风力发电系统中双馈发电机的控制
变速恒频双馈风力发电机组控制技术
随着传统能源的逐渐枯竭和环境问题的日益严重，开发可再生能源已
成为全球的迫切需求。风能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大
的开发潜力。
02
风力发电技术发展
随着风电技术的不断进步，风力发电机组的功率和效率得到了显著提
高。变速恒频双馈风力发电机组作为其中的一种重要技术，具有较高
的能量捕获能力和稳定性，得到了广泛关注。
变速恒频双馈风力 发电机组控制技术
2023-11-06
目录
• 引言 • 变速恒频双馈风力发电机组概述 • 变速恒频控制技术 • 双馈风力发电机组的矢量控制技术 • 双馈风力发电机组的直接功率控制技术 • 双馈风力发电机组控制技术的改进与优化建议 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
01
能源危机和环境污染
直接功率控制策略的实验验证
实验平台
为了验证DPC策略的有效性， 需要建立实验平台，包括双馈 风力发电机组、电力电子设备
、测量仪器等。
实验过程
在实验平台上对DPC策略进行 验证，通过对励磁电流、转子 侧变换器电压等参数的调整， 观察双馈风力发电机的运行状
态和性能指标。
实验结果分析
通过对实验数据的分析，可以 评估DPC策略的控制效果和经 济效益。同时还可以对不同控 制策略进行比较和分析，以选
04
双馈风力发电机组的矢量控制 技术
基于矢量控制的双馈风力发电机组控制
01
02
03
矢量控制原理
基于矢量图的分析方法， 通过控制直交坐标系上的 两个分量来实现对电磁转 矩的控制。
矢量控制策略
通过控制励磁电流和转子 电流的幅值和相位，实现 对双馈风力发电机组的有 效控制。
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制
探讨无刷双馈风力发电机的设计分析与控制无刷双馈风力发电机（Brushless Double-fed Wind Power Generator，BDWG）由于其具有高效、稳定、可靠的特点，在风电发电产业的快速发展中得到了广泛应用。
其核心部件是无刷双馈电机（Brushless Double-fed Induction Machine，BDFIM），由于其内外转子之间通过转子侧电容连接，使其具有一定的电磁转矩特性。
因此，在BDWG中基于实时控制的电压源逆变器的功率控制策略中，可以通过控制转子的电压和电流使得BDFIM适应风机不同的转速变化（也即风速的变化）现象，从而在风力发电过程中实现良好的功率控制性能。
本文旨在对BDWG的设计原理和控制策略进行分析和探讨，主要从以下几个方面进行讨论。
1. BDWG的设计分析（1）结构和工作原理BDWG由涉及双馈电机转子部分（即有刷子组合，转子侧电容器等）和无刷直流电机（一般用于调节转子电容器电压的空间矢量调制控制）经由转子上的能量转换器进行变换，在输出端带有无功功率控制的PWM逆变器进行功率输出。
BDFIM相较于一般异步电机，其内部转子电流被划分为主磁通和次磁通两个部分，转子上的电容器则通过变压器与电网连接。
在风机转速发生变化时，由于双馈电机的特殊结构，主磁通和次磁通之间会产生一定的漏电感，从而使得转子上的电流产生相应的变化。
（2）参数设计和优化在BDWG的设计上，关键的参数设计主要包括了转子电容器的容量、变压比等。
为了实现风能的最大利用效率，需要在保证性能的前提下尽可能减小转子电容器的容量，同时在变压器的设计上注重其高效、轻便的特性。
以上两者则需要依据技术手段来进行有效的优化设计。
2. BDWG的控制策略（1）转子电压交换控制BDWG的控制策略之一是通过转子侧的能量转换器实现交换控制，从而在转速变化的情况下实现电极磁势的平衡控制。
该控制策略主要由节拍控制和逆变控制两个部分组成，其中节拍控制主要通过时序触发器和计数器实现；逆变控制则主要通过高功率开关管实现，其控制基础是PWM控制。
双馈风力发电机及控制原理
