无刷双馈电机在变速恒频风力发电中的应用

风力发电中的变速恒频技术综述1引言风力发电技术是一种利用风能驱动风机浆叶。

进而带动发电机组发电的能源技术。

由于风能储量丰富、用之不竭、无污染等特点，被各国广泛重视，纷纷投入大量的人力物力财力来发展风力发电技术。

第一次世界大战后，丹麦首开先河，制造了仿螺旋桨高速风力发电机组。

随后美国、法国、前西德等国先后制造出了风力发电机组并投入运行。

前西德在风机桨叶制造上首次使用了质地轻、强度高的复合材料。

到20世纪60年代，由于石油廉价和内燃机的广泛运用，风力发电成本高的问题显得突出，和以内燃机为动力的发电技术相比失去竞争力，发展几近停止。

但1973年全世界的石油危机以及燃料发电带来的环境污染问题，使得风力发电技术重新受到重视。

风力发电又进入迅速发展阶段。

先后有美国研制的1000kW大型风力发电机、前西德的3000kW大型风力发电机、英国加拿大的3800kW大型风力发电机投入运行，自动控制技术日益成熟，并形成了能并网运行的风力发电机群(见图1)。

2002年，世界各国风电装机总量达到近40000MW，并且每年增长率达20％，发展势头强劲。

我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。

2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布新疆、内蒙古、广东、辽宁、浙江等地[1]。

图1风力发电机群最近世界风力发电技术的发展取得很大进步，主要表现为以下几点：（1）风力发电机单机容量稳步变大。

现在单机容量已达到兆瓦级；（2）变桨距调节成为气动功率调节的主流方式。

目前，绝大多数的风力发电机采用这种技术；（3）变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统，风能利用更加有效；（4）无齿轮箱风力发电系统市场份额增长迅速。

这主要是由于没有齿轮箱系统效率显著提高[2]。

2 风力发电机的气动功率调节方式气动功率调节是风力发电的关键技术之一。

风力发电机组在超过额定风速以后，由于桨叶、塔架等的机械强度、发电机变频器等的容量限制，必须降低风机吸收功率，使其在接近额定功率下运行，同时减少桨叶承受的载荷冲击，使其不致受到损坏。

定子双馈无刷风电机磁场分析高可靠性定子双馈电机在风力发电领域具有广阔的应用前景。

本文首先介绍了定子双馈无刷双馈电机在风力发电中的运行原理，然后绘制了该电机的二维和三维结构图，对该电机进行了有限元分析计算，为电机的开发应用提供参考。

关键词：双馈无刷电机；转子结构；有限元分析；应用前景1 引言电机是工农业生产中不可缺少的电磁装置，广泛应用的主要是异步电机和同步电机。

鼠笼型异步电机简单、坚固而且耐用，是驱动领域的主要电动机，但缺点就是起动和调速性能不够理想，绕线型异步电机可以实现双馈运行，可实现串级调速，但本身结构包含了电刷和滑环，运行可靠性和在恶劣环境的应用方面显得不足；火力发电和水力发电中广泛利用了同步发电机，但应用于风力发电，存在了局限性。

目前快速发展的永磁风力发电机，虽然具有高效率，优良的运行性能，但变频器容量较大，而且无法实现双馈运行。

双馈无刷电机是近些年发展起来的一种新型交流电机，该电机通过变频器的是转差频率、功率因数可调、无刷耐用而且结构简单，将在交流调速驱动系统和变速恒频风力发电领域应用前景广阔，具有较大的应用市场。

目前，双馈电机的运行原理、功率流向和运行性能已经进行了深入的研究，开展了推广应用的前期基础工作[1-4]。

但是，双馈无刷电机仅仅小部分应用于实验系统，大多数学者仍然在实验室进行开发和研究，距离产业化还有距离，因此，学者们积极寻求各种有效的途径和手段，深入开展该电机的推广应用技术研究，该电机已经成为近几年学者们研究的热点问题之一[5-6]。

本文首先陈述双馈无刷电机的结构和运行原理，然后借助有限元分析软件，对磁场进行了分析，表明了设计样机的合理性。

2 双馈无刷电机的结构和运行原理与传统交流电机相比，双馈无刷电机结构比较特殊，在定子上嵌放了2pp 极的功率绕组和2pc极的控制绕组，双馈运行时，功率绕组连接电网，控制绕组经过双向变频器连接到电网。

