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
变速恒频风力发电关键技术研究[摘要]本文以变速恒频风力发电技术为研究对象，着眼于风力发电的关键实现技术，从交流—直流—交流风力发电技术分析、磁场调制发电机技术分析以及交流励磁双馈发电机技术分析这几个方面入手，围绕变速恒频风力发电机关键技术这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，并据此论证了变速恒频风力发电技术作为风力发电最关键技术，其在缓解能源危机以及推动“绿色能源”可持续发展过程中所发挥的至关重要的作用与意义。
[关键词]变速恒频风力发电技术发电机励磁定子转子分析为缓解能源危机问题，各方工作人员开始针对一种全新的“绿色能源”展开详细分析与研究。
一种将电力电子技术、微机信息处理技术及矢量变化控制技术充分融于发电机控制过程当中的发电技术——变速恒频风力发电技术更是以其特殊的应用优势而备受关注。
本文是针对变速恒频风力风力发电关键技术这一中心问题做详细分析与说明。
一、交流—直流—交流风力发电技术分析该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图1）。
受到风速持续变化因素的影响，整个系统当中的风力机装置及发电机装置也会产生与风速变化存在一定关系的变速旋转作用，进而导致电功率的产生。
由图1我们不难看出：由发电机装置所发出的交流电电流首先借助于整理器装置转换为直流电形式，在此基础之上借助于逆变器发生有源逆变反应形成适宜于电网恒定频率的交流电电源。
为确保整个交流—直流—交流反应的稳定性与有效性，风力发电过程当中应当确保发电机装置反应容量基本与变频器装置反应容量保持一致。
此类风力发电技术在实践应用过程当中最为突出的优势在于且并网过程当中基本无电流冲击作用力，并网对整个风力发电系统的影响程度较低。
但是，考虑到系统运行中采取静态自励式逆变器装置完成频率变化作业，尽管发电过程当中可以针对系统所产生的无功功率予以调节，但电网所接受电流当中仍然存在部分高频电流。
图1 交流—直流—交流风力发电技术运作系统结构示意图二、磁场调制发电机技术分析该技术运作系统结构示意图如下图所示（见图2）。
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。
变速恒频风力发电机空载并网控制
变速恒频风力发电机空载并网控制随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛应用。
在风力发电机组中，变速恒频风力发电机是一种常见的类型。
本文将重点探讨变速恒频风力发电机空载并网控制的原理、优缺点及应用。
变速恒频风力发电机组是一种通过风轮捕捉风能，并将其转换为电能的技术。
与恒速恒频风力发电机相比，变速恒频风力发电机具有更高的风能利用率和更宽的转速范围。
其工作原理是，通过调整风轮转速，以适应风速的变化，从而保持发电机输出频率的稳定。
空载并网控制是指风力发电机在不带负载的情况下与电网连接。
实现空载并网的关键在于控制风轮转速和发电机电流，以确保发电机与电网的同步。
常见的空载并网控制策略包括以下两种：直接并网法：在风速达到额定值后，风轮直接驱动发电机进入同步状态，然后进行并网。
此种方法简单直接，但并网瞬间会产生较大的冲击电流。
软并网法：通过控制风轮和发电机的转速，缓慢地将发电机接入电网，从而避免冲击电流的产生。
这种方法需要更多的控制环节和算法，但其并网效果较直接并网法更为平稳。
优点： a.由于能够适应风速的变化，所以具有较高的风能利用率； b.通过调整转速，可以减轻风轮和发电机的机械应力，提高设备的寿命；c.与恒速恒频风力发电机相比，其启动和停止更为灵活。
缺点： a.控制系统的设计较为复杂，需要精确的转速和电流控制； b.并网过程中可能产生较大的冲击电流，对电网造成一定的影响； c.需要采取措施来应对电网的波动，以保证系统的稳定运行。
变速恒频风力发电机空载并网控制在现代风力发电场中得到了广泛应用。
例如，根据某风力发电场的数据，采用变速恒频风力发电机空载并网控制后，该风电场的年发电量增加了30%，同时设备维护成本降低了20%。
这充分证明了变速恒频风力发电机空载并网控制在提高发电效率和降低运行成本方面的优势。
变速恒频风力发电机空载并网控制是风力发电技术中的重要一环。
通过控制风轮转速以适应风速的变化，保持发电机输出频率的稳定，可以实现高效的电能转换。
简述变速恒频风力发电系统的控制策略
变速恒频风力发电系统的控制策略1. 引言随着可再生能源的快速发展，风力发电在新能源领域扮演着重要的角色。
