双馈异步发电机
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理：
双馈发电机是指发电机的定转子都能发电的发电机。
当发电机转速小于旋转磁场同步转速时，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供励磁电流，定子发出电能给电网；
当电机转速大于旋转磁场的同步转速时，处于超同步运行状态，此时发电机由定子和转子同时发出电能给电网；当电机转速等于旋转磁场的同步转速时，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。
当发电机转速变化时，若控制转子供电频率响应变化，可使电流频率保持恒定不变，与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。
特点：
双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价。
变频器的容量仅为总机组容量的1/3左右。
在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW的电能。
因此，双馈异步发电机产生的谐波要比所有功率都经逆变器流入电网的同步电机或异步电机变速系统小得多。
转差频率调节,调速范围为发电机同步转速的33.3％。
降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率。
功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。
根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.95，感性0.90。
低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
先进的双PWM变频器，实现四象限运行。
变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。
缺点:
有碳刷结构，需要定期更换碳刷。
双馈异步发电机
双馈异步发电机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。
关于双馈异步风力发电机：双馈异步风力发电机是一种绕线式感应发电机，是变速恒频风力发电机组的核心部件，也是风力发电机组国产化的关键部件之一。
该发电机主要由电机本体和冷却系统两大部分组成。
电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构[1]。
双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变频器与电网连接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。
由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了"柔性连接"，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的调节发电机输出电压，使其能满足要求。
双馈异步发电机原理：目前的风电机组多采用恒速恒频系统，发电机多采用同步电机或异步感应电机。
在风电机组向恒频电网送电时，不需要调速，因为电网频率将强迫控制风轮的转速。
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。
效率下降，被迫降低出力，甚至停机，这显然是不可取的。
与之不同的是，无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不同的风速下运行，其转速可随风速变化做相应的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，机组效率提高。
同时，定子输出功率的电压和频率却可以维持不变，既可以调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。
双馈异步发电机的工作特性：双馈电机的结构类似于绕线式感应电机，定子绕组也由具有固定频率的对称三相电源激励，所不同的是转子绕组具有可调节频率的三相电源激励，一般采用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。
风力发电机组 双馈异步发电机 国标
风力发电机组双馈异步发电机国标（最新版）目录1.风力发电机组概述2.双馈异步发电机的定义及工作原理3.国标对双馈异步发电机的规定4.双馈异步发电机在风力发电中的优势5.双馈异步发电机的国内外现状6.双馈异步发电机的发展趋势正文一、风力发电机组概述风力发电机组是一种可再生能源设备，通过将风能转化为电能，为我国提供清洁的能源来源。
风力发电机组主要由风轮、传动系统、发电机等部分组成。
其中，发电机是风力发电机组的核心部件，其作用是将风轮产生的机械能转化为电能。
二、双馈异步发电机的定义及工作原理双馈异步发电机是一种绕线型电机，其主要由定子和转子两大基础结构组成。
双馈异步发电机的特点是电网负责提供定子绕组所需电压，而转子绕组所需能量则来自于变频器。
通过将定子和转子连接到电网上，实现能量的转化。
三、国标对双馈异步发电机的规定我国国家标准《风力发电机组，双馈异步发电机 (第 1 部分):技术条件》(gb/t,23479.1-2009) 对双馈异步发电机的技术条件进行了详细规定。
该标准由全国风力机械标准化技术委员会归口，永济新时速电机电器有限责任公司、湘潭电机股份有限公司、清华大学、沈阳工业大学等单位参与起草。
四、双馈异步发电机在风力发电中的优势双馈异步发电机在风力发电中具有以下优势：1.提高发电效率：双馈异步发电机通过变频器调整电机的转速和电压，使其始终处于最佳工作状态，从而提高发电效率。
2.降低成本：双馈异步发电机结构简单，且采用增速齿轮箱，使得电机体积小、重量轻，易于安装和维护，从而降低成本。
3.提高系统可靠性：双馈异步发电机采用全功率变频器，具有较强的过载和过流保护能力，可提高整个风力发电系统的可靠性。
五、双馈异步发电机的国内外现状目前，双馈异步发电机在国内外的发展已经取得了长足的进步，广泛应用于风力发电等领域。
然而，一些核心技术仍需进一步完善，以提高发电效率和降低成本。