转子极对数pr和定子两套绕组极对数之间的关系如下：因此，在电机的气隙中将会存在两种极数磁场的耦合，这两个磁场的耦合是通过特殊转子结构来实现的，因而也就完成了定转子间的机电能量交换。

变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨前言随着能源危机的日益加剧，可再生能源逐渐成为人们关注的热点。

风能作为最具潜力的可再生能源之一，引起了众多研究人员的关注。

近年来，变速恒频双馈风力发电系统控制技术成为研究热点之一，具有广阔的应用前景。

本文将对变速恒频双馈风力发电系统控制技术进行探讨。

双馈发电机和变频控制双馈发电机是目前风力发电机中最常使用的一类发电机。

传统的风力发电系统采用异步发电机作为发电机，随着风速的改变，输出电压、频率和电流也会跟随变化。

而采用双馈发电机后，输出电压和频率能够稳定控制在一个合适的范围内。

变频控制技术是指通过调整发电机输出电压和频率，使其与电网的电压和频率同步，从而实现电能的输送。

传统的电力系统一般采用恒频输电，这种方式下，不同的发电机必须调整其转速，以达到跟电网同步的效果，导致效率低下。

而采用变频控制技术，可以根据需要调整发电机的转速，使其在不同的风速下都能保持较高的效率。

变速控制技术变速控制技术是指通过改变风力发电机的转速，使其在不同的风速下都能保持较高的效率。

传统的风力发电系统中，往往采用固定转速的方式，无法灵活地调整转速以适应不同的风速。

而采用变速控制技术，则可以在不同的风速下，调整发电机的转速，以保证其输出的电量和质量。

曲线控制曲线控制技术是指通过调整双馈发电机的转速和输出电压，使其输出的电量和质量符合电网的要求。

传统的控制方法是基于刚性控制，不能灵活地调整发电机的参数。

而曲线控制技术，则可以根据电网的要求，调整发电机的控制参数，以保证其稳定地、高效率地运行。

软件控制技术软件控制技术是指通过计算机程序控制风力发电系统的运行。

传统的控制方式大多采用硬件控制，控制方式复杂、扩展性不强。

而采用软件控制技术，则能够通过计算机程序实现控制功能，提高系统的自动化程度。

结语变速恒频双馈风力发电系统控制技术是风力发电的研究热点之一，具有广阔的应用前景。

本文通过介绍双馈发电机和变频控制、变速控制、曲线控制、软件控制技术等方面，对其进行了探讨。

第22卷第12期2006年12月农业工程学报T ransacti ons of the CSA E V o l .22　N o.12D ec .　2006双馈感应发电机在风力发电中的应用谢　震1,张崇巍1※,张　兴1,杨淑英1,曹仁贤2(1.合肥工业大学电气与自动化工程学院,合肥230009;　2.合肥阳光电源有限公司,合肥230011)摘　要:基于对双馈感应发电机及其矢量控制的理论分析,针对变速恒频双馈感应发电系统的两种工作状态,分别采用了基于电压外环的空载并网控制策略和基于速度外环的并网发电控制策略。

针对风力发电的特点,采用了一种基于变步长转速扰动的最大功率点跟踪算法。

构建了110k W 变速恒频双馈风力发电模拟平台,经过实验结果分析验证了上述控制策略的有效性和可行性。

关键词:变速恒频;双馈感应发电机;矢量控制;空载并网;最大功率点跟踪中图分类号:TM 615 文献标识码:A 文章编号:100226819(2006)1220094205谢　震,张崇巍,张　兴,等.双馈感应发电机在风力发电中的应用[J ].农业工程学报,2006,22(12):94-98.X ie Zhen ,Zhang Chongw ei ,Zhang X ing ,et al.A pp licati ons of doubly fed inducti on generato r in w ind electricity generati on [J ].T ransacti ons of the CSA E ,2006,22(12):94-98.(in Ch inese w ith English abstract )收稿日期:2006203212　修订日期:2006209229基金项目:安徽省“十五”科技攻关项目(040120564)作者简介:谢　震(1977-),男,博士生,主要研究方向为电力电子与电力传动。