• Fifth le1v200el 1000
装机容量/万千瓦
800 600
400 200
0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
02090.093-.42-0120
年份
5
风力发电简介
双馈电机原理
• C双li馈ck电to机e工dit作M原as理ter text styles
• 电S机e类c型ond level 同步电机
双馈电机
• 励T磁h方ir式d level转子绕组直流励磁 •气隙F磁功o场角u转rth速 le与v转e子l 惯转性子相转关速（机械）
• 转F子if转th速leve固l定（与电网频率同步）
1980
1990
2000
2010
8
风力发电简介
• C定li速ck到to变e速dit的M原as因ter text styles
• S–e追co求n最d 大lev的e风l 能捕获 • T–h减ird小l机ev组el的机械应力
• F风o能u利r用th系数le与v叶e尖l 速比的关系
最大功率点跟踪
• Fifth level
• Third levPes l
A、超同步速发电
•
Fourth
level1 sPs sPs
电阻
• Fifth level a
1
Te
0
s0
1 s Ps
Ps
02090.093-.42-0120
发电机运行
1 s Ps
sPs
电阻
1
d
电动机运行
亚同步运行
双馈风力发电机工作原理
双馈风力发电机工作原理双馈风力发电机由三个主要部分组成：风轮，机械传动系统和电气系统。
风轮是由叶片和轮毂组成的，它负责将风能转化为旋转能量。
机械传动系统则负责将旋转能量转移到发电机上。
而电气系统则将机械能转化为电能，并送入电网中。
首先，风轮在风速的推动下开始旋转。
当风速足够高时，风轮旋转的速度也相应增加。
旋转的风轮通过主轴将旋转能量传输给发电机的转子。
与传统的固定速度（常规）发电机不同的是，双馈风力发电机是一种变速发电机。
它的转子上设有两组绕组：定子绕组和转子绕组。
定子绕组固定在发电机的圆柱形部分上，而转子绕组则固定在转子上。
定子绕组与电网直接相连，通过电网供电并产生旋转磁场。
转子绕组上也有一个与电网连接并可以提供电能的回路。
这个循环是通过一个双级功率变换器实现的，这也是双馈风力发电机名称的由来。
双级功率变换器是由一个转子侧变频器和一个定子侧变频器组成的。
当风轮旋转的速度发生变化时，定子绕组上的旋转磁场也会发生变化。
这个变化的旋转磁场会产生感应电动势，使转子绕组上的电流发生变化。
这个变化的电流经由双级功率变换器输入到定子绕组上。
由于双级功率变换器的存在，电流可以根据需求进行加减，从而实现功率的控制。
通过双级功率变换器，转子绕组上的电流可以与定子绕组上的电压相互配合，从而实现最佳的功率传输。
定子侧的变频器控制着定子绕组上的电流和频率，保持电网的稳定性和功率质量。
而转子侧的变频器则控制着转子绕组上的电流和频率，提高了发电机的效率和可靠性。
总的来说，双馈风力发电机通过风轮将风能转化为旋转能量，然后将旋转能量通过机械传动系统传输给发电机的转子。
转子上的双级功率变换器帮助将机械能转化为电能，并将其送入电网中。
通过双级功率变换器的灵活控制，双馈风力发电机能够提高整个系统的效率和稳定性，从而更好地利用风能资源。
浅谈双馈发电机控制策略
（ 交流励磁双馈发 电机功率的矢量控 制策略 三）
在交流 电机 中， 共有 七个基 本矢 量 ： 子 电压 、 定 转子 电压 、 定子 电 流、 转子 电流 、 定子绕组 总磁链 、 子绕 组总磁链、 转 气隙合成磁链 。选择
交流励磁双馈 电机转子 电流 产生的基波旋转磁势相对于转 子 以转 差角速度旋转， 相对于 定予 以同步速旋转 。 该磁势与定子三相 电流产生
关键词 ： 风力发 电 矢量控制 双馈发 电机
一
、
前言
流矢量存在一个相互制约的关系。在交流 电机中， 影响电机运行状态 的 还有 电机 转子的转速 和输入转矩 。交流 电机 的运行状态 正是 由这几个 相互耦 合的关系参量依照某些关系决定 的。矢量控 制的 目标就是使这 些复杂 的关系达到充分解耦 ， 实现控制简单化。
