变速恒频电源研究
风力发电中的变速恒频技术综述

风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。
进而带动发电机组发电的能源技术。
由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点,被各国广泛重视,纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。
第一次世界大战后,丹麦首开先河,制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。
随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。
前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。
到20世纪60年代,由于石油廉价和内燃机的广泛运用,风力发电成本高的问题显得突出,和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力,发展几近停止。
但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题,使得风力发电技术重新受到重视。
风力发电又进入迅速发展阶段。
先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行,自动控制技术日益成熟,并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。
2002年,世界各国风电装机总量达到近40000MW,并且每年增长率达20%,发展势头强劲。
我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。
2002年底,我国风力发电装机容量达473MW,遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。
图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步,主要表现为以下几点:(1)风力发电机单机容量稳步变大。
现在单机容量已达到兆瓦级;(2)变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。
目前,绝大多数的风力发电机采用这种技术;(3)变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统,风能利用更加有效;(4)无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。
这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。
2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速以后,由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制,必须降低风机吸收功率,使其在接近额定功率下运行,同时减少桨叶承受的载荷冲击,使其不致受到损坏。
无刷电机在风力发电机变速恒频控制中的研究

电 网 将 强 迫 控 制 风 轮 的 转 速 。 同 步 发 电 机 转 速 保 持 恒 定 ,而 感 应 发 电机 转 速 相 对 于 同步 转 速 也 最 多 只 是 一 个 不 超 过 5 6 的转 速 差 。 在 这 种 情 况 下 , %- % 风 力 机 在不 同 风 速 下 维 持 或 近 似 维 持 同 一 转 速 ,效 率
[ 要 ] 介 绍 了一 种 新 型 风 力 发 电 方 式 , 给 出 摘 并 了无 刷 电机 的数 学模 型 和 初 步 的控 制 方 案 。
制 ; 制 策 略 控
却 可 以 维持 不 变 , 可 以 调 节 电 网 的 功 率 因 数 , 可 既 又
以提 高 系统 的 稳 定 性 。 下 面 介 绍 无 刷 电机 的 工 作 原
紧 张 的状 况 。
P一 定 子 功 率 绕 组 的 极 对 数 ; D P一 定 子 控 制 绕 组 的极 对 数 。 c
传 统 的 风 力 发 电机 多 采 用 同步 发 电 机 或 感 应 电
机 。 在 风 力 机 向 恒 频 电 网送 电 时 , 需 要 调 速 , 为 不 因
=
以 , 进风 力发 电技 术 , 高 风力 发 电机组 的效率 , 改 提
多是为农村 或分散 的孤立用 户设计 , 术较 成熟 , 技 已
一
定 子 控 制 绕 组 电流 频 率 ;
成 批 生 产 并 进 入 商业 市 场 ;另 一 方 面 是 发 展 亍 电
网并 网运 行 的大 型 风 力 发 电 机 组 ,以 缓电 机 结 构 如 图 1所 示 ,定 子 上 装 有 2套 不
