构等。

3.5变速恒频控制

对于风力发电系统，因风速呈现时变性质，因此利用风能发电具有一定难度，所以提升风力发电技术可有效提升风机效率，实现风能资源优化利用。通常而言，供电网络对于电能质量，主要是有上网电压频率变化量、变化率的要求，这两个量和上网有功、无功相关。因此。针对发电机输出电压控制十分重要。双馈式发电机控制，是通过变频器控制励磁相位与幅值，再控制电流频率，通过三个量的控制调节，对励磁控制器给定值进行控制，以满足变速恒频控制的目的。

结束语综上所述，双馈式风力发电机具备了异步式、同步式的优点，为供电网络能够提供可靠、高效和稳定的电能供应，运用、推广前景十分广泛。近些年来，随着发电机制造工艺、控制技术的不断发展、优化，在风力发电领域，双馈式风力发电机得到了广泛运用。同时，对于风力发电机的研究人员来说，还需加强进一步产品研发，提高发电机的控制性能，为我国工业生产、社会发展创造更多的能源。

参考文献：

[1]刘其辉贺益康.变速恒频发动机用电管理技术[J]2019（09）

[2]田雷.邢作霞.双馈风风力发电机电管理技术的应用管理[J]2017（03）

[3]姚兴佳.双馈风风力电联产技术(CHP)的经济环境效益[J]2018（18）