变速恒频风力发电系统是一种常见的风力发电技术，它采用变频器和传感器等设备来控制风机的运行。
本文将对变速恒频风力发电系统的控制策略进行全面、详细、完整和深入的探讨。
2. 变速恒频风力发电系统的基本原理变速恒频风力发电系统由风机、变频器、传感器和控制器等部分组成。
变速恒频风力发电系统的基本原理是将风机的机械能转化为电能，并通过变频器控制输出电压的频率和电压大小。
变速恒频风力发电系统的控制策略主要包括风机的启停控制、叶片角度调节、电网同步控制和功率控制等方面。
2.1 风机的启停控制风机的启停控制是变速恒频风力发电系统控制策略的关键。
当风力较小时，系统需要启动风机以利用可用的风力资源。
启动风机时，控制器会发送启动指令给变频器，将电机的转矩逐渐增加，使风机启动加速。
当风力达到一定的阈值后，控制器会发送恒频指令给变频器，使风机保持恒定的转速。
2.2 叶片角度调节变速恒频风力发电系统通过调节叶片角度来控制风机的输出功率。
当风力较大时，控制器会通过传感器获取风机旋转速度和风速等参数，然后根据预设的功率曲线计算出应该调整的叶片角度。
调整叶片角度可以控制风机的风能利用率，使其在不同风速条件下都能输出最佳功率。
2.3 电网同步控制电网同步控制是变速恒频风力发电系统将风机的电能输出与电网相连接的关键。
在将风机的电能输出给电网之前，控制器需要检测电网的频率和电压等参数，然后将风机的输出电压调整到与电网同步。
通过电网同步控制，变速恒频风力发电系统可以保持与电网的稳定连接，并将多余的电能输送给电网。
2.4 功率控制功率控制是变速恒频风力发电系统的关键功能之一。
通过控制风机的转速和叶片角度等参数，系统可以实现对风机输出功率的精确控制。
功率控制在应对电网需求变化、风力波动等情况下起到重要作用，可保持风机输出功率在合适范围内，确保系统的安全和稳定运行。
变速恒频双馈风力发电系统应用研究
统。其优点如下 。
Ｉ
ｆ± ｍ ｘ厂
Ｉ
系统 、开关磁 阻发 电机系统等 ，这些 变速恒频发 电系统 有 的是发电机 与电力 电子 装置相结 合实现构而实现变速恒 频的。这
些系统都有 自己的特点 ， 适用 于不同的场合 。下面对 这
较 高。 ２ ）输 出波形 中谐波分量小 而且频率高 ，容易滤去 ，
可以得到很好的正弦波形 。
量和系统 的容 量 相 同。有 高频 电流 谐 波注 入 电 网。 目
前 ，永磁发电机 系统 是研 究 的 热点 之 一 ，而且 发 展很 快 ，国外 已经出现了兆 瓦级永磁风力发 电机 系统 。
风速下 ，风轮机吸收的功率不超过最大值。 （）提高了系统的风能利用率 ３
围内变化，通过对最佳叶尖速 比的跟 踪 ， 风力发 电机 使
组在可发 电风速下均可获得最佳 的功率输 出。风力发 电 机组的控制技术从 机组 的定桨距恒速运行 发展 到变速运 行 ，已经基本实现了风力发 电机组从能够 向电网提供 电 力到理想地 向电网提供 电力 的目的。
２ ）电动机为无刷结构 ，易维护。 ３ ）易调节 。通过 励磁调节 可 以很方 便地控 制它 的 输 出特性 ，使风力机实现最佳叶尖速 比运行。 该系统缺点为 ：交交变频控制电路复杂 。可 以考虑
— —
式中 ｒ ｎ ——功率绕组 电流频率 ，与电网频率相 同； 控制绕组 电流频率；
靠。
该系统缺点 为：电力电子变换 装置容量较大 。仅仅 适用于中小型风 电系统 ，研究较少。
３ 无刷爪极式发电机 系统… ．
无刷爪极式 自 励发 电机 ， 子铁心及 电枢绕 组与 同 定 步电动 机相 同 ，区 别仅 在于 它 的励 磁部 分 ，如 图 ２所
变速恒频风力发电系统应用技术研究
第27卷 第2期2020年2月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.272020 No.2变速恒频风力发电系统应用技术研究叶洪海1，罗 宾2，包 宇1（1.佳木斯大学 信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007；2.西南石油大学 机电工程学院，成都 610000）摘 要：随着人类对能源可持续发展问题的日益重视，风能的利用正变得越来越重要。
因此，对风力发电关键应用技术的研究成为国内外风力发电研究的热点。
首先，通过对恒速恒频和变速恒频两种系统技术对比，确定了变速恒频系统在风力发电中的优势地位，然后对变速恒频系统的应用控制技术进行了全面的分析和研究，主要包含交流励磁双馈电机、永磁同步发电机技术和相应的控制策略等。
研究结果表明，变速恒频风力发电技术无论是在输出功率方面，还是在运行效率方面都有着巨大的优势。