同 的三 相 对 称 绕 组 , 1套 接 至 工 频 电 源 ,称 为 功 率 绕 天 , 能作为一 种清 洁的可再生 的能源 , 风 日益 受 到 世 组 ; 套 接 至 变 频 电 源 , 为控 制 绕组 ; 子 采 用 自行 1 称 转 界 各 国 的 重 视 。地 球 上 蕴 藏 的 风 能 资 源 虽 然 十 分 丰 闭合 的 环 路 结 构 。无 刷 电机 特 殊 的 磁 场 交 叉 耦 合 的 富 , 实 际 上 能 够 被 利 用 的 风 能 目前 仍 十 分 有 限 。 但 而 运 行 原 理 使 电 机 达 到 稳 定 同 步 运 行 状 态 时 , 电 机转 且, 由于 风 速 变 化 多 端 , 其 利 用 有 一 定 的 困难 。所 速 满 足 : 使
变速恒频电源闭环控制系统的设计与仿真

( p rme to e t ia n l c r n cEn i e rn De a t n fElc r l d E e to i gn e i g,Hu z o g U n v r iy o c a ah n iest f S in e a d Te h oo y ce c n c n l g ,W u a 3 0 4,Ch n ) h n4 0 7 i a Ab t a t s r c :A e d s n me h do h w o r n w e i t o ft e l p we CF p we y t m r s n e h s p p r n t e s s e ,a p r g o VS o rs se i p e e t d i t i a e .I h y tm s n e — ma e tma n tma h n s u e sAC g n r t r n n g e c i e i s d a e e a o ,PI a d r p t i es r t g s u e O c n r lt e AC— D n e ei v t a e y i s d t o t o h t DC- o v re s AC c n e t r . I o l k h o r s s e s l ra d l h e. Th o g h o tc u d ma e t e p we y t m ma l n i t r e g r u h t e c mp tr smu a i n a a y i ,wek o t a h u p t u e i lt n l ss o n w h tt e o t u — v l g a o s a tfe u n y a d a l u e wi ih p e ii n a d lw it r i n o t e h sc n t n r q e c n mp i d t h g r cso n o d s o t . a t h o Ke r s y wo d :VS CF;i v re s n e t r ;PI a d r p tt e c n r l r D n e e i v o to l 2 0 年 3月 2 07 5日第 2 4卷第 2期
变速恒频双馈风力发电机励磁电源控制技术

第 4 卷 第 4期 1
20 0 7年 4月
电 力 电 子技 术
P we lc r n c o rE e to i s
Vo . 1 No4 1 . . 4 Ap l 2 0 i r ,0 7
变速恒频双馈风力发电机励磁电源控制技术
郭金 东 一 赵 栋利 ,林 资旭 一 许 洪华 , - , ,
( . 国科 学 院 电工 研 究 所 , 京 1中 北 10 8 ;2中 国科 学 院研 究 生 院 ,北 京 0 00 . 10 8 ; 00 0
3北京科诺伟业科技有 限公司 , . 北京Biblioteka 10 8 ) 0 0 3
摘要 : 基于变速恒频双馈式风力发 电机定子磁链定 向控 制理论 , 出了交流励磁 电源的控制方案。控制结构采 提
关键 词 : 力 发 电机 ; 磁 ; 制 ;励 磁 电流 风 励 控 中 图分 类号 : M 6 T 8 T 4 .N 6 文献标识码 : A 文 章 编 号 :0 0 10 2 0 )4 0 0 - 3 10 — 0 X(0 7 0 - 0 10
Th e AC— u s ppl n r lTe hn l y o h ra e S e nsa e e c y Co t o c o og ft e Va i bl pe d Co t ntFr qu n y Do bl —e i e r o u y f d W nd G ne at r
3B  ̄nC rn cec .e' ooaS i e& T c nl yC . Ld, e i 00 3 hn ) i n eh o g o, t. B in10 8 ,C ia o j
Ab t a t B s d o h r n e o to e r f a a l p e o sa t r q e c o b yf d id c in g n r tr S s r c : a e n t e o e td c n r l h o y o r b e s e d c n t n e u n y d u l e n u t e e ao ’ i t vi f o sao u t i p p r p e e t a AC s p l o to tae yT e c nr l c e a a t a k t— a k P M o v re s t tr f x,h s a e r s n s —u p y c n r l sr tg . h o t s h me d p s b c — b c W l o o c n e tr w o e d c u l o