论文双馈式风力发电机运行原理与发电控制技术，本文是风力发电相关自考开题报告范文跟风力发电机和原理和运行方面论文范文集.
刁 帅
（国华（江苏）风电有限公司,江苏 东台 224200）
摘 要：随着全球各国的工业发展速度加快,化石燃料储存量随之减少,因此风能发电技术愈加重要.因为电力企业的风能发电需求,风力发电机得到广泛运用.现阶段,我国在风力发电机的发展速率、技术运用和推广力度方面和国外相比存在一定差距.为推动风力发电机快速发展、运用,文章从双馈式风力发电机角度分析了其运行原理及发电控制技术.
关键词：双馈式风力发电机；运行原理；发电控制技术；矢量控制；模糊控制 文献标识码：A
中图分类号：TM614 文章编号：1009-2374（2016）20-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.069
根据相关调查显示,在全球各国中,因风力发电项目,每年投入1000亿元资金总额,约有100个国家开始研究、运用风力发电技术.因此,随着化石燃料逐渐减少,社会生产需要太阳能技术、发电技术和水利技术,这些技术也有可能代替火力发电技术.对于风力发电技术,加强风力发电机研究和运用具有十分重要的现实意义,大多数选择双馈式设计方式.笔者结合自身多年的风电企业的从业经验,立足双馈式风力发电机角度,分析其运行原理、发电控制技术.
1 双馈式风力发电机的结构、特点
双馈式风力发电机是由英国学者的设想而来,在自级联导发电机研发基础上,逐渐研发而来,双馈式发电机与绕线异步电机有着结构类似性,因定子、转子两部分均可以馈出、馈入电能,所以称之为双馈.另外,因双馈式发电机利用转子形成交流,因此,双馈式发电机又叫做交流励磁发电机.
双馈式风力发电机,双馈主要指电机定子、转子,都能完成电力供应.通常而言,双馈式发电机是由接线盒、转子、定子、冷却系统、滑环系统和传动结构构成.转子结构一般为散嵌绕组、半线圈与成型绕组构成.滑环系统包含滑环座、维护罩、碳刷、风扇等构成,滑环环氧浇注式、热套式类型,冷却系统包含水冷式和风冷式方式.
从某种性质来看,双馈式发电机属于异步式发电机范围,这类发电机具有同步式发电机的励磁绕组,一般用于功率因素、励磁过程的调控,所以双馈式发电机具有异步、同步两种优点.
针对双馈式发电机定子贴心,有相同形状凹槽的均匀分布,主要是用于嵌入定子绕组,通过定子三相电流,产生一定旋转磁场.在转子中,利用嵌入绝缘导线,可组成三相绕组.在转子上引出三相线,再连接转轴的集电环,通过电刷引出.通常而言,定子和工频电网能够直接连接,转子通过变换器与电网连接,以便于转子的交流励磁.
同时,双馈式发电机的成本较低、体积较小,调节方式为无功率调节,且抗电磁的干扰能力强,具有简便易行的特点.发电机励磁过程和供电网络没有直接联系,由转子即可直接完成所处电路.所以双馈式发电机的输出能量较为稳定,在工作过程中,电网通常不会发生较大的波动幅度.双馈式发电机系统利用电机励磁过程的控制,能够准确和快速地调节运转状态、功率因素.此外,对于风力变化影响,双馈式发电机适应能力较强,可保持稳定的输出能力.
2 双馈式风力发电机的运行原理分析
对于双馈式发电机,定子连接供电网络后,转子连接双脉冲调制变流器,接着介入到相应网络.所以在双馈式风力发电机的定子端,如果电力参数没有发生变化,利用双脉冲变流器,即可调节转子端电流.此外,在双馈式发电机的运行流程中,转子部分利用交流,即可完成励磁过程,确保发电机具有较强适应能力、足够稳定性,对降低发电成本十分重要.按照定子和转子的磁场转动速率,双馈式发电机主要包含以下三种运转模式：
2.1 超同步模式
如果定子磁场处于一种转动状态且低于转子磁场的转动效率,转轴输出功率,则高于定子磁场功率.对于转子所处电路,就无需直流励磁电流.借助双脉冲调制变流器,即可为供电网络供电,所以处于该种模式状态,发电机通过定子与转子,向所处电路传输电能,即双馈式发电机的正常工作模式.
