雙饋風力發電機工作原理范文

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《能源與節能雜志》2014年第八期

1變速恒頻的原理

為解決風機并網與風能利用系數降低的矛盾，前人對變速恒頻型風機進行了大量研究，應偉航[1]研究了變速恒頻型雙饋風力發電機的開發方法，張勁松等對雙饋型風力發電機并網的方法進行了仿真實驗研究。采用變速恒頻風力發電系統，風機在運行過程中轉速可隨風速的變化而變化，同時保持所發出電能的頻率恒定為工頻50Hz。這樣，在不同風速下都能保持風能利用系數的最大值，有效地擴寬風速利用范圍。基于以上理念，風力發電可采用變速恒頻的發電機。雙饋發電機就是變速恒頻的發電機，此種機型變速恒頻的原理如下。

雙饋發電機的轉子為繞線式，其上加有頻率可調的交流勵磁，通過調節轉子上勵磁電流的頻率，實現變速恒頻。之所以稱為雙饋電機，是因為它的定子和轉子都能向電網饋電。雙饋電機的定子和轉子繞組都是對稱的三相繞組，設電機的磁極個數為2p，也就是p對磁極，根據旋轉磁場理論，當在定子的繞組上加上對稱的三相電壓時，就會在電機的氣隙中產生旋轉的磁場。若用n1（r/min）表示此旋轉磁場的轉速，它與電網頻率f1（Hz）及電機的極對數p（對）的關系如下。則定子繞組可發出頻率為f1的電能。可見，只要使n±n2保持不變且等于n1，就可使風機發出頻率等于電網頻率的電能。當風速變化引起風機轉速n變化時，立即改變轉子繞組的勵磁電流的頻率f2，就可改變n2，使n2改變為n±n2=n1，就可使風機輸出電能的頻率保持不變。這就是雙饋型風力發電機變速恒頻的原理。由式（7）可知，雙饋電機運行時，只要在轉子繞組中通入轉差頻率為f1S的電流，就可在雙饋電機的定子繞組中產生頻率為f1的電勢。因此，通過調節轉子電流的勵磁頻率，就可在變速運行的風機上實現恒頻輸出了。

2雙饋型電機的運行狀態

根據雙饋電機轉子轉速的不同，雙饋發電機有三種運行狀態：亞同步運行、超同步運行和同步運行。

2.1亞同步運行狀態當電機轉子本身的旋轉速度n小于n1，轉差率S大于0，由轉差頻率為f2的電流產生的旋轉磁場轉速n2與轉子的轉速方向相同，因此有n±n2=n1。此種運行狀態稱為亞同步運行狀態。

2.2超同步運行狀態當電機轉子本身的旋轉速度n大于n1，轉差率S小于0，改變通入轉子繞組的頻率為f2的電流相序，使其所產生的旋轉磁場的轉速n2與轉子的轉速方向相反，此時n-n2=n1。此種運行狀態稱為超同步運行狀態。

2.3同步運行狀態當電機轉子本身的旋轉速度n等于n1，轉差率S等于0，轉差頻率f2為0，即此時需通入頻率f2=0的勵磁電流，也即直流電流。此時的雙饋發電機與普通的同步電機一樣。此種運行狀態稱為同步運行狀態。

3雙饋發電機的功率傳輸關系

饋發電機有多種運行狀態，不同的運行狀態下，功率的傳輸方向也不同。若用Pmech（kW）表示風力機軸上輸入的凈機械功率，用P1（kW）表示發電機定子向電網輸出的電磁功率，用P2（kW）表示轉子輸入或輸出的電磁功率，用S表示轉差率。轉差率既可大于0，也可等于或小于0。若用n1（r/min）表示定子旋轉磁場的轉速，用n2（r/min）表示轉子旋轉磁場的轉速，用n（r/min）表示電機轉子的機械轉速。當n<n1時，S取正；反之，當n>n1時，S取負。P2也稱為轉差功率，它與定子的電磁功率P2存在如下關系。

4結語

為解決風機并網與風能利用系數降低的矛盾，采用雙饋發電機，此種機型可實現變速恒頻運行，從而更加有效地利用風能。而加強對可再生能源的開發與研究，也順應了時代的發展趨勢。在環保意識逐漸加強、技術水平不斷提高的當今社會，雙饋發電機的開發與研究也將進一步進行，以后有望出現性能更優的雙饋發電機。

作者：孫毅單位：湖南水利水電職業技術學院