t lsr t g a e n v co o t lt c n l g . i a l ,h y tm x e me tu d r s b s n h o i - h s e o p e c n r t e b s d o e trc nr e h oo F n ly t e s se e p r n n e u -y c r n z o a y o y i a t n a d s p rs n h n z t n c n i o s c mp ee . n e s s m cie a d r a t e p we e o p e i ln x i n u e -y c r ia i o d t n i o l t d a d t y t o o o i h e a t n e ci o rd c u ld smu a te — v v p r n n e a i b e w n p e o d t n i as o l t dT e e p rme t e u t v ia e t e fa i i t f t e ei me t u d r v ra l i d s e d c n i o s l o c mp ee . h x e i i n a r s l a d t h e s l y o h l s l b i c n r ls h me o t c e . o Ke wo d w n e e ao ;ma n t i g; o t l y r s: i d g n r tr g ei n c n r ;ma n t i g c re t z o g e i n u r n z
交流励磁发电机变速恒频运行原理

交流励磁发电机变速恒频运行原理1.风力机最大风能捕获运行机理风力是一种取之不尽,用之不竭的可再生能源,但又是一种具有随机性﹑爆发性﹑不稳定性特征的动力源,因而存在一个如何使用风力机实现风能的高效采集﹑高效利用的问题。
由空气动力学原理,通过叶轮旋转面的风能只能被风力机吸收一部分,可用风能利用系数C p 来描述:C p =P m / P w (Ⅰ—1)其中:P m 为风力机吸收且输出的机械功率;P w 为通过浆叶输入风力机的功率。
故系数C p 反映了风力机吸收利用风能的效率。
风力机的风能利用系数C p 与风力机的一个重要运行参数叶尖速比λ密切相关,如图Ⅰ—1所示。
叶尖速比即叶轮的叶尖线速度与风速之比,即λ=R Ω/V=R2πn/(60V) (Ⅰ—2)式中R 为叶轮的半径,Ω为叶轮旋转的角速度,n 为叶轮的转速,V 为风速。
风力机的风能利用系数C p 与叶尖速比密切相关,风能利用系数与叶尖速比的关系曲线如图Ⅰ—1所示。
能捕获的关键是控制风力机转速。
风力机按浆叶节距的磁链分量分别为:Ψm1=Ψ1,Ψt1=0。
忽略发电机定子电阻,发电机感应电动势E 1等于定子侧端电压U 1。
因为1E 落后于1ψ 90°,故1E 和位于t 轴的负方向,从而有U m1=0,U t1=-U 1关系。
忽略定子电阻时发电机电压和磁链方程为[9][13][24]式中L s ,L r ,L m 为发电机定、转子等效自感和互感;r 2为转子绕组电阻;I m1,I t1,I m2,I t2为定、转子电流的m 、t 轴分量;ω1,ωs 为同步角速度及转差角速度;p 为微分算子。
从(Ⅱ—1)式可看出,不计定子电阻影响时,发电机的定子磁链Ψ1为常数,其值为定子电压与同步角速度之比。
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧++=-+===222222222211110m s t t t t s m m m p I r U p I r U p U ψωψψωψψωψ(Ⅱ—1) ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-==-=21221212112)(1t r t m t m r m m m t m s t m s m m I L I L I L I L I L L I I L L I ψψψ(Ⅱ—2)2.发电机矢量变换控制系统按U m1=0,U t1=-U 1关系,发电机的功率方程为可以看出,有功功率P ﹑无功功率Q 分别与定子电流在m 、t 轴上的分量成正比,调节转矩电流分量I t1和励磁电流分量I m1可分别独立调节P 和Q 。
变速恒频双馈风力发电机的主要优点和基本原理

变速恒频双馈风力发电机的原理和优点研究摘要随着地球能源的日益紧缺,环境污染的日益加重,风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视,风力发电技术成为世界各国研究的重点。
变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术,其主要优点在于风轮以变速运行。
通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位,从而实现转速的调节,可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比,进而实现追求风能最大转换效率;同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率,抑制谐波,减少损耗,提高系统效率。