六、双馈异步发电机的发展趋势随着技术的不断进步和市场需求的不断增长，双馈异步发电机在风力发电领域的应用将更加广泛。
什么是双馈异步发电机
什么是双馈异步发电机，什么是异步电机，两者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。
双馈发电机又被人们称之为交流励磁发电机.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。
异步发电机是指异步电机处于发电的工作状态，从其激励方式有电网电源励磁发电（他励）和并联电容自励发电（自励）两种情况。
1、电网电源励磁发电：是将异步电机接到电网上，电机内的定子绕组产生以同步转速转动的旋转磁场，再用原动机拖动，使转子转速大于同步转速，电网提供的磁力矩的方向必定与转速方向相反，而机械力矩的方向则与转速方向相同，这时就将原动机的机械能转化为电能。
双馈异步风力发电机 原理
双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。
它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。
下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。
2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。
转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。
3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。
4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。
5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。
6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。
外部绕组与电网相连。
7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。
通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。
同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。
双馈异步风力发电机参数辨识
双馈异步风力发电机参数辨识双馈异步风力发电机参数辨识引言：随着可再生能源的发展和利用的日益增长，风力发电作为清洁能源之一，受到了广泛关注。
双馈异步风力发电机作为一种常见的风力发电机类型，其具有较高的效能和较低的成本，被广泛应用于风电场。
然而，双馈异步风力发电机的参数辨识一直是一个具有挑战性的问题。
本文将介绍双馈异步风力发电机的基本原理和结构，讨论参数辨识的方法，以及未来可能的研究方向。
一、双馈异步风力发电机的原理和结构双馈异步风力发电机由风轮、转子、变压器、逆变器和电网组成。
其基本原理是通过风轮受到的风力驱动转子旋转，产生的机械能通过变压器和逆变器转换成电能，并输入到电网中。
双馈异步风力发电机与传统的固定转子异步发电机相比，具有转矩平稳、输出功率高、噪音低等优点。
二、双馈异步风力发电机参数辨识的方法1. 试验法：通过搭建试验平台，采集双馈异步风力发电机在运行过程中的电流、电压、速度等数据，利用系统辨识方法进行参数的估计。
试验法需要高昂的成本和大量的时间投入，但可以获取具有较高精度的参数估计结果。
2. 基于数学模型的辨识方法：利用数学建模方法建立双馈异步风力发电机的数学模型，然后利用系统辨识方法对模型进行参数辨识。
该方法不需要进行试验，成本较低，但需要对风力发电机的工作原理和电气特性有较深入的理解。
3. 人工智能方法：利用人工智能算法，如神经网络、遗传算法等，对双馈异步风力发电机的参数进行辨识。
这种方法具有较高的自适应性和鲁棒性，但需要大量的数据支持和计算资源。
三、双馈异步风力发电机参数辨识的挑战和应对双馈异步风力发电机参数辨识面临以下挑战：1. 参数难以测量：双馈异步风力发电机的某些参数难以直接测量，需要通过间接手段进行辨识。
2. 参数受环境影响较大：风力发电机的工作环境复杂多变，受到风速、湍流、温度等因素的影响，导致参数辨识的结果不稳定。
3. 系统非线性：双馈异步风力发电机的系统具有非线性特性，使得参数辨识更加困难。
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。
什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？
什么是“双馈”？双馈异步发电机的原理和条件是什么？“双馈”是异步电机的一种运行方式，也是一个专用术语。
其中的“馈”字，英语为“Fed ”，在这里，汉语应该理解为电能“交换”，故双馈即是双端馈电。
注意，“Fed ”并不确指电能的交换方向（输出还是输入），所以，双馈既有双馈发电机，亦有双馈电动机。
对于绕线转子的异步电机，除了定子必然和电源相联之外，转子也可以和电源相联，于是，当电机作为发电机时，称之为双馈异步发电机；反之作为电动机时，则称为双馈电动机，而只有一端和电源相联的普通电机则属于“单馈”。
还要指出，双馈发电或双馈电动均属于和外部电源的电能交换，因此，双馈（Double Fed ）以及串级（Cascade Control ）都应归属于外馈（）。
双馈异步发电机的基本原理和普遍的异步发电机原理是一致的，所不同的是，双馈发电机的转子不是单纯地输入机械功率M P ，还有和附加电源交换的电功率K P 。
这样做的目的何在？我们先从普通的异步发电机谈起。
按照异步电机的原理，异步发电机的功率转换流程为转子功率2P —→电磁功率em P —→定子电功率1P考虑到功率转换中的损耗，转子的功率2P 必须大于转子的电磁功率em P ，即有2P ＞em P这是能量守恒的体现，也是异步发电机的核心原理。
发电机目的是将机械能转化为电能，所以，按理转子功率2P 应该就是机械功率M P ，但是问题出来了，根据电机学和力学原理，旋转电机的机械功率普遍表达为n T P M M 602π= 等于机械转矩M T 和转速n 的乘积；而异步电机的电磁功率表达为1602n T P em π= 即为电磁转矩T 和同步转速1n 的乘积。
