交流励磁变速恒频风力发电系统并网控制技术研究

变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究变速恒频双馈风力发电机是一种目前被广泛应用的风力发电机型号之一、它的励磁控制技术的研究对于提高风力发电机的发电效率和稳定性具有重要意义。

本文将从变速恒频双馈风力发电机的原理入手，介绍其励磁控制技术的研究现状和存在问题，并展望未来的发展方向。

变速恒频双馈风力发电机是一种采用双馈变速发电机作为发电机的风力发电系统。

其工作原理为：风能通过风轮驱动发电机转子旋转，产生电能。

其中，双馈发电机在转子和定子之间通过两个转换器将电能传递到电网中。

变速恒频控制技术的目的是根据风能的变化调整电机的转速，从而使发电机输出的电压频率保持稳定不变，并将其与电网的频率保持一致。

目前，变速恒频双馈风力发电机的励磁控制技术主要有三种类型：恒功率控制、恒风速控制和变频控制。

恒功率控制方法通过调节齿比传动装置来使得风力发电机输出的功率恒定。

恒风速控制方法通过调整转子的转速来使得风轮的转速保持恒定，从而达到一定的风速条件下输出恒定的功率。

变频控制方法通过控制发电机的频率来实现电网的频率同步。

然而，该技术在实际应用中还存在一些问题。

首先，励磁调节繁琐，难以实现精确控制。

其次，由于风力的不稳定性，变速恒频双馈风力发电机的输出功率会产生一定的波动，从而对电网的安全性和稳定性产生影响。

此外，传统的变速恒频控制方法对于风力发电机在不同气候条件下的风速响应能力较差。

未来的发展方向是改进现有的励磁控制技术，提高风力发电机的发电效率和稳定性。

一方面，可以研究开发更加精确的励磁控制算法，提高励磁系统的响应速度和控制精度。

另一方面，可以采用先进的传感器技术来实时监测和调节风力发电机的工作状态，以提高其对风力变化的响应能力。

此外，还可以结合机器学习等新兴技术，通过模型预测和预测控制来减小风力发电机输出功率的波动性。

综上所述，变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术的研究对于提高风力发电机的发电效率和稳定性具有重要意义。

通过改进励磁控制算法和采用先进的传感器技术，可以提高风力发电机的响应能力和控制精度，减小输出功率的波动性。

变速恒频双馈风力发电机组交流励磁控制系统研究鲍薇,尹忠东,任智慧(华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京102206) 摘要:介绍了变速恒频双馈风力发电系统的工作原理,分析了双馈型风机的运行性能,重点对采用双PWM 换流器结构的交流励磁系统进行了介绍,提出了一种矢量控制策略,对网侧和转子侧变换器采用不同的矢量控制,从而实现不同的控制目标。

并通过EM TDC/PSCAD 软件进行了建模仿真,仿真表明,采用介绍的控制策略,能实现风力发电系统的最大风能追踪及有功无功解耦控制,保证输出功率稳定,实现高功率因数并网运行。

关键词:变速恒频;风力发电系统;交流励磁;PWM 换流器;矢量控制;最大风能追踪中图分类号:TM614 文献标识码:AStudy on AC -excited Control System of VSCF Doubly -fedWind Pow er G eneration SystemBAO Wei ,YIN Zhong -dong ,REN Zhi -hui(Key L aboratory of Power S ystem Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education N orth China Electric Power University ,Bei jing 102206,China )Abstract :The operation principle of doubly -fed VSCF wind power generation system was analyzed ,it es 2pecially introduced the doubly -fed generator ′s AC -excited system based on a structure of dual PWM con 2verter ,presented a vector control strategy ,which adopted different vector control between the grid -side con 2verter and the rotor side converter ,in order to achieve various control goals.The simulation on EM TDC/PSCAD software shows that adopting this control strategy this article presented ,it is able to track the largest wind energy ,achieves the decoupling control of wind power system ′s active and reactive power ,ensures the stability of output power and operate on high power factor.K ey w ords :variable -speed constant -frequency ;wind power generation system ;AC excitation ;PWM con 2verter ;vector control ;tracking largest wind power 基金项目:“十一五”国家科技支撑项目(2008BAA14B05) 作者简介:鲍薇(1985-),女,研究生,Email :baowei_19850627@1　引言目前我国的风电场装机绝大多数是恒速恒频机组。

