下载文档原格式
电力电子技术在风力发电中的应用有哪些？在当今能源需求不断增长和环境保护日益受到重视的背景下，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正迅速发展并在全球能源结构中占据越来越重要的地位。
而电力电子技术在风力发电系统中的广泛应用，更是为提高风力发电效率、增强系统稳定性和可靠性发挥了关键作用。
风力发电系统主要由风力机、传动系统、发电机、电力电子变换器和控制系统等部分组成。
其中，电力电子变换器是实现风能到电能高效转换和稳定输出的核心环节。
首先，在风力机的控制中，电力电子技术发挥着重要作用。
通过使用电力电子变换器，可以实现对风力机转速和桨距角的精确控制，从而最大程度地捕获风能。
当风速较低时，电力电子变换器能够调整风力机的转速，使其运行在最佳叶尖速比状态，以提高风能利用效率；而在风速过高时，则可以通过调整桨距角来限制风力机的功率输出，保护系统设备不受损坏。
在发电机方面，目前常见的风力发电机包括异步发电机、同步发电机和双馈感应发电机等。
对于异步发电机，电力电子变换器通常用于实现其软启动和无功补偿，以减少对电网的冲击并提高功率因数。
同步发电机则需要全功率变换器将其发出的电能转换为与电网匹配的电压和频率。
双馈感应发电机结合了异步发电机和同步发电机的优点，通过电力电子变换器仅对部分功率进行调节，能够在较宽的风速范围内实现高效发电。
在电能变换环节，电力电子变换器的作用至关重要。
例如，在直驱式风力发电系统中，采用的是全功率变换器，将发电机发出的低频交流电变换为工频交流电后并入电网。
而在双馈式风力发电系统中，使用的是双馈变换器，对发电机的转差功率进行调节和控制，从而实现变速恒频运行。
此外，电力电子技术还用于改善电能质量。
由于风能的随机性和波动性，风力发电输出的电能往往存在电压波动、谐波等问题。
通过采用电力电子滤波器、静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）等装置，可以有效地抑制谐波、补偿无功功率，提高电能质量，减少对电网的不良影响。
电气工程应用2010.3 35风力发电系统中的异步发电机型及其并网技术深圳壹田风电科技有限公司 广东(518010) 刘聿汇德风力发电有限责任公司 内蒙古化德(013350) 庞永平发电机是风力发电系统中重要的部件,因工作的特殊性在结构上及并网技术上与普通发电机略有不同。
本文就风力发电系统中目前常见的几种异步发电机型及其并网技术作简单介绍。
1 笼型异步感应发电机笼型异步感应发电机结构、并网方法简单、价格低,适合在野外缺少维护的环境工作,因此,在风电系统应用很广。
笼型异步感应发电机与电动机略有不同。
为减少不稳定的自然风速对机组的机械冲击,发电机的转速 输出功率特性很软,转差率S 的绝对值较大,一般取2%~5%。
|s |值越大,系统受风力波动的影响越小。
然而,|s |值太大又会引起电机发热,所以笼型转子采用铜质材料,定子采用F 级或H 级的绝缘。
发电机底部有气压平衡孔,内部有空间加热器。
铁心磁导率较高,以提高自然功率因数,减少对电网无功功率的吸收和减少补偿电容量。
发电机的过载系数K m =T max /T N 2.0(T max 为最大转矩,T N 为额定转矩),有较强的短时过载能力。
T max 值大可避免风力突变使发电机的电磁转矩越过峰值便迅速下降,发生飞车,因此,发电机的飞逸转速大于1.5倍同步转速。
为减小机舱的体积和减轻机舱重量,要求发电机的体积尽可能小、重量尽可能轻。
要求发电机的振动要<2.8mm /s 2、噪声要!82dB 。
防护等级选I P54或I P44,冷却方式选I C 411。
若把笼型异步感应电机接入电网,电机以电动机状态运行,自电网吸收电能,轴上输出机械能,此时转子转速n 小于同步转速n 1(n<n 1)。