关键词：风力发电；控制技术；变速恒频中图分类号：TM61 文献标志码：AResearch on Application Technology of Variable Speed ConstantFrequency Wind Power Generation SystemYe Honghai 1，Luo Bin 2，Bao Yu 1（1. College of Information Science & Electronic Technique JIAMUSI UNIVERSITY,Heilongjiang,Jiamusi,154007,China；2.School of Mechanical Engineering Southwest Petroleum University,Chengdu,610000,China）Abstract：With the increasing attention of the sustainable development of energy, the utilization of wind energy is becoming more and more important. Therefore, the research on the key application technology of wind power generation has become the focus of wind power generation research at home and abroad. Based on the contrast between the constant speed constant frequency system and variable speed constant frequency system, the paper concludes that the variable speed constant frequency earns the advantage in the wind power system. Furthermore, the research on the application of variable speed constant frequency system control technology is carried out , which consists of ac excitation doubly-fed motor, permanent magnet synchronous generator technology and the corresponding control strategy and so on. The results show that variable speed and constant frequency wind power generation technology has great advantages in both output power and operating efficiency. Key words：wind power；control technology；variable speed constant frequency收稿日期：2019-12-06基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12521558）。
变速恒频双馈风力发电机系统的研究
收稿日期22基金项目甘肃省自然科学基金“智能控制的多模态集成融合方法研究”(3ZS 2B 5235)变速恒频双馈风力发电机系统的研究贾石峰(兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州 730070)摘 要: 分析了变速恒频双馈风力发电机系统的结构及工作原理,给出了变速恒频技术在发电机组中实现变速运行的不同方式.通过比较变速工作时的定转子状态,采用控制发电机转子电流的大小来实现双馈异步发电机输出端电压稳定.根据运行数据,总结了变速恒频双馈风力发电机系统的若干优势.