Transcript 双馈风力发电机
双馈风力发电机 桑喆婧，5110309735 肖潇，5110309738 工作原理 • 双馈异步发电机——绕线式转子电机 只可调励磁电流 幅值 可调励磁电流幅 值、励磁频率和 相位 工作原理 定子： • P为电极极对数 60 f • n1为旋转磁场转速（同步转速） n1 = (1-1)1 p • f1为电网频率 转子： • f2为转子三相对称绕组上通入的电流的频率 • n2为转子电流产生的旋转磁场相对于转子本身的转速 60 f2 (1-2) n2 = p 工作原理 • n1=50Hz 恒频 n ± n2 = （1-3） n1 = cons tant n为转子转速，n1为同步转速，n2为相对转速 综合以上三式： 变速 pn2 n ± n1 f2 = （1-4） = f1 60 n1 工作原理 • 运行状态 亚同步 超同步 同步 n与n1的关系 n<n1 n>n1 n=n1 旋转磁场转速n2 方向与转子转速n 方向 相同 相反 -- n与n1、n2关系 n+n2=n1 n-n2=n1 n=n1,n2=0 双馈风力发电机的结构 ——许丁杰 孙弢 左珺凉 双馈风力发电机结构示意图 DFIG的转子励磁和DFIG配合实现变速恒频 两个变换器之间是一个滤波电容，它连转子经变流器与电网相连，利用交流接 两个交流侧变换器用做直流母线 因为转子侧通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，所以成为交流励磁发 电机，又因为定子与转子两侧都有能量的馈送，所以又称为双馈电机 双PWM变频器主电路图 能满足变速恒频双馈风力发电机交流励磁要求的理想变频电源该双PWM变换器由两个三相电压源型 PWM半桥变换器采用直流链连接，靠中间的滤波电容C稳定直流母线电压 转子侧变换器向双馈感应发电机的转子绕组馈入所需的励磁电流，完成其矢量控制任务，实现最大风 能捕获和定子无功功率的调节 网侧变换器在实现能量双向流动的同时，控制着直流母线电压的稳定，以及对网侧的功率因数进行调 节 变流器控制 转子侧： 双馈电机定子的有功功率Ps和无功功率Qs 𝐿𝑚 Ψ𝑠 𝜔𝑠 𝑃𝑠 = 𝑖𝑞𝑟 𝐿𝑠 𝐿𝑚 Ψ𝑠 𝜔𝑠 Ψ𝑠2 𝜔𝑠 𝑄𝑠 = 𝑖𝑑𝑟 − 𝐿𝑠 𝐿𝑠 定子的有功功率和转子q 轴电流成正比，定子的无功功率和转子d 轴电流成正比 变流器控制 转子侧控制策略图 变流器控制 网侧： dq轴电压通过dq→ABC变换之后得到PWM 整流器输出的三相电压 矢量控制图 双馈风力发电机的应用与评价 5110309776，王可 5110309775，文刚 DFIG：Double-Fed Induction Generator（双馈感应发电机） PMSG: Permanent Magnetic Synchronous Generator（永磁 同步发电机） DFIG PMSG 定义 定子功率和转差功率可以分别向 定子和转子馈入，也可以从定子 和转子输出，故称为双馈。 转子上装有永磁体，定子电流频率与 转速有严格的数学关系，故称为永磁 同步发电机。 结构 定子：三相对称交流绕组，通过 变压器接入电网。 转子：通过滑环，电刷接至频率， 幅值，相位均可调节的变频器进 行交流励磁。 定子：与DFIG无本质区别。 转子：无励磁绕组，在转子铁芯表面 装有永磁体，无需励磁电源，效率高， 寿命长。 DFIG PMSG 励磁 由电网通过双向变流器进行 励磁，励磁可调。 永磁体励磁，励磁不可调。 