若笼型异步感应电机由风力机驱动,其转速超过同步转速时(n>n 1),电机为发电机状态运行,电机吸收机械能向电网输出电能。
上述笼型异步电机的运行方式可用转差率s 来描述,由s=n 1-nn 1可知,S 为正值时是电动机状态运行。
双馈异步风力发电机（DFIG）是一种常用于大型风力发电系统中的发电机。
它采用了双馈结构，即转子上的差动输出。
下面是双馈异步风力发电机的工作原理：
1. 变速风轮：风力通过变速风轮传递给风力发电机。
2. 风力发电机转子：发电机的转子由固定的定子和可旋转的转子组成。
转子上有三个绕组：主绕组、辅助绕组和外部绕组。
3. 风力传动：风力使得转子转动，转子上的主绕组感应出交变电磁力，产生主磁场。
4. 变频器控制：通过变频器，将固定频率的电网电压和频率转换为可调节的电压和频率。
5. 辅助转子绕组：辅助绕组连接到变频器，通过变频器提供的电压和频率来控制转子的电流。
6. 双馈结构：辅助转子绕组的电流经过转子上的差动输出到外部绕组，形成双馈结构。
外部绕组与电网相连。
7. 发电转换：转子上的双馈结构使得发电机能够将风能转化为电能，
并输出到电网中。
通过双馈异步风力发电机的工作原理，可以实现对风能的高效转换和可调节的发电功率输出。
同时，利用双馈结构，可以提高发电机对风速变化的适应性和控制性能，从而提高整个风力发电系统的效率和稳定性。
电力电子技术在风力发电中的应用专业：班级：姓名：学号：指导老师：日期：年月日摘要：本文主要收集了风力发电系统中电力电子技术的应用，简单介绍了风电并网技术、恒速恒频发电和变速恒频发电以及电力电子技术在风力发电储能、输电技术、滤波补偿中的应用，并电力电子技术对风电系统运行性能的改善作了探讨。
关键词：电力电子技术、风力发电系统、性能改善开发和利用新能源及可再生能源是解决中国能源和环保问题的重要战略措施之一。
在众多可再生能源中，风力发电技术是目前为止最适用于大规模发电的技术之一，而在风力发电中应用电力电子技术，能使风电机组的运行特性大为改善，在风电并网及正常运行中也发挥着重要作用。
1.风力发电系统的组成及其特点不论是独立运行的风电系统还是并网运行的风电系统，其主要的组成部分都包括以下几个模块：风机、发电机和控制系统。
由于风力发电的一次能源即风能是间歇性的，发电机会经常处于启停状态，因此发电机类型常选为异步发电机。
而正是这些因素才使得风力发电系统有着不同于常规发电系统的特点：（1）输入风能的变化具有随机性，如果不采取任何措施，风力发电机输出的功率将随着风速的变化而波动，从而影响发电系统的电能质量。
（2）含异步发电机的风力发电机组运行时输出有功功率，同时要吸取无功功率。
不与电网连接的风电系统必须配有无功补偿装置，这种补偿装置可以是固定电容器组，也可以是电力电子器件组成的补偿设备。
如果与电网相连，异步发电机吸收的无功可以部分或全部从电网获取，但依然要根据风力发电机的类型及电网的要求来确定是否增设无功补偿装置。
（3）异步发电机无电压控制能力，电压波动容易超出允许范围。
以上这些风力发电系统的特点，也可以说是缺点，随着电力电子技术的应用正日益得到改善。
2.电力电子技术在风力发电系统中的应用2.1 在风力发电机系统中电力电子技术的应用。
除水力发电之外，风力发电是当今世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电技术。
双馈异步发电机工作原理
双馈异步发电机是一种常用于风力发电系统的发电机，其工作原理是利用两个独立的电路，即主回路和辅助回路，来实现有效的变速调节和发电功率控制。
主回路是由发电机的定子绕组和电网组成，它负责将发电机产生的电能传输到电网中。
辅助回路由辅助回路绕组和产生逆变电压的逆变器组成。
辅助回路将逆变后的电能送回到发电机的转子绕组中，这样就形成了发电机的双馈结构。
