当前的风电机组多选用恒速恒频体系,发电机多选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,因为电网频率将逼迫操控风轮的转速。在这种情况下,风力机在不相同风速下坚持或近似坚持同一转速。功率降低,被逼降低出力,乃至停机,这显然是不可取的。与之不相同的是,无论处于亚同步速或超同步速的双馈发电机都可以在不相同的风速下运转,其转速可随风速改动做相应的调整,使风力机的运转一向处于最佳状况,机组功率进步。一起,定子输出功率的电压和频率却可以坚持不变,既可以调理电网的功率因数,又可以进步体系的安稳性。
(1) 双馈电机的作业特性
双馈电机的布局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鼓励,所不相同的是转子绕组具有可调理频率的三相电源鼓励,通常选用交-交变频器或交-直-交变频器供以低频电流。
当双馈电机定子对称三相绕组由频率为f1(f1=p•n1/60)的三相电源供电时,因为电机转子的转速n=(l-s)n1(s为转差率,n1为气隙中基波旋转磁场的同步速率)。为了完成安稳的机电能量变换,定子磁场与转子磁场应坚持相对停止,即应满意:
ωr=ω1-ω2
其间:ωr是转子旋转角频率;
ω1是定子电流构成的旋转磁场的角频率;
ω2是转子电流构成的旋转磁场的角频率。
由此可得转子供电频率f2=s•f1,此刻定转子旋转磁场均以同步速n1旋转,两者坚持相对停止。
与同步电机比较,双馈电机励磁可调量有三个:一是与同步电机相同,可以调理励磁电流的幅值;二是可以改动励磁电流的频率;三是可以改动励磁电流的相位。经过改动励磁频率,可调理转速。这样在负荷俄然改动时,敏捷改动电机的转速,充分运用转子的动能,开释和吸收负荷,对电网的扰动远比惯例电机小。别的,经过调理转子励磁电流的幅值和相位,可到达调理有功功率和无功功率的意图。而同步电机的可调量只要一个,即励磁电流的幅值,所以调理同步电机的励磁通常只能对无功功率进行抵偿。与之不相同的是双馈电机的励磁除了可以调理电流幅值外,亦可以调理其相位,当转子电流的相位改动时,由转子电流发生的转子磁场在气隙空间的方位就发生一个位移,改动了双馈电机电势与电网电压向量的相对方位,也就改动了电机的功率角。所以双馈电机不只可调理无功功率,也可调理有功功率。通常来说,当电机吸收电网的无功功率时,往往功率角变大,使电机的安稳性降低。而双馈电机却可经过调理励磁电流的相位,减小机组的功率角,使机组运转的安稳性进步,然后可多吸收无功功率,战胜因为晚间负荷降低,电网电压过高的艰难。与之比较,异步发电机却因需从电网吸收无功的励磁电流,与电网并排运转后,形成电网的功率因数变坏。所以双馈电机较同步电机和异步电机都有着愈加优胜的运转功能。
(2) 风力发电中双馈电机的操控
在风力发电中,因为风速改动多端,使对其的运用存在必定的艰难。所以改进风力发电技能,进步风力发电机组的功率,最充分地运用风能资源,有着非常重要的含义。任何一个风力发电机组都包罗作为原动机的风力机和将机械能转变为电能的发电机。其间,作为原动机的风力机,其功率在很大程度上决议了整个风力发电机组的功率,而风力机的功率又在很大程度上取决于其负荷能否处于最佳状况。不论一个风力机是如何精细地描绘和施工缔造,若它处于过载或久载的状况下,城市丢失其功率。从风力机的气动曲线可以看出,存在一个最佳周速比λ,对应一个最佳的功率。所以风力发电机的最佳操控是坚持最佳周速比λ。别的,因为要思考电网对有功功率和无功功率的需求,所以风力机最佳工况时的转速应由其气动曲线及电网的功率指令归纳得出。也就是说,风力发电机的转速随风速及负荷的改动应及时作出相应的调整,依托转子动能的改动,吸收或开释功率,削减对电网的扰动。经过变频器操控器对逆变电路中功率器材的操控。可以改动双馈发电机转子励磁电流的幅值、频率及相位角,到达调理其转速、有功功率和无功功率的意图,既进步了机组的功率,又对电网起到稳频、稳压的效果。图2是按这种操控思路得出的风力发电双馈电机操控体系框图。
整个操控体系可分为三个单元:转速调整单元、有功功率调整单元、电压调整单元(无功功率调整)。它们别离承受风速和转速、有功功率、无功功率指令,并发生一个归纳信号,送给励磁操控设备,改动励磁电流的幅值、频率与相位角,以满意体系的需求。因为双馈电机既可调理有功功率,又可调理无功功率,有风时,机组并网发电;无风时,也可作按捺电网频率和电压动摇的抵偿设备。