双馈风力发电机运行原理与发电控制技术探讨

双馈风力发电机运行原理与发电控制技术探讨

何勇

大唐三门峡风力发电有限公司河南三门峡472000

摘要：近些年来，随着社会经济的发展，世界各国工业技术水平的提高，发展的速度也在不断提升，导致化石燃料的存储量逐渐减少，对自然生态环境造成了破坏，在这种情况下，风能发电技术变的愈加的重要，而风力发电机也得到了广泛的应用。就目前情况来看，我国的风力发电机无论从技术上、发展速度上，还是推广力度上都要落后与发达国家，为了能够促进我国风力发电机的发展，本篇文章主要探究了双馈风力发电机的运行原理和发电控制技术。

关键词：双馈风力发电机；运行原理；发电控制技术

引言：

随着全球经济的发展，很多国家开始研究和发展风力发电技术。从当前情况来看，在各行各业发展的过程中，化石能源逐渐呈现下降的趋势，对社会环境造成了一定的影响，为了能够节约资源、促进社会的发展的建设，需要开发并应用新型能源，风能就是其中一种，研究和运用风力发电技术已经成为社会经济发展的必然趋势，具有现实意义【1】。

一、双馈式风力发电机的结构和特点

对于双馈风力发电机来说，也叫交流励磁发电机。双馈指的就是电机的定子和转子，这两部分都能够完成电力的供应。双馈式风力发电机的构成包括接线盒、定子、转子、滑环系统、冷却系统以及传动系统。

针对双馈式发电机定子贴心，有相同形状凹槽的均匀分布，主要是用于嵌入定子绕组，通过定子三相电流，产生一定旋转磁场。在转子中，利用嵌入绝缘导线，可组成三相绕组。在转子上引出三相线，再连接转轴的集电环，通过电刷引出。通常而言，定子和工频电网能够直接连接，转子通过变换器与电网连接，以便于转子的交流励磁【2】。

不仅如此，双馈式发电机具有体积小、抗电磁干扰能力强、简单易操作以及生产生本低的特点。发电机的励磁过程与供电网络没有丝毫的联系，通过转子转动就能够直接完成所处的电路。因此，双馈式风力发电机所输出的能力比较稳定，即使在正常工作的过程中，电网通常也不会发生较大的波动幅度。双馈式发电机系统利用电机励磁过程的控制，能够准确和快速地调节运转状态、功率因素。此外，对于风力变化影响，双馈式发电机适应能力较强，可保持稳定的输出能力。

二、双馈式风力发电机的运行原理分析

对于双馈式风力发电机来说，当定子连接上供电网络之后，转子会连接上双脉冲调制变流器，然后会连接到相应的网络。所以在双馈式风力发电机的定子端，如果电力参数没有发生变化，利用双脉冲变流器，即可调节转子端电流。此外，在双馈式发电机的运行流程中，转子部分利用交流，即可完成励磁过程，确保发电机具有较强适应能力、足够稳定性，对降低发电成本十分重要。按照定子和转子的磁场转动速率，双馈式发电机主要包含以下三种运转模式：

（一）超同步模式

如果定子磁场处于一种转动状态且低于转子磁场的转动效率，转轴输出功率，则高于定子磁场功率。对于转子所处电路，就无需直流励磁电流。借助双脉冲调制变流器，即可为供电网络供电，所以处于该种模式状态，发电机通过定子与转子，向所处电路传输电能，即双馈式发电机的正常工作模式【3】。

（二）同步模式

在定子磁场转动的状态下，倘若转动的速度与转子磁场转动的速度相同的时候，此时转轴的输出功率和电子功率大概相近。双馈式发电机就只能运用定子所处电路，为供电网络输送电能，转子所处电路无法参与其中，主要接受直流励磁电流。处于这种状态中，三者的转动速率基本相同，所以双馈式发电机能够实现同步模式工作。