通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对发电机的转速和功率的调节。
在运行过程中，双馈异步发电机的转子绕组通过转速传感器等装置实时监测转子的转速，并将转速信号传输给控制系统。
根据所设定的转速和功率要求，控制系统通过调节逆变器的输出电压和频率，来控制转子的转速。
具体地说，当风能资源较为丰富时，控制系统会提高逆变器的输出电压和频率，从而提高转子的转速。
反之，当风能资源较为稀缺时，控制系统会降低逆变器的输出电压和频率，使转子的转速下降。
通过灵活地调节逆变器的输出，双馈异步发电机能够在不同的风力条件下运行，并始终保持较高的发电效率。
总的来说，双馈异步发电机通过在转子回路中引入辅助回路，并通过逆变器来调节转子的转速和功率，实现了对风力发电系统的灵活控制。
这种发电机具有高效、可靠和可变风速工作范围宽等优点，成为风力发电系统中常用的发电设备之一。
风电机组类型有哪些？
目前国内风电机组的主要机型有3种，每种机型都有其特点。
1.1异步风力发电机
国内已运行风电场大部分机组是异步风电发电机。
主要特点是结构简单、运行可靠、价格便宜。
这种发电机组为定速恒频机组，运行中转速基本不变，风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小，因而发电能力比新型机组低。
同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。
为满足电网对风电场功率因数的要求，多采用在机端并联补偿电容器的方法，其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量的电容器。
由于风速大小随气候环境变化，驱动发电机的风力机不可能经常在额定风速下运行，为了充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广泛应用双速异步发电机。
这种双速异步发电机可以改变极对数，有大、小电机2种运行方式。
1.2双馈异步风力发电机
国内还有一些风电场选用双馈异步风力发电机，大多来源于国外，价格较贵。
这种机型称为变速恒频发电系统，其风力机可以变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风机风能利用系数Cp得到优化，获得高的利用效率；可以实现发电机较平滑的电功率输出；发电机本身不需要另外附加无功补偿设备，可实现功率因数在一定范围内的调节，例如功率因数从领先0.95调节到滞后0.95范围内，因而具有调节无功功率出力的能力。
1.3直驱式交流永磁同步发电机
大型风力发电机组在实际运行中，齿轮箱是故障较高的部件。
采用无齿轮箱结构能大大提高风电机组的可靠性，降低故障率，提高风电机组的寿命。
目前国内有风电场使用了直驱式交流永磁同步发电机，运行时全部功率经A-D-A变换，接入电力系统并网运行。
与其他机型比较，需考虑谐波治理问题。
异步发电机介绍及应用目录1 绪论 (2)1.1 引言 (2)1.2 异步发电机在水力发电中发展应用 (4)1.3 本课题的提出及意义 (6)2小型异步发电机研究 (7)2.1 异步发电机基本原理 (7)2.2 自励异步发电机的工作原理 (7)2.3 异步机发电的工作运行原理 (9)2.4 异步发电机设计研究 (12)2.5 利用三相异步电动机改制异步发电机 (13)2.5.1 电容器的选择与计算 (13)2.5.2 接线方法（如图） (18)2.5.3 使用注意事项 (19)2.6 小型异步发电机典型应用 (19)2.6.1 高精度校表电源 (19)2.6.2 把直流发电机的能量回馈到电网 (20)2.7 异步发电机配套用电力电容器数据 (25)3 水轮异步发电机的研究 (28)3.1 三相异步发电机结构原理研究 (28)3.1.1三相电容式异步发电机的结构 (29)3.1.2 三步发电机的发电原理 (30)3.1.3 三相异步发电机电容器的选择 (33)3.2 异步发电机的特性 (37)3.2.1 运行特性 (38)3.2.2异步发电机功率因数的改善和自励现象 (41)3.2.3异步发电机电磁设计特点 (44)3.3 过渡过程 (47)3.3.1 并网时的冲击电流 (40)3.3.2 三相短路电流 (48)3.4 异步发电机结构 (48)3.4.1 卧式异步发电机 (48)3.4.2. 立式异步发电机 (50)4 异步发电机与同步发电机的比较 (45)4.1异步发电机主要的优缺点 (45)4.2 异步发电机与同步发电机在电站中应用的经济性比较 (46)4.3 异步发电机水力发电应用实例 (47)5 结束语 (50)致谢 (51)参考文献..................................... 错误!未定义书签。
11 绪论1.1 引言在现代电力系统中，同步电动机一统天下。
但是，在一些小型或微型水电站中，在偏远地区的独立移动电站和风力发电站中，异步发电机（又名感应发电机）也得到了普遍应用，特别是在独立移动电站中，实心转子三相异步发电机具有明显的优越性。
双馈异步发电机原理双馈异步发电机（Double Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统的电机。
它具有一定的功率调节能力和较高的发电效率，在现代能源领域得到广泛应用。
本文将就双馈异步发电机的原理进行介绍。
一、简介双馈异步发电机由固定部分（定子）和旋转部分（转子）组成。
定子绕组中通以三相对称电流，形成旋转磁场，而转子通过刚性转子轴与风力发电机的转动相连。
定子与转子的耦合通过定子绕组和转子绕组之间传递电流来实现。
这就是为什么它被称为“双馈”发电机的原因。
二、工作原理当双馈异步发电机以风力发电机的转动速度运转时，风轮带动发电机旋转，同时将机械能转化为电能。
定子的电压通过电网和电池汇流条供电。
为了实现双馈异步发电机的控制，定子绕组由逆变器供电，逆变器通过电网进行功率调节，并使双馈异步发电机保持在最佳工作状态。
三、主要特点1. 调节能力：双馈异步发电机的电压和频率可以通过逆变器调节，从而实现对功率输出的精确控制。
这使得它在风能系统中成为一种理想的发电机。
2. 高效性能：相比传统发电机，双馈异步发电机在输送能量时能够减小电流的损耗，提高发电效率。
3. 提高动态响应：双馈异步发电机可以通过逆变器的调节来提高其动态响应能力，使其能够更快速地适应变化的风速和负载。
4. 减少对电网的影响：双馈异步发电机可以通过逆变器来控制发电功率，减少对电网的负荷影响，提高电网的稳定性和可靠性。
四、应用领域双馈异步发电机在风力发电系统中得到广泛应用。
其调节能力和高效性能使其成为风能转换系统的核心组件。
同时，双馈异步发电机也可以应用于其他领域，如水力发电、轨道交通以及工业领域等。
总结双馈异步发电机具有调节能力强、高效、动态响应快以及对电网影响小等特点，为风力发电系统带来了巨大的发展潜力。
随着能源需求的不断增长，双馈异步发电机将继续在可再生能源领域发挥重要作用，为我们提供更清洁、可持续的发电解决方案。
双馈异步发电技术在风力发电中的应用摘要：伴随着社会经济的高质量稳步增长，绿色生态环境保护理念在人们心中的份量也越来越重，对于绿色能源的应用越来越多。
风力发电技术是属于绿色可再生能源驱动下的现代化发电技术，双馈异步发电技术是一种采用风力机叶片桨距可调节的发电机组所应用的技术和变速恒频运行方式，其大多用在现代兆瓦级以上的大型并网型风力发电机组中，其在风里发电中的应用可实现风里发电机组内部机械负载机优化电力系统电网质量。