变速恒频风力发电关键技术研究变速恒频风力发电是一种高效利用风能的发电方式。

它通过调节风机的转速，使之始终保持在一个恒定的频率，实现对风能的最大利用。

变速恒频风力发电的关键技术主要有以下几个方面。

首先是变速系统的设计与控制。

变速系统是保证风机转速恒定的核心部件，它通常采用变频器控制变速器的输出转速。

变速系统需要根据风机的转速和负载的变化情况动态调整转速，以实现最佳发电效果。

变频器还需要具备保护功能，能够及时识别故障并采取相应措施，以提高系统的稳定性和可靠性。

其次是电力系统的设计与控制。

风力发电机组产生的电能需要通过电力系统转换为可供电网使用的交流电。

在变速恒频风力发电中，电力系统需要具备可靠性高、效率高的特点，能够稳定地将风机发出的电能输送到电网中。

电力系统还需要具备调度能力，能够根据电网负荷的变化情况调整输出功率，以实现对电网的无功补偿和动态响应。

另外一个关键技术是风机叶片的设计与制造。

风机叶片是将风能转化为机械能的部件，其设计与制造质量直接影响到发电系统的效率和可靠性。

风机叶片需要具备高效性和强度，能够在各种恶劣的气候条件下工作。

目前，一些新型材料和制造工艺被应用于风机叶片的制造中，以提高其性能和使用寿命。

还需要考虑变速恒频风力发电系统的运维与管理。

风力发电机组的运维与管理是保证系统正常运行的重要环节。

运维人员需要对发电机组进行定期巡检、维修和保养，以确保设备的可靠性和安全性。

需要建立完善的数据监测与分析体系，及时掌握系统的运行情况，并采取相应措施进行调整和优化。

变速恒频风力发电的关键技术包括变速系统的设计与控制、电力系统的设计与控制、风机叶片的设计与制造以及系统的运维与管理。

这些技术的研究和应用能够提高风力发电系统的效率和可靠性，推动可再生能源的发展。

变速恒频风力发电系统运行与控制研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛的关注和应用。

变速恒频风力发电系统作为风力发电的一种重要形式，其运行与控制策略的研究对于提高风力发电的效率和稳定性具有重要意义。

本文旨在深入研究变速恒频风力发电系统的运行与控制技术，探讨其在实际应用中的性能表现和优化策略。

文章首先介绍了变速恒频风力发电系统的基本原理和组成结构，包括风力发电机组、变速恒频控制器、并网逆变器等关键部分。

然后，文章重点分析了变速恒频风力发电系统的运行特性，包括风速变化对系统运行的影响、最大功率跟踪策略的实现等。

在控制策略方面，文章详细探讨了变速恒频风力发电系统的控制技术，包括变速恒频控制、最大功率跟踪控制、并网控制等。

文章还分析了现有控制策略的优缺点，并在此基础上提出了一种优化的控制策略，以提高系统的运行效率和稳定性。

文章通过仿真实验和现场测试验证了所提控制策略的有效性和可行性，为变速恒频风力发电系统的实际应用提供了理论支持和技术指导。

本文的研究对于推动风力发电技术的发展，提高风力发电系统的运行效率和稳定性具有重要意义。

二、变速恒频风力发电系统基本原理变速恒频风力发电系统（Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generation System, VSCF-WPGS）是一种新型的风力发电技术，其核心在于通过变速运行的风力发电机组，实现电网频率的恒定输出。