（三）亚同步模式

如果定子磁场处于转动状态，并且低于转子磁场速度时，转轴的输出功率会低于磁场的功率。面对这种情况，需要运用双脉冲变流器，这样才能够实现转子供电网络的电能供给。电能输出需依靠定子电路承担，又称之为补偿发电。在发电机实际过程中，环境因素决定了发电机工作模式。若风力变化较小，则双馈式发电机处于亚同步模式。如果风力充足，则双馈式发电机处于正常工作模式。

（四）模式分析

对于双馈电机工作，主要分为超同步、同步阶段，加上转子侧转差功率传递方向存在一定区别。双馈式发电机功率主要分为4个不同状态，次同步电动、次同步发电、超同步电动、超同步发电。假设将定子侧功率设定为P1，转子侧设定为P2，电机机械功率设定为PJ，按照规定，如果定子为电网输送电能，P1值就为正值，由电网吸收电能，则P1值为负值。如果转子通过电网馈送电能，P2值为正值，由电网吸收电能，P2值为负值。如果电机吸收机械功率，PJ值为正值，电机输出机械功率，PJ值为负值【4】。

三、双馈式风力发电控制技术

随着社会经济的发展，人们对化石能源的需求也在不断的上升，在一定程度上也会给自然环境造成很大的危害，为了能够节约自然资源，需要发展并利用新型能源，而风能就是其中的一种。利用风能能够转化为电能，从而进行工业的生产。但是由于风速是一种不可控的因素，导致风力发电机的桨叶转动始终处于不稳定的状态，造成风力发电机的电能频率始终处于波动的状态，所以如何保证风力发电机稳定性，控制好风力发电机的输出电能，是风电系统的重要研究问题。在风力作用下，桨叶处于转动状态，所产生，动能能够推动发电机转子运转。按照定子、转子转动的速率，通过转子磁场的转动对转子电流频率、转动速率进行调节，即可完成双馈式发电机的基本控制。一般而言，双馈式发电机主要包含以下控制技术：

（一）矢量控制

矢量控制技术的核心在于，按照定子相位值、电流频率值构建电流矢量参数，通过控制算法，能够将直流量转化成交流量。进而控制发电机的工作状态与功率因素，提高能量转化效率，保证电能输入稳定性、可靠性。一般来说，矢量控制技术适用于风力较小地区。

（二）模糊控制

模糊控制技术是一种智能化控制技术，通常利用软件对人类思维方式进行模拟，借助相关经验、处理办法，根据风向变化和风力变化，做出相应动作反应。处于各种情况下，所获得控制数据，能够保证系统顺利运转，与系统最优值最为接近。因此，该类控制技术运用状况对预设控制、开发人员经验具有显著依赖性。该种控制技术在风力较大区域适用【5】。

（三）直接转矩控制

直接转矩控制技术关键是通过输入转矩的调控，根据相关分析理论，对发电机运转状态进行控制，通过各种技术，在简单矢量建模、不复杂运算基础上，能够直接计算出转矩参数，对输出电能稳定性、参数具有控制作用。同时，双馈式风力发电机的控制技术有着多种类型，如滑膜变结构等。

四、结束语

综上所述，对于双馈式风力发电机来说，具备了异步式、同步式的优点，为供电网络能够提供可靠、高效和稳定的电能供应，在运用上十分广泛。近些年来，随着社会经济的发展，发电机制造工艺、控制技术的不断优化，在风力发电领域中，双馈式风力发电机被广泛的应用。但是，我们不能着眼于现在，需要将目光放的更加长远，对于风力发电机的研究人员来说，还需加强进一步产品研发，提高发电机的控制性能，为我国工业生产、社会发展创造更多的能源。

参考文献：

[1]刁帅.双馈式风力发电机运行原理及发电控制技术研究[J].中国高新技术企业,2016(20):139-140.

[2]王大伟.双馈风力发电机运行控制技术研究[D].华北电力大学（北京）,2011.

[3]李红艳.双馈风力发电机运行原理及发电控制技术研究[J].现代经济信息,2013(12X):328-328.

[4]张新.双馈风力发电控制技术研究[D].内蒙古科技大学,2012.

[5]胡雁东.基于MATLAB的变速恒频双馈风力发电机组控制技术研究与实现[D].