双馈电机在风力发电中的优势及应用探讨

双馈风力发电机是风力发电机的发展方向之一。因为风速的不稳定性，因此要想使电机转子转速恒定以达到像同步电机一样发出恒定频率的电能是不可能的。从上面分析可知，双馈风力发电机转子绕组接一个频率、幅值、相序和相位均可调节的三相逆变电源，只要调节转子电流频率就可达到发出恒频电能的目的，即变速恒频风力发电系统。

图3-6为典型的变速恒频风力发电系统示意图（实际上网侧变频器后一般还有升压变压器），主要由风力机、增速箱、双馈风力发电机、双向变频器和控制系统组成。

图3-6　典型的变速恒频风力发电系统示意图

双馈风力发电机在亚同步运行及超同步运行时的功率流向如图3-7所示，图中Pem为发电机的电磁功率，不计定子绕组损耗时等于从定子输出到电网的电功率。s为电机的转差率，Pmec为输入机械功率。

风速较低（n＜n1），电机运行在亚同步状态时，s＞0，需要从电网向电机转子绕组馈入电功率。风力发电机经转子传递给定子的功率为Pem（忽略电机损耗），转子需要输入的电功率为sPem，所以发电机传给电网的总功率只有Pem-sPem=（1-s）Pem。

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图3-7　双馈风力发电机运行时的功率流向

风速较高（n＞n1），电机运行在超同步状态时，s＜0，转子绕组向外（电网）供电。风力发电机经转子传递给定子的功率为Pem（忽略电机损耗），转子输出到电网的电功率为｜s｜Pem，所以发电机传给电网的总功率为Pem+｜s｜Pem=（1+｜s｜）Pem。

以一个双馈电机在风力发电系统中应用实例来分析在不同风速下定子、转子及输出功率的关系。该电机主要参数：额定功率为1501kW；额定转速为1440r/min；额定效率为97.1%；额定频率为60Hz；额定功率因数为1.0；定子电压为575V；转子电压为376V；定子电流为1287.2A；转子电流为396.5A；定子输出功率为1263kW；转子输出功率为247.8kW。该发电机在不同转速下的基本运行特性见表3-3。

表3-3　发电机在不同转速下的基本运行特性

显然在电机转速低于1200r/min，即亚同步运行时，转子外接电源送入功率；在高于1200r/min，即超同步运行时，表明转子可向电源送出功率，即定子、转子同时发电。