这一系统相较于传统的恒速恒频风力发电系统，具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。

VSCF-WPGS的基本原理主要基于风力机、发电机以及控制系统的相互作用。

风力机通过风轮捕获风能，并将其转换为机械能。

由于风速的自然变化，风轮的转速也会相应变化，这就是所谓的“变速”特性。

接着，这种变化的机械能传递给发电机，通过电磁转换过程，将机械能进一步转换为电能。

浅谈变速恒频风力发电系统的运行和控制风力发电作为清洁能源发电，具有很大的发展潜力，能够在未来的电力行业中占据一席之地。

但是风力发电并入电网存在一定的技术难点，需要通过变速恒频实现风电系统和电网的高效互联，进一步提升风电系统的发展空间和能力。

一、风力发电系统变速恒频运行的技术基础探析风力发电系统在变速恒频运行模式下，随着外界风速的变化，风力机的转速也会随之对应出现变化，需要通过一定的控制手段，实现电能传输恒定，就是变速恒频的实质所在。

风力机功率的影响因素主要包括了三个，即叶尖转速比、桨叶节距角和风速。

根据相关资料可知，风力机功率的计算式为：；；；上述三个计算式中：为空气密度；R为风力机的风轮半径；为风轮的角速度；为风能利用系数。

可以看出，桨叶节距角以及叶尖转速比都可对风能利用系数产生较大的影响。

在桨叶节距角处于一个固定值时，就只有叶尖转速比对风能利用系数产生影响了。

对于风力机来说，其具有一个风能利用系数上限，也就是最大利用值，该值下对应的叶尖转速比是最佳值。

在变速恒频技术中，风力机在不同风速下具有不同的运转速度，可以有效切换运转速度追求风能最大转换。

风电系统变速恒频的运行方式非常适用，具有下面几个优点。

第一，变速恒频运行可以有效减少风力机受到阵风冲击的机械应力影响，可以在风速升高时把阵风余量转化为风力机的转动惯量；当外界风速出现下降的时候，又可以把转动惯量重新释放，通过一定的控制手段使其转为电能。

第二，电网和风电机组可以在变速恒频运行模式下进行柔性连接，有效削弱电网和风电系统之间存在的差异，切实降低并网后冲击电流引发的问题，保障电网运行安全。

除此之外，变速恒频的实现比较容易，是进行风电并网的不二选择。

第三，风力机在低风速条件下会产生噪音，但是变速恒频技术可以有效缓解这一问题。

在低风速情况下，风力机可以把存储的动能释放保证风力机的稳定运行，这就避免了风速较低情况下恒速运行产生的噪音。

总之，变速恒频运行已经得到国内外风电行业的一致认可，并且开始使用变速恒频取代恒速恒频，在提高发电效率和捕获风能等方面进行着深入研究。

变速恒频风力发电关键技术研究1、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增加，风力发电作为一种清洁可再生的能源形式正受到越来越多的关注。