本篇文章将在明确双节馈异步发电技术运行原理基础上，谈一谈其目前在风力发电当中的有效应用。
关键词：双馈异步发电技术；风力发电；应用要点随着全球气候变暖以及环境污染的日趋严重以及资源与能源的过渡开采，全球范围内都出现了十分严重的能源危机，尤其环境的恶化和技术的快速进步使得能源消耗不断加剧，不可再生能源存量的日趋减少使得世界各国越来越重视对新能源的开发与应用，风能就是其中之一，而且还是开发较早且应用技术相对较为成熟的新能源发电技术之一，是当前时代下宝贵的绿色可再生能源，但风能在自然界当中，其速度是不断变化的，而且毫无规律，可以说风速的变化不可控且变化有着高度的随意性，而发电功率与风速立方之间呈现出明显的正比关系，因此，风速变化越小，则风能变化越大。
这也导致很多大型风力发电机组总是无法有效解决定浆距失速的问题，其系统机械结构方面常常会首次因素影响而表现出内应力较大的情况，对机械部件造成一定的损耗。
而采用双馈异步发电技术的电机则能够具备柔性化控制效果较好，且有功功率和无功功率可以实现独立调节，运行范围较广的优势。
其在风力发电当中的应用，不但改善了风电机组运行的整体性能，同时也在很大程度上有效降低了变频器容量，这也使得双馈异步发电技术在风力发电当中应用受到了广泛的关注，成为了风力发电设备的主要选择。
一、双馈异步发电技术原理对于当前大部分风力发电行业辣酱，其对并网型风力发电机组的应用较为广泛，就其运行控制相关技术而言，主要包括恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统，主要是依据并网型风力发电机组运行控制特点角度来进行分析后所得到的结果。
异步发电机在风力发电中的应用
摘要：如今，我国在能源的应用领域的重要发展就是通过风力来发电。
风力发
电主要的发展方式分为两种，即异步电机发电系统、电力电子转换器系统。
在本
文中主要介绍了当今我国在风力行业的发展中遇到的问题以及发展前景。
分别对
笼型以及绕线型的异步电机进行了分析研究，并分析了它们在应用中的优势。
关键词：风力发电；异步电机；变频；绕线型
随着人们对新能源以及可再生能源的了解越来越多。
并且对环境的要求越来
越高，人们逐渐开始使用这些新能源来开发应用。
采用风力发电技术进行技术开
发是最为常见的一种方式，当然，风力发电也在不断地发展进步，逐渐演变为大
规模、大容量、变速、海陆兼容的一项全新技术。
在本文中介绍了风力发电的发
展历程，之后对异步电机在应用时的各种优点进行了描述，同样还指出了电力技
术在异步发电机中发挥的重要作用。
一、绕线型的异步电机和风力发电之间的关系
1.1什么是绕线型异步电机
绕线型电机时异步电机的一类，它内部的转子需要与外界相连接，之后通入
交流电形成磁场，之后将转子进行切割，进而产生电流。
一般地，在我国应用比
较多的一种异步电机时双馈异步电机以及感应电机。
通常情况下，前者的应用次
数较后者多一些。
前者的工作原理是与电网相连接，之后形成电流来控制电子。
发电机的转速会随着发电机工作的进行发生变化，这个时候就可以对转子频率进
行调节来使得频率可以处于相同状态，这样才能够保证发电时各系统都能够处于
稳定状态。
1.2绕线型结构的双馈异步电机的好与坏
首先，这种结构的发电功率是比较低的，只有普通发电机的四分之一到三分
之一；其次，此结构不需要通过电网来励磁，只需要从转子电路中来获取；最后，绕线型结构的异步发电机在工作的时候必须要用到滑环和电刷，尤其是在那些比
较大型的发电厂中。
在我国有些地区就用到了这项技术，他们采用集中建设的方
法来建造基地，之后将并网行的发电机安放在同一牌面，之后进行供电，这是一
种最为有效的大规模供电的方法。
但是，电网系统会受到风电场容量的影响，如
果容量过强就会对电网以及其稳定程度带来影响。
双馈感应发电机在基地运行时的特点主要有以下四个方面：一是可以帮助风