同步转速是旋转磁场的转速，且pf n 1160=考虑到电机稳定运行必然遵循转矩平衡原理，也就是机械转矩和电磁转矩大小相等，方向相反，即M T T =结果，在n ＜1n （亚同步）时，却是M P ＜em P或者2P ＜em P转子功率小于电磁功率，异步电机不但不能发电，反而是作电动机运行。
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有刷双馈式异步发电机
有刷双馈式异步发电机
双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，双馈异步发电机通常为4极或6极，转速为1500r/min、1000r/min，如此高的转速是通过多级增速齿轮箱来实现的。
这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。
目前美国GE能源、德国Fuhrländer等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。
我国甘肃兰州电机有限责任公司、北车集团永济电机厂、四川东风电机厂有限公司也都先后研制成功了兆瓦级双馈式异步发电机。
双馈式电机分鼠笼式和绕线式两种。
但是，鼠笼式感应发电机因其无法最大限度地利用风能，在风力发电机组中没有得到广泛应用。
在风力发电机组中多选用绕线转子感应异步发电机，这种发电机在结构上与绕线式异步电机相似，由绕线转子异步发电机和在转子电路上带交流励磁器组成，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，这种带滑环的双馈式电机被称之为有刷双馈发电机。
双馈式电机的定子接入电网，通过PWM(脉宽调制)AC-DC-AC变频器向发电机的转子绕组提供励磁电流，为了获得较好的输出电压电流波形，输出频率一般不超过输入频率的1/3。
其容量一般不超过发电机额定功率的30%，通常只需配置一台1/4功率的变频器。
其原理图如图1所示。
双馈式异步发电机向电网输出的功率由两部分组成，即直接从定子输出的功率和通过变频器从转子输出的功率。
风力机的机械速度是允许随着风速而变化的。
通过对发电机的控制使风力机运行在最佳叶尖速比，从而使整个运行速度的范围内均有最佳功率系数。
双馈式异步发电机的变速运行是建立在异步电机基础上的，众所周知异步电机既可作为电动机运行，也可作为发电机运行。
我们将转子转速n与同步转速ns的差值定义为转差，转差与同步转速之比的百分值定义为转差率。
在作电动机运行时，异步电动机转子的转速只能是略低于同步转速，此时产生的电磁转矩与转向相同，转差率＞0。
而作发电机运行时，转速总是略高于同步转速，其电磁转矩的方向与旋转方向相反，转差率＜0，发电机的功率随该负转差率绝对值的增大而提高。
当双馈发电机的转子绕组通过三相低频电流时，在转子中会形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度与转子的机械转速相叠加，使其等于定子的同步转速，从而在发电机定子绕组中感应出相应于同步转速的工频电压。
当风速变化时，转速随之而变化，相应地改变转子电流的频率和旋转磁场的速度，就会使定子输出频率保持恒定。
当发电机的转速低于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应反电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率；当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电
机处于超同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩同方向，定子和转子都向电网馈送电功率。
综上可知，在变速恒频风力发电中，由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速在不断的变化，而且经常在同步速上、下波动，这就要求转子交流励磁电源不仅要有良好的变频输入、输出特性，而且要有能量双向流动的能力。
在目前电力电子技术条件下，可采用IGBT器件(绝缘栅双极晶体管)构成的PWM整流—PWM逆变型式的AC-DC-AC变频器作为其励磁电源。
为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行；为了控制发电机转速和输出的功率因数，必须对发电机有功功率、无功功率进行解耦控制。
这一过程是采用磁场定向的矢量变换控制技术，通过对用于励磁的PWM变频器各分量电压、电流的调节来实现。
调节励磁电流的幅值、频率、相序，确保电发电机输出功率恒压。
同时采用矢量换控制技术，实现发电机有功功率、无功功率的独立调节。
调节有功功率可调节风力机转速，进而实现最大风能捕获追踪控制；调节无功功率可调节电网功率因数，提高风电机组及所并电网系统的动、静态动行稳定性。
根据双馈式异步发电机数学模型和发电机的功率方程可知：有功功率、无功功率分别与定子电流在m、t轴上的分量成正比，调节转矩电流分量和励磁电流分量可分别独立调节有功功率和无功功率。
根据双馈式异步发电机数学模型和交流电机矢量变换控制原理，可设计出交流励磁变速恒频发电机定子磁链定向的矢量变换抑制系统，系统采用双闭环结构，外环为功率控制环，内环为电流控制环。
整个控制系统可分为三个单元，它们分别接受风速和转速信号，有功功率指令和无功功率指令，并产生一个综合信号送至励磁控制装置，改变励磁电流的大小，频率和相位满足系统控制的需要。
其中有功功率指令和无功功率指令的产生步骤是：分别设定有功功率和无功功率的参考值，并与转子电流反馈量比较或获得转子电压指令，经旋转变换就得到发电机转子三相电压控制量。
现有的双馈式异步发电机发出的电能都是经变压器升压后直接与电网并联，加之在转速控制系统中采用了电力电子装置，会产生电力谐波。
同时发电机在向电网输出有功功率的同时，还必须从电网吸收滞后的无功功率，使功率因数恶化，加重了电网的负担。
因此必须进行无功补偿，提高功率因数，通常都是在风电场母线集中处安装电容器组。
但这种补偿方式受电容器的级数和容量等的制约，无法实现最佳补偿状态。
目前，一种基于电力电子逆变技术的无功补偿装置—静止同步补偿器很有可能将取代传统的电容器补偿方式。
当风力发生变化发电机组突然切出时会对电网的冲击较大。
另外有刷双馈发电机存在滑
环和变速箱的问题，运行可靠性差，需要经常维护，其维护保养费用远高于无齿轮箱变速永磁同步风力发电机，并且这种结构不适合运行在环境比较恶劣的风力发电系统中。