变速恒频风力发电技术作为风力发电领域的一项重要技术，具有显著的优势和应用前景。

本文旨在对变速恒频风力发电的关键技术进行深入研究，为推动风力发电技术的可持续发展和优化提供理论支撑和实践指导。

本文将首先介绍变速恒频风力发电技术的基本原理，包括其概念、特点以及在风力发电中的应用。

随后，本文将重点分析变速恒频风力发电系统中的关键技术，如风力涡轮机控制策略、最大功率跟踪控制、能量转换和并网技术等。

通过对这些关键技术的深入研究，本文旨在揭示变速恒频风电发电技术的核心机理，并探索其在实际应用中的优化策略。

本文还将对变速恒频风力发电技术的发展趋势进行展望，分析该技术目前面临的挑战和未来的发展方向。

本文将对研究成果进行总结，并对变速恒频风力发电技术提出进一步的研究和改进建议，为风力发电领域的技术创新和应用推广提供参考。

2、变速恒频风力发电技术的理论基础变速恒频风力发电技术是一种先进的风力发电技术，其核心在于在风速变化的情况下调整风力涡轮机的速度以保持恒定的输出频率。

该技术的理论基础主要涉及风机特性、发电机控制理论和电力电子技术。

风力发电机的特性是变速恒频风力发电技术的重要基础。

风力涡轮机在不同风速下的功率输出特性是非线性的，受到空气密度、叶片角度、叶片形状等多种因素的影响。

为了充分利用风能，实现变速恒频发电，有必要对风力涡轮机的特性进行深入的研究和优化。

这包括通过控制叶片角度来调节风力涡轮机的速度和功率输出，以及通过优化叶片形状来提高风能转换效率。

发电机控制理论是变速恒频风力发电技术的核心。

发电机是风力发电系统中的关键设备，其控制策略直接影响系统的性能。

在变速恒频风力发电技术中，发电机需要能够根据风速的变化调整转速，以保持输出电能的频率不变。

这需要通过先进的控制算法来实现，如最大风能跟踪控制、功率控制等。

变速恒频风力发电关键技术研究随着我国对清洁能源的日益重视，风力发电作为可再生能源的重要组成部分，受到了越来越多的关注。

而变速恒频风力发电技术作为风力发电机组的关键技术之一，更是备受研究者们的青睐。

本文将从风力发电的发展现状、变速恒频技术的原理及应用、关键技术的研究现状等方面进行探讨和分析。

一、风力发电发展现状随着风力发电装机容量不断增加，相应的问题也逐渐凸显出来。

由于风力资源的不确定性和间歇性，风力发电机组的运行稳定性成为了制约其发展的一个重要因素。

而变速恒频技术的提出和应用，为解决这一难题提供了有效手段。

二、变速恒频技术的原理及应用变速恒频技术是指在风力发电机组中，利用变速技术使发电机转子的转速能够随风速的变化而调节，保持在恒定的频率下，从而实现风能高效转换成电能的目的。

其原理主要包括风能转换、变速控制和恒频调节三个部分。

风能转换是指将风能通过叶片、齿轮箱和发电机等部件转换成机械能或电能的过程。

变速控制则是指通过控制变速传动系统的工作状态，调节发电机的转速，使之能够跟踪风速的变化。

恒频调节则是指在变速控制的基础上，保持发电机的输出频率不变，从而能够满足电网对电能品质的要求。

这些原理的应用，使得风力发电机组的运行更加稳定，发电效率更高，从而大大提高了风力发电的可靠性和经济性。

与传统的定速恒频技术相比，变速恒频技术具有更高的风能利用率和更好的电网适应性。

在弱变风及风能资源较好的地区，其经济性和运行可靠性更加突出。

变速恒频技术在风力发电领域的应用前景广阔。

三、关键技术的研究现状1. 风能转换技术风能转换技术是风力发电技术的核心之一，其性能直接影响着风力发电机组的输出功率和经济性。

目前，我国在风能转换技术方面已取得了重要进展，主要体现在叶片设计、齿轮箱设计和发电机设计等方面。

叶片设计方面，越来越多的企业和科研机构开始注重在风能转换效率和结构强度方面的研究和应用。

在材料选择、叶片型号、叶片布局等方面进行了一系列的改进和创新。

交流励磁双馈电机在变速恒频风电系统中的应用摘要：本文介绍了变速恒频风电系统及其控制方案、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：变速恒频风电系统交流励磁双馈电机实验1.引言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研究，并提出了实用且适合于风力发电的变速恒频技术。

2.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)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。

(2)机电系统间的刚性连接变为柔性连接。

当风速跃升时，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。

(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。

(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。

交流励磁变速恒频风力发电系统中双PWM换流器的一体化控制的开题报告一、研究背景与意义随着全球能源危机的加剧，新能源在全球范围内得到了迅速的发展和普及。

风力发电作为一种可再生、环保的新能源，具有巨大的发展潜力。

然而，风力发电系统中，由于风速的不稳定性和突变性，导致风力发电系统中输出电压和频率的稳定性无法得到保证，同时也会出现谐波干扰等问题，影响电力系统的稳定运行和发电功率的质量。

