新型变速恒频风能转换系统的实现原理与运动学分析
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
变速恒频技术是指根据风速的变化，通过调整发电机的转速和功率输出，使风力发电机组在各种风速下能够以最佳的效率工作。
关键技术主要包括风速预测、最大功率点跟踪和变频控制。
风速预测是实现变速恒频风力发电的关键环节。
准确地预测风速可以帮助风力发电机组提前进行调整，以便在合适的风速下实现最大功率输出。
常用的风速预测方法包括传统统计模型、神经网络模型和基于气象数据的数值模型。
这些模型可以根据历史风速数据和气象观测数据进行分析和计算，从而预测未来时间段的风速变化。
最大功率点跟踪是变速恒频风力发电的核心技术之一。
根据风速的变化，风力发电机组需要调整转速和功率输出，以在不同风速下实现最大的能量转化效率。
目前常用的最大功率点跟踪方法包括控制档位、模型预测控制和自适应控制等。
这些方法通过监测风速、转速和功率输出等参数，并利用模型或者控制算法进行实时调整，以寻找和保持最佳的工作状态。
变频控制是实现变速恒频风力发电的关键技术之一。
通过变频器将风力发电机组产生的交流电转换成恒定频率的电力输出，以适应电网的要求。
变频控制可以实现风力发电机组的平稳启动、转速调节和频率稳定等功能。
它还可以通过控制电机转矩和电网接口的功率调整，实现发电机组的功率控制和电网的无功功率补偿，提高发电系统的稳定性和供电质量。
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。
浅谈变速恒频风电系统中的作用
浅谈变速恒频风电系统中的作用【摘要】本文介绍了变速恒频风电系统的优点及其控制方案，交流励磁双馈电机的优点和基本原理，同时对双馈电机在变速恒频风电系统中的应用进行了实验研究。
【关键词】变速恒频风电系统控制方案交流励磁双馈电机随着人们对风能的重视，风力发电由单机运行逐渐发展为并网发电，同时容量也在逐渐增大。
在风力发电中，当风力发电机组与电网并网时，要求风力发电机组发电的频率与电网的频率保持一致，即保持频率恒定。
但风力发电机发出的电能，其频率、电压、波形等都是不稳定的，对这样的电能只有经过处理与控制，才能并网。
为充分利用不同风速时的风能，我们对风电系统的控制方案做了深入的研究，并提出了实用且适合于风力发电的变速恒频技术。
１变速恒频风电系统恒速恒频和变速恒频风电系统是现代并网风电机组的两种类型。
恒速恒频风电系统结构简单，整机造价低、安全系数和可靠性较高，在现在的风力机市场上占有较大份额，但恒速运行对风能的利用效率不高。
变速恒频风电系统是20世纪70年代中期以后发展起来的一种新型风力发电系统，风力机跟随风速的变化而变速运行，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数最大。
与恒速恒频风电系统相比，其主要优点是：１．１系统转换效率高。
变速运行的风力机以最佳叶尖速比、最大功率点运行，最大限度的利用风能，提高了风力机的运行效率，和恒速恒频风电系统相比年发电量一般可提高10％以上。
1．2 机电系统间的刚性连接变为柔性连接。
当速跃升时，吸收阵风能量以飞轮能量的形式存储在机械惯性中，减少机械应力和转矩脉动，延长风机寿命。
当风速下降时，高速运转的风轮能量释放出来变为电能送给电网。
1．3 具有同步电机运行特点，功率因数可调。
不消耗电网无功功率，还可改善电网功率因数，提高发电质量。
1．4 可使变桨距调节简单化。
只需采取适当的限速措施，在限速运行区允许转速有一定范围的波动，从而降低风力机机械部分的造价，并能提高运行的可靠性。
1．5 便于和电力系统并网，操作简单，运行可靠，不会发生振荡和失步，减少运行噪声，可进行动态功率和转矩脉动补偿。
变速恒频双馈异步发电机运行原理讲义
变速恒频双馈风力发电机运行原理张 波风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展。
采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频风力发电系统相比具有显著的优势，如风能利用系数高，能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力，以及可以改善系统的功率因数等。
双馈电机变速恒频（VSCF ）风力发电系统，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制。
它的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。
1 工作原理1.1 双馈电机的VSCF 控制原理VSCF 风力发电系统主要由风力机、增速箱、双馈发电机、双向变频器和控制器组成。
双馈发电机可在不同的转速下运行，其转速随风速的变化可作适当的调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，以提高风能的利用率。
当电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节发电机的功率因数。