而其与双馈发电机构成的风力发电系统的研究已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。
关键词:风能,,风力发电,变速恒频,双馈发电机1 国内外风力发电现状风力发电作为一种无污染的清洁能源,日益受到各个国家的重视。
由于近年来电力电子技术发展的势头突飞猛进,尤其是计算机与控制技术的飞速发展,各国看到了风能的潜力,都在风能的开发利用上投入了大量的人力物力精力,风力发电的技术得到长足的进步和飞速发展。
机械、空气动力、计算机、自动控制、电力电子技术的发展和新领域的利用,促进了很多当初制约风力发电发展的一些技术难关的攻克,并且在各国政府的大力支持下,风电的时代已经来临。
预计到2020年,世界风电的装机容量将达到1231000MW,发电量约为30000亿KWh,风力发电将占世界发电总量的12%。
“风力12%”的蓝图,展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可缺的重要力量。
风力发电不再是一种可有可无的补充能源,已经成为最具有商业化发展前景的成熟技术和新兴产业,有可能成为世界未来最重要的替代能源。
在欧洲,德国一直引领着世界风电市场的发展,他们制定了一个新的风电发展规划,到2025年风电至少占总用电量的25%。
丹麦、西班牙和法国的风电也在高速发展,其中西班牙和法国的风电装机容量以每年60%的速度增长,丹麦已成功用风电来满足国内18%的电力需求,是世界上风电贡献率最高的国家。
变速恒频风力发电用双PWM变换器的协调控制研究

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式 中 , 为 网侧 电 网电压 d轴分量 。 图 2为传统 负 载 电流 前馈控 制原 理图 。
( )直 流 母 线 电压 波 动 原理 示 意 图 b
图 1 直 流母 线 示 意 图
变 速 恒 频 风 力 发 电用 双 P WM 变 换 器 的 协 调 控 制 研 究
马 浩 淼 ,高 勇 , 媛 杨 彪 王 立 虎 杨 , ,
(. 1西安理 工大学 自动化与信息工程学 院,陕西 西安 7 0 4 ; 10 8 2 陕西师范大学 计算机科 学学院 , . 陕西 西安 70 6 ) 10 2
文献标 志 码 : A
Co r i t d Co t o fDua o d na e n r lo lPW M n e t r o Co v r e s f r VSCF i d we n r to y t m W n Po r Ge e a i n S s e
术、 主动 失 速调 节 技 术 和 变 速 恒频 技 术 。其 中变 速 恒频 风力发 电技 术备 受关 注 … 。变速 恒 频双 馈 风力
经常会 引起 直流母线 电压 的波 动 。因此 , 本研 究提 出
一
种新 型的 网侧 变换 器 与机 侧 变换 器 的协 调控 制 策
略 。该策 略提高 了 网侧变 换 器对 机侧 变 换 器负 载 的 响应速度 , 网侧变换器 主动地 为机侧 变换 器提供励 使
这种 将负 载 电流引入 网侧变换 器 的 策略 , 使 直流母 线 电压 的波 动减 小 ( 图 2 。 由于反 馈 的 见 )但
变速恒频风力发电关键技术研究

变速恒频风力发电关键技术研究一、变速恒频风力发电系统简介变速恒频风力发电系统是指利用变速器控制风力发电机的转速,以使其在不同风速下维持恒定的电网频率输出。
该系统通常由风机、主轴、齿轮箱、变速器、发电机和控制器等组成。
变速器是风力发电系统的核心部件之一,其性能将直接影响整个系统的工作效率和可靠性。
二、问题与挑战1. 变速器的耐久性:风力发电系统工作环境恶劣,严峻的气候条件和风机运行时的剧烈震动都会对变速器的耐久性提出严格要求。
2. 效率和传动比的平衡:变速器需要在保证高效率的保持适当的传动比,以适应不同风速下发电机的转速要求。
3. 变速器的可靠性和维护成本:变速器的可靠性关系到整个风力发电系统的运行稳定性和经济性,而高维护成本将直接影响风力发电项目的运营成本。
三、关键技术研究1. 先进的材料与加工技术:采用先进的高强度、耐磨材料以及先进的加工技术,提高变速器的耐久性和承载能力。
2. 变速器的设计优化:通过对变速器的结构、传动比、摩擦损失等进行深入研究,优化其设计,提高传动效率和运行稳定性。
3. 智能监测和预测维护技术:采用智能监测设备和先进的数据分析技术,实现对变速器运行状态的实时监测和预测,提前发现故障,并采取有效措施进行维护,降低运维成本。
4. 多学科融合研究:将机械工程、材料科学、控制工程等多学科知识融合,进行全面系统的研究和优化设计,实现变速恒频风力发电系统的高效、稳定、可靠运行。
四、发展趋势随着风力发电技术的不断进步,变速恒频风力发电系统将在未来迎来更多的发展机遇。
一方面,随着材料科学、机械工程等领域的不断发展,变速器所采用的材料和制造工艺将得到进一步的改善和提升,从而提高其耐久性和可靠性。
智能监测与预测维护技术的不断成熟,将进一步降低变速器的维护成本,提高系统的运行效率和经济性。
多学科融合研究的发展趋势将促进变速恒频风力发电系统在技术上的全面提升和创新。
变速恒频风力发电系统作为风力发电技术的重要组成部分,其关键技术研究具有重要的意义。