因此，研究风力发电系统中的优化控制策略，提高风力发电系统的可靠性和经济性成为了当前研究的重点。

目前，针对交流励磁变速恒频风力发电系统中的优化控制问题，研究者们大多关注于双馈风力发电系统中的控制算法设计，而双PWM换流器在风力发电系统中的应用并未得到广泛研究。

双PWM换流器能够实现风力发电机的六段式多电平电压输出，并且可以有效地控制输出电流和电压的质量，降低波形失真和谐波干扰，提高整个交流励磁变速恒频风力发电系统的效率和稳定性。

因此，本研究将基于双PWM换流器，对交流励磁变速恒频风力发电系统进行优化控制策略的研究。

二、研究内容及方法本研究将针对交流励磁变速恒频风力发电系统中的双PWM换流器的一体化控制问题进行研究。

主要研究内容如下：1.基于双PWM换流器的风力发电系统建模；2.分析双PWM换流器在风力发电系统中的工作原理和特点，揭示其优化控制策略的必要性；3.设计并实现针对双PWM换流器的一体化控制策略，包括电流控制和电压控制；4.在Matlab/Simulink仿真环境中，验证基于双PWM换流器的一体化控制策略的有效性和优越性；5.在实际风力发电系统中，采用硬件实验平台对所设计的控制策略进行验证。

本研究将采用理论分析与仿真验证相结合的方法，对双PWM换流器在风力发电系统中的优化控制策略进行全面研究。

三、研究目标本研究的主要目标为：1.以双PWM换流器为核心，建立风力发电系统的控制系统，优化发电效率和功率质量；2.验证双PWM换流器一体化控制策略在风力发电系统中的有效性和优越性；3.实现风力发电系统的稳定运行，提高系统的经济性和可靠性。

变速恒频风力发电技术研究一、原理变速恒频风力发电技术的原理是通过变速器控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。

风力发电机通常通过3个旋转叶片捕捉风能并驱动转子转动，转子通过轴传递转动力矩给发电机。

而传统的恒速风力发电技术将直接连接发电机输出电能，无法调整转速，因此输出的电能频率随着风速的变化而发生波动。

而变速恒频风力发电技术采用变速器来控制风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定。

二、特点1.提高风力发电机的适应性：变速恒频风力发电技术能够根据风速变化实时调整转速，使风机始终处于最佳工况状态。

同时，它还能在风速较低时提高风机的启动速度，从而提高了风力发电机的适应性和发电效率。

2.减少系统损失：传统的恒速风力发电系统中，由于输出功率直接与风速相关，系统频繁地调整发电机的输出功率，从而造成能量的损失。

而变速恒频技术能够通过调整发电机转速来保持恒定的输出频率，减少了能量损失，提高了发电效率。

3.稳定性高：由于能够通过变速器来调整风机的转速，使得输出的电能频率保持恒定，因此变速恒频风力发电技术具有较高的稳定性。

4.网络适应性强：变速恒频风力发电技术输出的电能频率可与电网频率保持一致，与传统的恒速风力发电系统接入电网更为方便。

三、发展前景1.发电效率提高：变速恒频风力发电技术使风机能够随着风速变化实时调整转速，从而提高了风力发电机的发电效率。

2.节约成本：由于变速恒频技术能够实时调整转速，减少了能量损失，降低了风力发电系统的运行成本。

3.智能化发展：随着科技进步，变速恒频风力发电技术可以与智能化系统相结合，通过数据分析、预测等手段实现对风力发电系统的智能管理，提高系统的可靠性和经济性。

综上所述，变速恒频风力发电技术具有提高发电效率、降低能量损失、稳定性高等特点，在未来的发展中将会得到更广泛的应用和研究。

不仅能提高风力发电系统的使用效率，还能促进风能利用的可持续发展，从而更好地满足人类能源需求，减少对传统化石能源的依赖。