基本原理与运行状态解析

1.基本原理

双馈风力发电机在结构上类似绕线型异步电机，定子侧直接接入三相工频电网，而转子侧通过变频器接入电网。因为定子与转子两侧都有能量的馈送，所以称为双馈电机。

同步发电机在稳态运行时，其输出电压的频率f与发电机的极对数p及发电机转子的转速n有严格固定的关系，即

可见，在发电机转子转速不能恒定时，同步发电机不可能发出恒频电能。

绕线型转子异步电机的转子上嵌装有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，则将在电机气隙内产生旋转磁场，此旋转磁场的转速与所通入的交流电流的频率及电机的极对数有关，即

可见，在发电机转子转速不能恒定时，同步发电机不可能发出恒频电能。

绕线型转子异步电机的转子上嵌装有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，则将在电机气隙内产生旋转磁场，此旋转磁场的转速与所通入的交流电流的频率及电机的极对数有关，即

式中　n2——转子通入频率为f2的电流所产生的旋转磁场相对于转子的旋转速度，r/min；

f2——转子电流频率，Hz。

从式（3-2）可知，改变频率f2即可改变n2。因此，只要调节转子电流的频率f2，就可以使电网频率f1不变，即

式中　n2——转子通入频率为f2的电流所产生的旋转磁场相对于转子的旋转速度，r/min；

f2——转子电流频率，Hz。

从式（3-2）可知，改变频率f2即可改变n2。因此，只要调节转子电流的频率f2，就可以使电网频率f1不变，即

式中　n1——对应于电网频率f1时异步发电机的同步转速，r/min。

异步电机定、转子电流频率的关系为

式中　n1——对应于电网频率f1时异步发电机的同步转速，r/min。(www.xing528.com)

异步电机定、转子电流频率的关系为

式中　s——转差率。

式（3-4）表明，在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（sf1）的电流，则在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电动势。即异步电机定子绕组的感应电动势频率将始终维持f1不变。

2.三种运行状态

根据转子转速变化，双馈风力发电机可有以下三种运行状态：

（1）亚同步运行状态。在此种状态下n＜n1，由转差频率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子的转速方向相同，因此有n+n2=n1。

（2）超同步运行状态。此种状态下n＞n1，改变通入转子绕组频率为f2的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转向与转子的转向相反，因此有n-n2=n1。为了实现n2转向反向，在由亚同步运行转向超同步运行时，双馈风力发电系统必须能自动改变其相序；反之亦然。

（3）同步运行状态。此种状态下n=n1，转差频率f2=0，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0，即直流电流，因此与普通同步发电机一样。

式中　s——转差率。

式（3-4）表明，在异步电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率（sf1）的电流，则在异步电机的定子绕组中就能产生50Hz的恒频电动势。即异步电机定子绕组的感应电动势频率将始终维持f1不变。

2.三种运行状态

根据转子转速变化，双馈风力发电机可有以下三种运行状态：

（1）亚同步运行状态。在此种状态下n＜n1，由转差频率为f2的电流产生的旋转磁场转速n2与转子的转速方向相同，因此有n+n2=n1。

（2）超同步运行状态。此种状态下n＞n1，改变通入转子绕组频率为f2的电流相序，则其所产生的旋转磁场的转向与转子的转向相反，因此有n-n2=n1。为了实现n2转向反向，在由亚同步运行转向超同步运行时，双馈风力发电系统必须能自动改变其相序；反之亦然。

（3）同步运行状态。此种状态下n=n1，转差频率f2=0，这表明此时通入转子绕组的电流的频率为0，即直流电流，因此与普通同步发电机一样。