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逆 变器 中采 用 了固定 开关点 的优 化 S P WM 技 术 , 通 过调 节发 电机 励 磁 电流 来调 节 输 出电压 的 大 小 。变 速 恒 频 电源 的输 出符 合 三相供 电体 制 , 逆 变器输 出端设 计 了 中点 形成 变压 器 以形成 三相 电源 的 中点 。应
用 MATL AB软件 中的 S i mu l i n k仿 真工具 作 为平 台 , 对 电 源的输 出结果 进行 了观 测 。分析 了不 同仿 真 参
r e n t ,t h e s i z e o f t h e o u t p u t v o l t a g e i s a d / u s t e d .Th e o u t p u t o f t h e v a r i a b l e s p e e d c o n s t a n t f r e q u e n c y p o we r s u p p l y c o n f o r ms
Re s e a r c h o n Va r i a bl e S pe e d Co n s t a nt Fr e q u e n c y Po we r S u pp l y
Ab s t r a c t :Fo r t h e v a r i a b l e s p e e d c o n s t a n t f r e q u e n c y AC p o we r s u p p l y s y s t e m ,t h e r e g u l a t o r c o n t r o l p a r t a n d t h e p o we r
a n d t h e q u a l i t y r e q u i r e me n t o f t h e p o we r o u t p u t i s f i n a l l y a c h i e v e d .
c o nv e r t e r c on s t i t u t e t h e ma i n c i r c ui t .Vo l t a ge de t e c t i on c i r c ui t a nd c ur r e nt de t e c t i o n c i r c u i t f or a s p e c i f i c c i r c u i t a r e d e s i gn e d。
数 对 输 出结 果 的 影 响 , 最 终 达 到 了 电 能 输 出的 质 量 要 求 。 关键 词 : 变速 恒 频 电 源 ; S P W M 逆 变器 ; MATL AB仿 真 中图分 类号 : TM 9 1 6 文献 标志 码 : A
H A N Xi a o f e ng ( Xi ’ a n Ra i l wa y Voc at i o na l a nd Te c h ni c a l Col l e g e, Sc ho ol of El e c t r i c a l En gi ne e r i ng,Xi ’ a n 7 1 00 26, Chi na )
t o t h e t h r e e - p h a s e p o we r s u p p l y s y s t e m.Th e mi d p o i n t i s d e s i g n e d i n t h e i n v e r t e r o u t p u t t e r mi n a l t o f o r m t h e t r a n s f o r me r t o
f o r m t he mi d po i n t of t he t h r e e - p ha s e p o we r s upp l y . Us i n g Si m ul i n k s i m ul a t i on t oo l i n M AT I AB s of t wa r e as t he p l a t f o r m , t he out p ut of p owe r s upp l y i s obs e r v e d . The i n f l u e nc e o f di f f e r e nt s i m ul a t i o n pa r a me t e r s o n t he ou t put r es u l t i s a na l yz e d,
试 验
研 究 Βιβλιοθήκη 变 速 恒 频 电 源研 究
韩 晓 峰
( 西 安铁 路 职 业 技 术 学 院 电 气 工 程 学 院 , 陕 西 西安 7 1 0 0 2 6 )
摘 要 : 变 速 恒 频 电 源 系统 是 基 于 发 动 机 拖 动 的发 电机 系统 , 为保 证 电源 的频 率和 电压稳 定性 , 研 究
I n t h e i n v e r t e r a f i x e d s wi t c h p o i n t o f t h e o p t i mi z e d S PW M t e c h n o l o g y i s u s e d .B y a d j u s t i n g t h e g e n e r a t o r e x c i t a t i o n c u r —