关键词: 变速恒频;双馈;发电机中图分类号: TM315 文献标识码: A 文章编号:100420366(2008)0420094203Research on the System for V ar ia ble 2Speed Constant 2Fr equencyDoubly 2Fed Wind Pow er G enera torJ IA Shi 2feng(College of A utomation and Elect rica l E ngi nee ring ,L a nz hou J ia otong U niversity ,L anzhou 730070,China )Abstract : The st ruct ure and f undament al pri nciple of variabl e 2speed co nst ant 2f requency doubly 2fe d wi nd power generator system i s a nalyzed.Different met hods about power generator varia ble 2speed run are real 2ized based on varia ble 2speed consta nt 2f reque ncy technology.By t he compa ri son of vari able 2speed work stat e of st ator and rotator of va riabl e 2spee d constant 2f requency power generat or ,t he generator rot ator cur 2rent cont rol met hod i s adopt ed t o i mpl ement outp ut vol tage st abilit y of doubly 2fed asynchronization power generator.According to t he operat ing data ,some adva nt ages of t he generator syste m are sum marized.K ey w or ds : VSCF ;doubly 2f ed ;power generator 能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题,对可再生能源的开发利用,特别是对风能的开发利用,已受到世界各国的高度重视,现代兆瓦级以上的大型并网风力发电机组多采用风力机变速运行的方式[1],这种运行方式可以实现优化风力发电机组内部件的机械负载及系统内的电网质量.风力机变速运行时,与其连接的发电机也作变速运行,因此必须采用在变速运转时能发出的恒频恒压电能的发电机,才能实现与电网的并网连接[2].将具有绕线转子的双馈异步发电机与应用最新电力电子技术的IG B T 变频器及PWM 控制技术结合起来,就能实现这一目的,也就是变速恒频发电系统.1 变速恒频双馈发电机系统采用双馈发电机是风力发电技术的一种主流技术,双馈发电机的结构类似绕线型感应电机,其定子绕组直接接入电网,转子绕组由一台频率、电压可调的低频电源供给三相低频励磁电流.1.1 VSCF 风力发电机结构双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量,由于转子侧是通过变频器接入的,低频电流起到了励磁作用,因此又称为交流励磁发电机,还有些文献称之为可变速发电机、变速恒频发电机或异步化同步发电机.第20卷 第4期2008年12月 甘肃科学学报Jo urnal of G ans u Sci ences Vol.20 No.4Dec.2008:20080229:04220双馈异步发电机主机结构特点:定子与一般三相交流发电机定子一样,转子采用三相交流绕组.正常工作时,定子绕组并入工频电网,转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的不同类型的循环变流器作为三相变频电源供电,转子励磁系统通常采用交2交/交2直2交变频电源供电.双馈异步发电机组成的变速恒频发电系统如图1所示.双馈风力发电机的原动机为风轮和风轮传动系统.由于风速的特殊性(随机性、时变性等),使得双馈风力发电机区别于一般的双馈电机控制.基于变速恒频控制技术的交流励磁风力发电机系统主要由风轮、增速器、交流励磁发电机、励磁、控制检测等系统组成[3～4].图1 变速恒频双馈异步发电机系统结构1.2 VSCF 风力发电机原理双馈异步发电机在稳态运行时,根据感应电机定、转子绕组电流产生的旋转磁场相对静止的关系,其数学表达式如下n 1=n ±n 2,(1)f 1=p n/60±f 2,(2)s =n 1-n n 1=±n 2n 1,(3)式中n 1、n 、n 2分别为定子电流磁场旋转速度、转子旋转速度和转子电流磁场相对于转子的旋转速度,f 1、f 2分别为定、转子电流频率,p 为发电机极对数,s 为发电机的转差率[5].