机的 内部电磁 关系 。
略不计。此时，定子绕组总磁链与定子 电压矢量 问的相位 正好 相差 ９ Ｏ 度， 因此在实 际应用 中， 以定 子电压 矢量或者 以定子绕组总磁链 为参考
矢量 （ 定向矢量） 可 使控制 系统变得相对简单 。 ，
三、 交流励磁 风力发 电系统 的矢量控制策略
矢量控制是近 Ｏ年来发展起来 的新的控 制技 术， ２ 理论上说采 用矢 量控制可 以使交流 电机获得和直流 电机 某些方面一样 的控制效果 。经 过３ ０多年 工业 实践、 改进与提高 ， 目前 己达到较成熟阶段。由于变速恒
握知识的同时， 能够与学科前沿相结合 。 二、 交流励磁双馈发 电机的基本理论概述
由于正 弦波 电流 可 以 由两个 同频率 的且 相互 正交 的正弦 电流合
成， 以， 所 电流 可以看成是如 下两 个分量 的合成 ： 电压 同相位 的分量 与 和 与电压相位相差 ９ ０度的分量。一般有功功率可 以认为是电压和 与其
双馈发电机的原理
双馈发电机的原理双馈发电机是一种独特的电动机，在发电和驱动领域得到广泛应用。
它采用了双馈结构，即同时给定定子绕组和转子绕组电源，具有高效率和较好的性能。
本文将详细介绍双馈发电机的原理及其工作过程。
一、双馈发电机的结构双馈发电机由定子绕组、转子绕组和磁路组成。
定子绕组是通过固定在定子上的线圈形成的，而转子绕组是固定在转子上的线圈。
通过将定子和转子绕组分别接入电源，实现对发电机的控制。
二、双馈发电机的原理双馈发电机的原理是基于磁场的相互作用和电流的感应。
当定子绕组通电时，产生的磁场将影响转子绕组中的电流。
反过来，转子绕组中的电流也会产生磁场，进一步影响定子绕组中的电流。
通过这种相互作用，能够实现能量的转换和传输。
三、双馈发电机的工作过程在正常工作状态下，双馈发电机的定子和转子绕组均接通电源。
定子绕组产生旋转磁场，通过与转子绕组的电流相互作用，产生驱动力矩。
转子绕组中的电流会产生磁场，与定子绕组的磁场相互作用，进一步提高发电机的效率和性能。
四、双馈发电机的优势相比传统的发电机，双馈发电机具有以下优势：1. 高效率：双馈发电机能够通过转子绕组中的电流来调节和控制磁场，从而提高发电机的效率。
2. 较好的性能：双馈发电机在低速启动和高速运行时具有较好的性能，能够适应各种工况要求。
3. 灵活性：双馈发电机的结构和控制方式可以根据实际需求进行调整，具有较强的灵活性和适应性。
五、双馈发电机的应用领域双馈发电机广泛应用于风力发电、水力发电和轨道交通等领域。
在风力发电中，双馈发电机能够充分利用风能，并通过优化的控制系统实现最大的发电效率。
在水力发电中，双馈发电机具有低噪音、高效率和可靠性等优点。
在轨道交通中，双馈发电机能够实现高速度和高扭矩的需求。
六、总结双馈发电机作为一种独特的电动机，通过双馈结构实现了高效率和较好的性能。
它的工作原理是基于磁场的相互作用和电流的感应。
双馈发电机的优势包括高效率、较好的性能和灵活性，广泛应用于风力发电、水力发电和轨道交通等领域。
双馈风力发电机的工作原理
双馈风力发电机的工作原理
双馈风力发电机是一种常见的风力发电机类型，它具有高效、
稳定的特点，被广泛应用于风力发电行业。
它的工作原理主要包括
风能转换、发电机转换和电能输出三个部分。
首先，风能转换是双馈风力发电机的核心。
当风力转动风轮时，风轮上的叶片受到风力的作用而转动，将风能转化为机械能。
这个
过程需要考虑风力的大小、方向和速度等因素，以确保风能能够有
效地被转换为机械能。
其次，机械能被传递到发电机上进行转换。
双馈风力发电机采
用双馈结构，即转子和定子都能够接受电力的输入和输出。
在这个
过程中，机械能被转化为电能，通过发电机的转子和定子之间的电
磁感应原理，产生交流电。
最后，产生的交流电经过电力系统的调节和控制，最终输出为
电能。
这个过程需要考虑电能的稳定性、频率和电压等因素，以确
保电能能够被有效地输送到电网中，供给用户使用。