尺寸重量 尺寸和重量中等，造价低。 尺寸和重量相对较小，但是高性 能的永磁体造价高。 变流器 变流器位于转子侧，针对励 磁电流，功率较小，所以容 量小，造价低 变流器位于定子侧，需要全功率 变流器，容量大，造价高 无功调节 励磁电流频率：保证定子输 出恒频电流 幅值和相位：调节定子输出 的有功功率和无功功率 励磁不可调，决定了发电机输出 的功率因数不可调，只能通过变 流器来控制输入到电网的电能。 并网特点 由变流器控制电压匹配，同 步和相位控制，并网迅速， 基本无电流冲击。 采用全功率变流装置，基本无电 流冲击。 采用AC-DC-AC方式接入电网， 发电机频率和电网频率独立，避 免了同步电机的失步问题。 LVRT: Low Voltage Ride Through DFIG 低电压穿越的 定子直接与电网相连，电网的 分析 故障和电压波动会直接影响的 DFIG的运行，所以对DFIG必 须采用特殊技术实现LVRT （性能仍有争议） PMSG 采用全功率变流器，发电机和电 网隔离，电网的电压波动不会直 接作用到定子上，在LVRT上有出 色的性能。 维护 转子侧的电刷半年一换，滑环 两年一换，转子绕组的可靠性 相对较低，维护频率高，成本 高。 转子上无绕组，电刷，滑环，但 是由于永磁体在高温，振动下会 失磁，在过电流冲击下甚至出现 不可逆退磁使得电机报废，维护 频率低，但是一旦维护，成本很 高! 效率 存在定子铁耗，铜耗，转子铁 耗，铜耗，变流器的容量小， 损耗小，平均效率（75%） 不存在转子铁耗，铜耗，变流器 功率大，损耗大，平均效率 （90%） 谐波 定子直接与电网相连，且励磁 电流处于不断变化中，所以输 出谐波较大，且难以控制 全功率变流器采用SPWM（正弦 脉宽调制）可以实现近似标准的 正弦波，谐波较小。 小结 1.结构上，DFIG结构相对简单，重量和体积都相对同步发电机 要小，所以现在市场认可度较高，但是由于LVRT能力有缺陷， ，如果国家出台并网要求规定之后，市场可能会反而倾向于选 择LVRT能力更好的PMSG。 2.技术上，国内外的DFIG技术都相对成熟，而国内的PMSG技 术尚处于研发阶段，基本依赖进口。 3.成本上，DFIG成本平均比PMSG低30%左右。 4.发电质量，DFIG定子直接与电网相连，加上转子励磁电流的 不断变化，向电网输入的谐波较大；而PMSG由于定子与电网 的隔离，发电质量要比DFIG优秀。 双馈风力发电机的两种励磁系统评价 双PWM变换器励磁系统（技术成熟，广泛应用） 电 网 负 荷 由两个电压型三相PWM变换器通过背靠背的方式组成，其中包括整流器和逆变 器，但具体的功能是变化的 双馈PWM变换器 双PWM变换器可使双馈电机转子侧的交流励磁系统满足励磁电流幅值、相位 和频率的独立调节以及功率的双向流动的要求，市场上广泛使用 但是由于在中间加入了直流环节，使得变频器的体积增大，而且中间直流环 节的储能过程是能量的两次转换过程，因此加大了能量的损失，影响了能量 的传递效率，无功功率和谐波污染对电网的波动有很大的负面影响，因此必 须添加相应的无功补偿和有源滤波装置，无法从根源上解决谐波污染问题。 矩阵变换器励磁系统 采用无直流环节的直接变频电路，其采用全控型开关器件，并利用高速微处 理器，可以更好地进行电压、电流波形的优化重组。相对于传统变频器，矩 阵式变换器具有以下优势: (1)具有接近于1的高输入功率因数，可满足四象限运行； (2)没有中问直流储能环节，具有结构紧凑，体积小的优点。 谢 谢！