由式(1)可知,当发电机转子转速n 发生变化时,调节转子电流频率f 2,可使f 1保持恒定不变,实现双馈异步发电机的变速恒频控制.当n <n 1时,电机处于亚同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相同,励磁电源向转子提供交流励磁电流,定子向电网馈出电能,式(1)、式(2)、式(3)均取正号;当>时,电机处于超同步速运行状态,转子磁场旋转方向与转子旋转方向相反,此时定、转子均向电网馈出电能,式()、式()、式(3)均取负号;当n =n 1时,f 2=0,励磁电源向转子提供直流励磁,此时电机作为普通隐极式同步发电机运行.当风速变化时,V SCF 系统工作过程有:(1)当风速降低时,风力机转速降低,异步发电机转子转速也降低,转子绕组电流产生的旋转磁场转速将低于异步电机的同步转速n s ,定子绕组感应电动势的频率f 低于f 1(50Hz ),与此同时转速测量装置立即将转速降低的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率增高,则转子旋转磁场的转速又回升到同步转速n s ,这样定子绕组感应电势的频率f 又恢复到额定频率f 1(50Hz ).(2)当风速增高时,风力机及异步电机转子转速升高,异步发电机定子绕组的感应电动势的频率将高于同步转速所对应的频率f 1(50Hz ),测速装置会立即将转速和频率升高的信息反馈到控制转子电流频率的电路,使转子电流的频率降低,从而使转子旋转磁场的转速回降至同步转速n s ,定子绕组的感应电动势频率重新恢复到频率f 1(50Hz ).必须注意,当超同步运行时,转子旋转磁场的转向应与转子自身的转向相反,因此当超同步运行时,转子绕组应能自动变换相序,以使转子旋转磁场的旋转方向倒向.(3)当异步电机转子转速达到同步转速时,此时转子电流的频率应为0,即转子电流为直流电流,这与普通同步发电机转子励磁绕组内通入直流电是相同的.实际上,在这种情况下双馈异步发电机已经和普通同步发电机一样了.双馈异步发电机输出端电压的控制是靠控制发电机转子电流的大小来实现,当发电机的负载增加时,发电机输出端电压降低,此信息由电压检测获得,并反馈到控制转子电流大小的电路,也即通过控制三相半控或全控整流桥的晶闸管导通角,使导通角增大,从而使发电机转子电流增加,定子绕组的感应电动势增高,发电机输出端电压恢复到额定电压.反之,当发电机负载减小时,发电机输出端电压升高,通过电压检测后获得的反馈信息将使半控或全控整流桥的晶闸管的导通角减小,从而使转子电流减小,定子绕组输出端电压降回至额定电压[6].1.3 VSCF 风力发电机运行数据采用VSCF 技术,1.5MW ,4极(同步转速1500r/mi n )双馈异步发电机实验样机功率/转数运行关系如图所示由图可见,风力发电机不论在亚同步运行、超同步运行,还是过负荷运行过程,VS F 系统都要起59第20卷 贾石峰:变速恒频双馈风力发电机系统的研究 n n 1122.2C图2 1.5MW4极双馈异步发电机功率/转数运行关系到功率调节的作用.由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求,发电机转速在不断变化,而且经常在同步转速上下波动[7],这就要求转子交流励磁电源有良好的变频输入输出特性,具有能量的双向流动能力,采用IG B T 器件构成的PWM 整流2PWM 逆变形式的交2直2交静止变频器作为其励磁电源.2 VSCF 风力发电机系统的优越性通过对VSCF 双馈异步发电机实验样机的实际运行效果分析,V SC F 风力发电机系统较传统失速型风力发电机系统具有下列优势:(1)VSC F 发电系统有能力控制异步发电机的滑差在恰当的数值范围内变化,因此可以实现优化风力机叶片的桨距调节;(2)由于风力机是变速运行,其运行速度能够在一个较宽的范围内被调节到风力机的最优化效率数值,使风力机的功率系数C p 值得到优化,从而获得较高的系统效率[8];(3)可以实现发电机低起伏的平滑的电功率输出,达到优化系统内的电网质量,同时减小发电机温度变化;(4)可以降低机组剧烈的转矩起伏和噪声水平,从而能够减小所有部件的机械应力;(5)可独立运行,也可并网运行,并可实现功率因数的调节.3 结束语研究了V SC F 风力发电机系统结构、工作原理、运行数据和系统优势.建立在VSCF 发电技术基础上的双馈异步发电机确保发电机输出功率恒频、恒压,保证了功率输出的平稳性和传动系统的柔性,实现风能-电能安全可靠转换,VSCF 是大型并网风力发电机组的主流机型的关键技术.风电是一种新能源,风能是有大规模开发利用前景的可再生能源,随着人们对环保意识日益增强,传统能源日渐枯竭,风力发电将成为工业化能源的重要组成部分.