电系统尽可能大的对风能进行追踪，进而可以很容易的进行调节，这样就能够帮
助电网进行调整和优化；二是可以降低系统的建造成本，同样也容易控制发电机
的稳定发电，可以充分的利用风能，除此之外，它还可以降低电压谐波，从而提
高电能的质量；三是它的电网上可以直接连接定子，这样就能够保证在断电时能
够保证电流的传输，进而保证系统的稳定性；四是可以控制转子电流来实现风电
的并网。
双馈感应发电机同样也可以应用于海上一些规模比较大的风电场中，这
样就会用到高压交流输电系统。
要想提高对电网故障的应用能力，就需要有新的
工作技术。
二、笼型的异步电机和风力发电之间的关系
2.1什么是笼型异步电机
铁心和钉子是笼型的异步发电机的组成部分，通常转子也会采用这种笼型的
发电机。
在最早研发出异步发电机主要是为了解决电机的自励问题，比如说帮助
电机产生电流。
但是，早期研发的技术无法满足连续调压的工作，无法集中性的
对励磁进行调整。
在电力电子技术飞速发展的社会背景下，可以应用相应的电子
变换器来完成功率的调控工作，这样就能够很容易的将以往传统的励磁方式取代，这样就为转化器与发电机的结合工作提供了便利条件。
如果能够使得转子与风力机连接起来，之后两者联合进行运行工作，在齿轮
的运行速度超过同步速的时候就可以将机械能转换位电能，进而为电网或者其他
地方传送能量。
一般情况下，笼型异步发电机的特点有以下四个方面：一是该结
构没有比较固定的结构，操作简单，并且有着很高的工作效率，除此之外，运行
成本以及维护成本是相对较低的；二是可以控制电子变换器，可以用于恒速或者
变速发展的领域；三是其拥有着良好的经济性能，还可以用在一些功率比较大的
领域；四是它在工作的时候必须要满足功率之间的耦合工作，不然，可能就会影
响到发电机的性能问题。
2.2笼型异步电机在分布式风电中的应用
在我国内陆区域呈现出的风能形式是局部的，并且风力发电市场相对来说是
有很大发展前景的。
在一些中小型的风力发电基地中，笼型异步电机会得到市场
的广泛应用，这主要是因为其建造成本低、结构坚固并且容易控制变速发电等特点。
尤其出色的就是其系统的分部形式，它会结合大量的资源来实现能源之间的
互补工作，并且在其内部是含有储能系统的。
如果想要满足励磁工作，该结构的
发电机可以与转换器相结合，通过两者之间的优势配合来完成此项工作。
除了这
些之外，它还可以调整或控制功率的流动工作，进而更好的实现自我的控制，尽
可能高的提升市场地位。
2.3笼型异步电机在海上风电的应用
我国的海岸线是很长的，并且有着十分雄厚的资源，要想将线损的受损程度
降到最低，就需要政府等有关部门对海上的风力开采工作引起足够的重视。
一般地，在海上的风电设计会用到定子双绕组笼型异步电机，这种结构的发电机主要
有以下四个特点：一是可以将转子作为笼型的转子，在一定程度上降低了建造成本，可以减少维护的次数；二是可以将定子相隔离，进而帮助发电机进行励磁调整；三是有着较低的输出量；四是可以在一定情况下完成电压的稳定传输工作，
并且有着良好的性能。
在对海上风电进行系统运输的时候可以采用上述技术，为
定子双绕组的发展提供便利条件。
三、结束语
通常，双馈异步电机是可以通过变速恒频来进行工作的，这样就能在一定程
度上降低电子设备受到的压力，这样才能够将并网优势广泛的应用到一些大型的
风电基地中。
但是，笼型异步电机的构造是十分坚固的，当应用与一些中小功率
发电系统中时可以很明显的观察到其经济适用性以及免护理性能。
我国的能源物
质在一步步的发展，异步电机也在随之进步，也应用到了很多风能系统中；要想
将异步风力发电系统发展好就需要投入足够的精力到电力电子系统的研究与开发中。
参考文献：
[1]易跃春风力发电现状、发展前景及市场分析 [J] 国际电力 2004
[2]施鹏飞全球风力发电现状与发展趋势 [J] 电网与清洁能源 2008。