总的来说，双馈风力发电机的工作原理是将风能转换为机械能，
再将机械能转换为电能，最终输出为电能供给使用。
它的高效、稳定性使得它成为风力发电行业的重要组成部分，对于推动清洁能源发展具有重要意义。
双馈异步发电机 工作原理
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统的发电机，其工作原理是利用两个独立的电路，即主回路和辅助回路，来实现有效的变速调节和发电功率控制。
主回路是由发电机的定子绕组和电网组成，它负责将发电机产生的电能传输到电网中。
辅助回路由辅助回路绕组和产生逆变电压的逆变器组成。
辅助回路将逆变后的电能送回到发电机的转子绕组中，这样就形成了发电机的双馈结构。
通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对发电机的转速和功率的调节。
在运行过程中，双馈异步发电机的转子绕组通过转速传感器等装置实时监测转子的转速，并将转速信号传输给控制系统。
根据所设定的转速和功率要求，控制系统通过调节逆变器的输出电压和频率，来控制转子的转速。
具体地说，当风能资源较为丰富时，控制系统会提高逆变器的输出电压和频率，从而提高转子的转速。
反之，当风能资源较为稀缺时，控制系统会降低逆变器的输出电压和频率，使转子的转速下降。
通过灵活地调节逆变器的输出，双馈异步发电机能够在不同的风力条件下运行，并始终保持较高的发电效率。
总的来说，双馈异步发电机通过在转子回路中引入辅助回路，并通过逆变器来调节转子的转速和功率，实现了对风力发电系统的灵活控制。
这种发电机具有高效、可靠和可变风速工作范围宽等优点，成为风力发电系统中常用的发电设备之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一 旋 转 磁 个
场 ， 就 像 我 们 以 定 子 三 相 绕 组 作 为 电 机 数 学 模 型 ｒ 的 Ｉ ｌ 坐 标 样 ， 可 以 分 别 以 上 述 假 设 的 正 变 定 子 绕 组 作 为 电 机 数 学 模 型 的 坐 惦 系 ， 就 建 立 ｒ如 图 １ 所 示 的 两 相 静
９ ０ 度 的 电 流 ， 它 也 可 以 产 生 和 二 相 绕 组 一 样 的 旋 转 磁
场 。从 另 … 方 面 来 考 虑 ， 可 以 先 通 过在 一 对 正 交 绕 组 中
电 状 态 双 馈 风 力 发 电 系 统 结 构 图 如 下 所 示 。
通 以 直 流 电 建 立 一 个 台 成 的 静 止 磁 场 ， 然 后 再 让 这 个
通 常 将 电 机 的 定 于 绕 组 接 人 工 频 电 源 ， 转 于 绕 组 接
到 频 率 、 相 位 、 幅 值 和 相 序 都 可 以 阔 节 的 独 立 交 流 电 源 。如 果 改 变 转 于 绕 组 电源 的 频 率 、相 位 、幅 值 和 相 序 ， 就 可 以 调 节 电 机 的 转 速 和 定 于 侧 无 功 功 率 采 用 这 种 调 速 方 式 的 电 机 可 以 工 作 在 超 同 步 同 步 电 动 或 发
Ａｂｓ ｒ ｃｔＴ ｉ ａ ｔ ｌ ｂ ｕ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ０ ｐ ｃ ｏ ｔｏ ｉ ｔ ｅ ｖ ｒ ｂ ｅ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｔ ｎ ｒｑ ｅ ｃ ｔ ａ ： ｈ ｓ ｒ ｃｅ ｉ ａ ｏ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｎ ｈ ａ ｉ ｌ ｐ ｅ ｏ ｓ ａ ｔ ｅ ｕ ｎ ｙ ｉ Ｓ ｔ ｓ ａ ｆ ｗｉｄ ｅ ｅｒｙ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｙ ｔ ｍ． ｈ ｔ ｔ ｒ ｌｘ ｏ ｉ ｎ ｅ ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｏ ａ ｅ ｌ ｅ ｄ ． ｏ ｐ ｅ ｎ ｎ ｇ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｓ ｓ ｅ Ｔ ｅ ｓａ ｏ ｕ － ｒ ｔ ｄ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｆ ｅ ｏ ｍｅ ｈ ｄ ｃ ｎ ｒ ａ ｉ ｅ ｃ ｕ ｌｄ ｚ