参考文献:[1] 叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2006.[2] 吴国祥.双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略[J ].电工技术学报,2007,22(7):1702171.[3] Wang Q ,Chang L C.An Intelli gent Maxim um Po wer Ext rac 2t ion Algorit h m fo r Invert er Based Variable S peed Wi nd Tur 2bi ne Syst ems [J ].IE EE Transactio ns on Power El ect ro nics ,2004,19(5):124221249.[4] Moo r G D ,Beu kes H J .Maxi mum Po wer Poi nt Trackers For 2wind Turbines[C ].2004,35t h Annual IEEE Po wer El ect ro nics Speci ali st s C o nference[A].Germany ,2004:204422049.[5] 代洪涛.变速恒频双馈风力发电机控制系统研究[J ].沈阳工业大学学报,2003,25(6):4792481.[6] 王海军.变速恒频双馈风力发电变频励磁电源控制研究[D ].兰州:兰州交通大学,2007.[7] 王承熙,张源.风力发电[M ].北京:中国电力出版社,2002.[8] 顾鑫.风力发电机组控制系统研究分析[J ].华东电力,2007,35(2):1612162.作者简介:贾石峰(19682)男,吉林省长春人,1990年毕业于兰州交通大学自动化专业,现任兰州交通大学自动化与电气工程学院副教授,硕士生导师.主要从事检测技术及自动化装置、控制理论与控制工程研究.69 甘肃科学学报 2008年 第4期。
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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变速恒频风力发电关键技术研究
发表时间：2018-06-07T10:41:35.750Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：李琳[导读] 摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。
（大唐新能源黑龙江公司 150038）摘要：本文主要对风力发电技术进行研究，首先从传统的恒速恒频发电入手与变速恒频发电做对比，展示了变速恒频发电在性能方面的突出优点,再分析变速恒频发电机组的工作原理和机组中的两种发电系统：交流励磁双馈发电系统和无刷双馈发电系统，分别对两种系统的工作原理、控制方式、优点及缺点等方面作出了阐述。
关键词：变速恒频；风力发电；技术研究前言：根据我国目前生态建设和可持续发展的需要，大力开发可再生能源已经成为了当下应用能源的新型趋势，而风能正是符合这一需求的可再生绿色能源。
风力发电技术早在上个世纪就开始进行研究和应用，但是在一定程度上机组性能尚不完善，关键技术的研发未有突破，导致了风能利用率较低。
在近些年逐步发展的变速恒频风力发电技术在一定程度上可以对此改善，在技术研究上也有了新突破。
1.风力发电的技术分析 1.1恒速恒频风力发电机组分析
恒速恒频风力发电机组是一种运行后叶轮不能根据风速的变化而发生变化的，是由电网频率决定的风轮转速和电能频率在运行时基本保持不变的风电机组。
主要发展于上世纪八十年代和九十年代之间，曾经被我国广泛应用于风力发电，并在此期间不断被研究者优化的一种风力发电形式。
恒速恒频风力发电机组最开始的容量只有几十千瓦级，逐步发展为兆瓦级，并且有着一系列优点，例如：性能稳定、操作简便等，但仍属于非智能操作系统。
在恒速恒频风力发电机组中，由两种较为常用的控制方式：主动失速控制和定桨距失速控制。
其中，主动失速控制是应用于大容量机组的一种控制方式，这种控制方式可以使机组具有稳定的输出功率，也会有部分机组采用定桨距失速控制，但是，该方式的输出功率不稳定还会造成一定程度上的齿轮箱磨损。
在恒速恒频风力发电系统中，由于外界风速变化无常，但风力发电机本身的转速不会改变，就会造成数据的不准确，风机效率低下等状况。
在风力发电中，要提高风力发电系统的发电效率是首要任务，在整个过程中捕获最大风能是要点，所以发电系统一直在向着目标改进发展。