双馈异步发电机的结构类似绕组感应发电机，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（一般采用交-交变频器或交-直-交变频器）供给三相低频电流，图1给出这种系统的原理框图。
当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度（n 2）与转子的机械转速（n ）相叠加，使其等于定子的同步转速（n 1），即21n n n ±=从而在发电机定子绕组中感应出相应与同步转速的工频电压。
由上面转速关系可以推出风力发电机转速与定、转子绕组电流频率的关系，即式中 f 1、f 2、n 和p 分别为定子电流频率、转子电流频率、发电机的转速和极对数。
当风速变化时，转速随之而变化。
由式(1)可知，当转速n 发生变化时，若调节f 221()f sf =±相应变化，可使f 1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，实现风力发电机的VSCF 控制。
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组电控系统的研究与实现的开题报告
变速恒频双馈风力发电机组电控系统的研究与实现的开题报告一、研究背景及意义风力发电作为一种清洁能源，具有越来越重要的地位。
目前，国内外市场对风力发电的需求正在不断增长，风力发电机组的制造也呈现出越来越大型化、智能化的趋势。
然而，风电场应变情况、气象条件等因素的影响往往导致发电机组的输出功率存在很大的波动，影响了发电效率。
为了解决这一问题，变速恒频双馈风力发电技术应运而生。
该技术通过对发电机转速和电网频率进行联合控制，实现了对输出功率的精准调控，提高了风电场的发电效率。
变速恒频双馈风力发电机组电控系统是该技术的核心部分，其设计优化直接关系到发电机组的性能和效率。
因此，对于电控系统的研究与实现具有重要的意义，可以提高风力发电的经济性和可靠性，促进清洁能源的发展。
二、研究内容和目标本文的研究内容主要包括以下方面：1.分析变速恒频双馈风力发电机组的工作原理及电控系统的组成；2.研究电控系统中的PI调节器、电压控制器、转速控制器等关键性能指标；3.设计电控系统的硬件电路，如偏置供电、滤波器等电路；4.实现电控系统的软件，包括MATLAB/Simulink模型及其控制算法、C语言编程及控制命令编写；5.完成实验验证，对比不同控制方法下的风力发电机组性能表现。
研究的目标是：设计一套稳定可靠的变速恒频双馈风力发电机组电控系统，实现对发电机组性能的精准调控，在实验验证中实现优异的性能表现。
三、研究方法和步骤1.收集、整理文献资料，对变速恒频双馈风力发电技术和电控系统进行深入了解；2.通过建立MATLAB/Simulink模型，研究电控系统中的PID调节器、电压控制器、转速控制器等关键性能指标，并进行参数优化；3.设计电控系统的硬件电路，包括偏置供电、滤波器、信号放大器等电路；4.实现电控系统的软件，包括MATLAB/Simulink模型及其控制算法、C语言编程及控制命令编写；5.实验验证，对比不同控制方法下的风力发电机组性能表现，并分析优化方案。
矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究
矩阵式变换器交流励磁的变速恒频风力发电系统研究结合矩阵式变换器、交流励磁发电技术和矢量控制的优点，建立了矩阵式变换器供电的变速恒频交流励磁风力发电机定子磁场定向的矢量变换控制系统模型，该系统能够在不同风速下最大程度地获得风能，高质量发电，并实现有功、无功功率的独立调节。
仿真结果展现了系统的优良特性，验证了该方案的正确性和有效性。
标签变速恒频风力发电；矩阵式变换器；交流励磁引言：随着环境保护要求的日益提高和一次性能源的日趋耗尽，开发洁净无污染的后续能源已成为当务之急。
风能作为一种可再生能源近年来受到广泛的重视，风力发电愈来愈高技术化、高性能化。
风力发电机并网发电时，要求输出频率和电网频率一致。
采用变速恒频方式可以提高风能的获取和转换利用率，是很适合风力发电的运行方式，也是它的发展方向。
变速下实现恒频发电的方法众多，其中一种方案是交流励磁发电，它采用变频器实现双馈发电机的交流励磁，变频器只需供给转差功率，大大减小了容量的需求。
此时发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率，实现恒频输出；通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节，这应是变速恒频发电中的优化方案。
1.交流励磁变速恒频风力发电原理交流励磁发电机从结构上看就是一台绕线式异步电机，转子上采用三相对称分布的励磁绕组，对称交流电励磁，且励磁电压的频率、大小、相位、相序都可根据系统要求加以控制。
交流励磁发电机转速不同于同步转速，但由于其转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场的转速（方向可以相同或相反）等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。