ｃ ｔｏｌｏ ｔ ｅ ａｎｄ ｒ ａｃ ｉ ｏｗｅｒ ｏｎ ｒ ｆａｃｉ ｖ ｅ ｔ ｖｅ ｐ ．
Ｋｅｙ ｏｒ ｓ Ｄｏ ｂｙ ｆ ｄ Ｖ ｃ ｏ ｏ ｔｏ； ｅ ｃ ｕ ｌｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｗ ｄ ： ｕ ｌ ｅ ； ｅ ｔｒ ｎｒｌ ．ｏ ｐｅ ｏ ｔ － ｃ Ｄ ｏ
２双 馈 电 机 的 数 学 模 型 ［］ ２
和 鼠 笼 异 步 电 机 … 样 ， 舣 馈 电 机 以 及 双 馈 凋 速 系
曰
两 细 旁 生 存 和 两 砌 碰 轷 尘 硇 ｝
通 常 将 两 相 静 止 标 系 的 。 轴 与 ｊ 相 静 止 坐 标 系 【 的 Ａ 轴 重 台 ， 当 定 Ｆ和 转 子 侧 都 取 电 动 机 惯 例 时 ， 在 任
ＺＡＮＧ ｉ ｉ ａｎｇ－ ＪＫｅ－ ｎ Ｙ１ ｘｕ
（ ａ ｈ ｎ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｈｕ ｅ ｒ ｖｎ ｅ Ｗｕ ａ ３ ０ ４ｌ Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｙ ｂ ｉ ｏ ｉｃ ｈ ｎ ４ ０ ７ ｐ
止 标 系 和 阿 相 旋 转 坐 标 系 。 风力机 变速 箱 双馈电动机
图 ｌ中 ∞ ＝
． 是
口系 统 的 旋 转 速 度 ， ∞。 时 为 ＝∞
双 绩 风 秀 发 电 曼 统 结 构 固
同 步旋 转 ，∞ 为 『 步旋 转 角速 度 ， 即定 子 角频 率 。∞ 刮 ＝０ 时 为 定 于 静 标系统。
１双馈风 力发 电系统
双 馈 是 电 能 分 别 馈 入 电 机 的 定 子 绕 组 和 转 干 绕 组
Ｉ
，
造 成 ｒ双 馈 电 机 的 动 态 数 学 模 型 十 分 复 杂 ， 分 析 和 求 解 难 。 所 以 需 要 采 用 坐 标 变 换 的 方 法 对 双 馈 电 机 的 数 学 模 型 加 以 变 换 ， 以 求 简 化 。 根 据 空 问 对 称 的 绕 组 在 通 以 相 位 对 称 的 电 流 时 ， 其 合 成 磁 场 都 为 一 个 幅 值 恒 定 的 旋 转 磁 场 这 一 原 理 ， 町 以 假 设 定 由 一 个 互 差 ９ Ｆ ＿ ０ 度的 正交绕组组 成，在其 中通以 幅值相 Ｉ， ＿ 】 相 位 互 差
维普资讯
摘 要
向 的 双
关 键 词 ：双 馈 ； 量 控 制 ；解 耦 控 制 矢
Ｔｈｅ ｏｎｔ ｏｌｏｆｄｏｕｂｌ ｆ ｃ ｒ ｙ． ｅｄ ｎｅｒ ｏｒ ｉ ｇｅ ａｔ ｎ ｔ ｎｄ ｎｅ ｇｙ ｏｎｖｅ ｉ ｈｅ ｗｉ ｅ ｒ ｃ ｒｓｏｎ ｙｓ ｅｍ ｓ ｔ
双 馈 电 机 在 稳 态 运 行 的 时 候 ， 定 旋 转 磁 场 和 转
子 旋 转 磁 场 在 窜 问 保 持 相 对 静 止 当 定 了 旋 转 磁 场 以
Ｍ 步 速 旋 转 时 转 子 旋 转 磁 场 相 对 于 转 以 转 差 角 频
旋 转 。 当 转 子 转 速 低 ｆ 同 步 速 时 ， 转 旋 转 磁 场 旋 转
方 向 和 转 于 转 向 相 同 ， 否 则 相 反 舣 馈 电 机 转 ｆ 接 变 频
Ａ
器 ， 其 调 速 的 基 本 思 想 就 是 要 在 转 于 回 路 上 串 人 附 加 电 势 ， 通 过 调 节 附 加 电 势 的 人 小 、 相 位 和 相 序 米 实 现 双
馈调 速 。