合肥市长江西路　合肥工业大学电气与自动化工程学院,230009。

双馈感应电机变速恒频风力发电系统控制技术研究的开题报告一、研究背景和意义风力发电是一种清洁、可再生、经济的能源资源利用方式，近年来得到了越来越广泛的应用。

但是，由于风速的波动性和风电机转速变化的不可避免性，风力发电系统的变速控制技术成为制约其发展的瓶颈之一。

传统的风力发电系统采用的是直驱式发电机，这种发电机具有体积大、重量重、维护费用高等缺点。

为了解决这些问题，目前双馈感应电机被广泛应用于风力发电系统中，具有结构简单、体积小、运行可靠等优点。

双馈感应电机是一种具有两个转子的感应电机，其转子分别为线圈转子和滑环转子，线圈转子和滑环转子通过两条转子间的定子绕组相连。

与传统的感应电机相比，双馈感应电机具有双重功率，即外部轴上的功率和内部转子上的功率，可以更好地适应风速波动和转速变化的需求，提高了变速控制的灵活性和鲁棒性。

本课题旨在研究双馈感应电机变速恒频风力发电系统的控制技术，通过开展理论分析、掌握相关技术和实验研究，实现风力发电系统的高效、可靠和稳定运行，具有重要的理论和应用价值。

二、研究内容和目标1. 双馈感应电机和变速器原理研究：通过文献调研和理论分析，深入了解双馈感应电机和变速器的结构、工作原理和基本参数。

2. 变速恒频控制技术研究：对变速恒频控制技术的基本原理、控制策略和算法进行系统研究，包括传统的PID控制策略、自适应控制策略等。

3. 变电站接口电路设计：设计符合电网要求的双馈风力发电系统的变电站接口电路，使其满足接入电网的电压、频率和功率因数等标准。

4. 风力发电系统仿真研究：采用Matlab/Simulink软件对双馈感应电机变速恒频风力发电系统进行建模和仿真研究，验证所设计的控制策略和算法的可靠性和有效性。

5. 实验验证与分析：建立试验台，进行系统的实验验证和参数测试，分析系统控制性能和稳定性的优缺点，对系统方案进行优化。

研究目标：1. 获得双馈感应电机变速恒频风力发电系统的工作特性和运行参数。

无刷电机在风力发电系统中的作用是什么在当今追求清洁能源和可持续发展的时代，风力发电作为一种重要的可再生能源技术，正发挥着日益重要的作用。

而在风力发电系统中，无刷电机扮演着至关重要的角色。

要理解无刷电机在风力发电系统中的作用，首先得了解一下什么是无刷电机。

简单来说，无刷电机是一种没有电刷和换向器的电机。

传统的有刷电机在运行过程中，电刷和换向器之间会产生摩擦和磨损，不仅影响电机的效率和寿命，还会产生电火花等问题。

而无刷电机则通过电子换向的方式，有效地避免了这些问题，从而具有更高的效率、更长的使用寿命和更好的可靠性。

在风力发电系统中，无刷电机的第一个重要作用就是能量转换。

风的动能通过风力发电机的叶片转化为机械能，而无刷电机则将这部分机械能进一步转化为电能。

其高效的能量转换能力能够最大限度地将风能转化为可用的电能，提高了整个风力发电系统的发电效率。

无刷电机的高效性能对于风力发电来说意义重大。

由于风力的不稳定性和间歇性，风力发电系统需要在不同的风速条件下都能保持较高的能量转换效率。

无刷电机能够在较宽的转速范围内保持稳定的性能，无论是微风还是强风，都能有效地将机械能转化为电能。

相比之下，如果使用效率较低的电机，就会导致大量的风能被浪费，降低了风力发电的经济效益和实用性。

除了高效的能量转换，无刷电机还具有良好的调速性能。

在风力发电系统中，风速是不断变化的，为了使发电机能够始终工作在最佳状态，就需要对电机的转速进行调节。

无刷电机可以通过电子控制系统实现精确的调速，使其能够适应不同风速下的工作要求。

当风速较低时，电机可以降低转速，以保证输出电压和频率的稳定；而当风速较高时，电机则可以提高转速，充分利用风能，提高发电功率。

无刷电机的良好调速性能不仅有助于提高发电效率，还能延长风力发电系统的使用寿命。

在风速变化较大的情况下，如果电机不能及时调整转速，就会承受过大的机械应力和电磁应力，从而导致零部件的损坏和故障。

而无刷电机能够快速响应风速变化，有效地减轻了系统的机械和电气负担，降低了故障发生的概率。

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。