因此有的称交流励磁发电机为“异步化同步发电机”。
正是由于交流励磁发电机励磁控制自由度的增加，才使得该类电机具有超越传统同步发电机的性能，其主要表现在：（1）当交流励磁发电机稳态运行时，其转子励磁频率可根据所需电机的转速加以控制，以满足机电能量转换条件：ωs =ωr±ωf，其中ωs为电网角频率，ωr为转子旋转角速度，ωf为励磁电压角频率，因此可实现变速恒频发电；（2）交流励磁发电机励磁磁场的大小以及相对转子的位置决定于励磁电压的大小、频率及其与定子电压的相位关系，采用适当的控制策略后，可使发电机输出的有功、无功功率独立调节。
风能转换系统优化控制及实现方式分析
风能转换系统优化控制及实现方式分析摘要：本文主要分析了风能转换系统优化的概况，阐述了风能转换系统的优化控制办法，最后总结了风能转换系统优化控制的积极作用和优势，旨在采取良好的优化控制方法，让风能转换系统在安全稳定运行的前提下，获取最大风能。
关键词：风能转换系统；优化控制；实现方法一、风能转换系统的优化的概况（一）风能转换系统原理及结构风能转换系统主要由电磁、电网连接以及气动传动三个子系统构成，气动传动子系统的功能是由气动子系统获取风能，然后转化为机械能，再利用风轮机的转动，由传动子系统将机械能传递到发电机中；电磁子系统的功能是将传递到发电机中的机械能转化电能，然后通过电网连接系统整体并入电网中。
（二）风能转换系统的优化控制问题风能转换系统中，当风速比既定风速小时，风能转换系统所吸收到的风能远比发电机的额定功率小，叶片的气动性能会受到风速的影响，风速变化，其气动性能也发生改变，进而改变发电机的功率。
另外，发电机中的电磁转矩是风轮机转速的一大影响因素，所以对最优的功率曲线的跟踪主要通过电磁转矩的控制来实现，从而使得得到的风能最大化。
二、风能转换系统的优化控制办法（一）单目标优化控制方法1.跟踪最大功率点跟踪最大功率点的原理是让风能转换系统在最大功率点周围运行，从而实现最大风能的捕获。
这种方法主要建立在“登山法”的基础上，对风轮转速和风能功率进行微分计算，然后根据跟踪最大功率点的控制逻辑找到最佳功率点并运行。
但是这种方法同样存在一些不足之处，风速和高速风轮机的惯量不固定，因此测量的风速存在一定的误差，故需要预估风速。
此外，如果功率出现频繁的波动，则会给系统的稳定性带来一定的影响，这种情况可以通过模糊控制的方法来解决。
2.模糊控制这是一种相对而言较为灵活的方式，其目的为在同样的建模基础上，进一步实现风能利用率的提高，是对跟踪最大功率点的补充和延伸。
其原理是让风能转换系统的运行保持在最佳状态。
如果风能转换系统处于稳定运行状态，但不是最佳运行点，则需要调节控制器，让运行点靠近最佳点。
变速恒频风力发电自动控制系统的设计
变速恒频风力发电自动控制系统的设计摘要：变速恒频风力发电自动控制系统具有众多优点，它主要是由变速恒频风电技术实现的，同时，这项技术也促进了变速恒频风力发电的改革和优化，本文将通过对变速恒频风力发电自动控制系统的数据模型以及各项取现进行分析，对变速恒频风力发点自动控制系统进行系统的介绍，重点介绍该系统的工作原理和工作基本步骤，以及其自动捕风过程的如何实现。
关键字：变速恒频；风力发电自动控制；数学模型；捕风原理Abstract:speed constant frequency wind power automatic control system has many advantages, it main is by speed constant frequency wind electric technology achieved of, while, this items technology also promoting has speed constant frequency wind power of reform and optimization, this article will through on speed constant frequency wind power automatic control system of data model and the take now for analysis, on speed constant frequency wind made points automatic control system for system of describes, focus describes the system of work principle and work basic steps, and its automatically catching wind process of how achieved.Keywords: variable speed constant frequency; wind power automatic control; mathematical model; principles of catch the wind在当前环境问题下，能源短缺，环境污染严重，这要的环境情况不符合我国可持续发展的战略要求。
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。