随着科学技术的发展，在风力发电方面也有了明显的突破，正如近年来慢慢发展并强大的变速恒频风力发电系统。
1.2变速恒频与恒速恒频的对比分析
变速恒频风力发电机组是当今的主流风力发电机组，是二十世纪末期发展起来的一种高效的风力发电方式。
与恒速恒频风力发电机组相比，变速恒频风力发电机组有明显的优势。
变速恒频风电机组可以应对不同风速大小，在不同风速下进行自身调节，最大化捕捉风能，提高风能的利用率。
恒速恒频发电机组在遇到较大风力时，自身产生的较大电流会使自身结构遭到损害。
变速恒频风力发电机组本身可以根据外界风速的变化进行自身调节，减少因力的相互作用而导致装置内部结构遭到破坏的现象，从而大大延长了机组的使用寿命。
不仅如此，变速恒频风力发电机组主要是通过对内部转子交流励磁电流幅值、频率以及相位的控制，实现在变速下对于频率的恒定控制，，这种控制方式还可以达到对输出功率的控制，使装置运行更加灵活，以便于整个机组的运作。
2.变速恒频风力发电的关键技术分析 2.1变速恒频风力发电工作原理
在变速恒频风力发电机组中，主要的三个部，分是风力机、发电机和辅助构件。
变速恒频风力发电的基本工作原理是风力机构件中的叶轮吸收风能，在风能的作用下发生转动，使之转化为机械能，而后，叶轮的转动带动齿轮箱工作，产生机械能，再将产生的机械能通过发电机转化为电能，并经过一定转化输入电网，再由电网对各个用户进行传输。
目前的变速风力发电系统完全实现了机械自动化，属于智能运作系统，不需要人工调节，可以根据风速风力进行自身调节，适应外界变化。
对于变速恒频发电机组而言，在额定风速以上运行时，可以使叶轮上的载荷控制在安全值内，并且，有效的调节风电机组吸收的能量。
风力机的叶轮由于质量较大，具有较大的惯性，在变桨控制产生作用时，叶轮不会及时发生变化，通常情况下会滞后一定时间才能有所表现，这一情况很容易使功率有大幅度的波动。
所以，在额定风速上运行时，需要用发电机转矩来进行快速的调节，来保证输出稳定的能量。
当机组处于额定风速以下时，可以通过提高对发电机转矩的控制，使机组变速运行，以达到提高能量转换率的目的。
2.2变速恒频发电系统
交流励磁双馈发电系统：这种发电系统内部的主要结构有叶轮、齿轮箱、发电机、四象限变频器、交流励磁控制器、检测装置以及风力发电控制器等，其内部还存在滑环和电刷。
馈电方式为装置内部转子绕组通过交流—交流的方式或是交流—直流—交流方式的变频器提供相关数据可以调节的电源，定子绕组接电网。
交流励磁控制器还可以通过对于转子变频器输出的电压、幅值、相位以及频率的控制来调节转矩和定子的无功功率。
在装置中，变频器提供给转子低频旋转磁场，且满足公式：ω1=ωs±ωr。
其中ω1代表定子磁场同步转速，ωs代表整个磁场旋转速度，ωr代表转子机械旋转速度。
无刷双馈发电系统：这种电力系统的深入研究始于上世纪七十年代末，在此期间的几十年中，主要由美国Wisconsin大学、Ohio州立大学等高等院校对无刷双馈发电系统进行深入研究。
其内部结构主要有电网、功率绕组、控制绕组、变频器、无刷电机、风力机等。
在其内部定子上，一般有两套三相对称绕组，一个为主绕组，一个为副绕组。
一般由工频交流电源直接为主绕组供电，如果副绕组短路，系统能够在异步运行方式下运作。
无刷双馈发电系统内部的转子一般分为磁阻转子和笼形转子两类，其中，磁阻转子以ALA型较为常见，笼形以笼形短路绕组转子较为常见。
在风力发电系统的研究中表明，无电刷和滑环的发电转子在应用中更为稳定耐用，可靠性强。
并且，发现在所有的发电系统研究中双馈型有刷及无刷的变速恒频控制在性能上都较为优越，较为常用，可以在此结论的基础上进一步对于双馈型变速恒频空间展开研究，进一步发展我国变速恒频风力发电的应用。
3.结语
综上所述，变速恒频风力发电已经逐步成为当下广泛应用的风力发电方式，并且有诸多优点已经逐步取代恒速恒频风力发电方式，比如可以机械自动化调节，以适应各种程度的外界风速，提高风能利用率。
本文对于变速恒频风力发电机组中的两种目前应用较多的发电方式进行分析，进一步分析了变速恒频发电机组的应用机理，在目前的一些研究中可知，双馈型变速恒频控制的方式在性能上较为优越，有良好发展前景。
参考文献：
[1] 刘其辉, 贺益康, 卞松江. 变速恒频风力发电机空载并网控制[ J].中国电机工程学报, 2004,(4): 6-11.
[2]潘文霞, 艾斯卡尔, 史林军, 等. 变速恒频风力发电系统控制方案的分析与比较 [ J]. 太阳能, 2004, 06( 36 ). 作者简介：李琳，男，汉，1988.01.25，本科，热能与动力工程，哈尔滨理工大学，电力工程，助理工程师。