2.2 同步模式
处于定子磁场转动状态下,如果和转子磁场转动速率相等,则转轴出功率和电子功率也基本相同.双馈式发电机就只能运用定子所处电路,为供电网络输送电能,转子所处电路无法参与其中,主要接受直流励磁电流.处于这种状态中,三者的转动速率基本相同,所以双馈式发电机能够实现同步模式工作.
2.3 亚同步模式
如果定子磁场处于一种转动状态,且低于转子磁场速率,转轴输出功率低于定子磁场功率.因此,在该种模式状态下,必须依靠双脉冲变流器,方可实现转子供电网络的电能供给.电能输出需依靠定子电路承担,又称之为补偿发电.在发电机实际过程中,环境因素决定了发电机工作模式.若风力变化较小,则双馈式发电机处于亚同步模式.如果风力充足,则双馈式发电机处于正常工作模式.
2.4 模式分析
对于上述三种工作模式,笔者以变速恒频风力发电系统为例,处于该系统中,发电机定子与电网直接连接,转子通过两个背靠背连接,通过PWM变换器,交直交变换器连接电网.对于双馈电机工作,主要分为超同步、同步阶段,加上转子侧转差功率传递方向存在一定区别.双馈式发电机功率主要分为4个不同状态,次同步电动、次同步发电、超同步电动、超同步发电.假设将定子侧功率设定为P1,转子侧设定为P2,电机机械功率设定为PJ,按照规定,如果定子为电网输送电能,P1值就为正值,由电网吸收电能,则P1值为负值.如果转子通过电网馈送电能,P2值为正值,由电网吸收电能,P2值为负值.如果电机吸收机械功率,PJ值为正值,电机输出机械功率,PJ值为负值.
3 双馈式风力发电机控制技术
近些年来,随着人们日益渴望再生能源,重视科学技术进步,风电能源受到了社会各界关注,在整个电力系统的重要性也日益凸显.风力产生是风力推动桨叶转动后,推动发电机转动,使风能转化为电能.但风速处于恒定不变状态,进而增加了桨叶转速的不稳定性,使得发电机电能频率、电能波动,所以如何保证风力发电机稳定性,控制好风力发电机的输出电能,是风电系统的重要研究问题.在风力作用下,桨叶处于转动状态,所产生,动能能够推动发电机转子运转.按照定子、转子转动的速率,通过转子磁场的转动对转子电流频率、转动速率进行调节,即可完成双馈式发电机的基本控制.一般而言,双馈式发电机主要包含以下控制技术：
3.1 矢量控制
矢量控制技术的核心在于,按照定子相位值、电流频率值构建电流矢量参数,通过控制算法,能够将直流量转化成交流量.进而控制发电机的工作状态与功率因素,提高能量转化效率,保证电能输入稳定性、可靠性.一般来说,矢量控制技术适用于风力较小地区.
3.2 模糊控制
模糊控制技术是一种智能化控制技术,通常利用软件对人类思维方式进行模拟,借助相关经验、处理办法,根据风向变化和风力变化,做出相应动作反应.处于各种情况下,所获得控制数据,能够保证系统顺利运转,与系统最优值最为接近.因此,该类控制技术运用状况对预设控制、开发人员经验具有显著依赖性.该种控制技术在风力较大区域适用.
3.3 直接转矩控制
直接转矩控制技术关键是通过输入转矩的调控,根据相关分析理论,对发电机运转状态进行控制,通过各种技术,在简单矢量建模、不复杂运算基础上,能够直接计算出转矩参数,对输出电能稳定性、参数具有控制作用.同时,双馈式风力发电机的控制技术有着多种类型,如滑膜变结构等.
3.4 变速恒频控制
对于风力发电系统,因风速呈现时变性质,因此利用风能发电具有一定难度,所以提升风力发电技术可有效提升风机效率,实现风能资源优化利用.通常而言,供电网络对于电能质量,主要是有上网电压频率变化量、变化率的要求,这两个量和上网有功、无功相关.因此.针对发电机输出电压控制十分重要.双馈式发电机控制,是通过变频器控制励磁相位与幅值,再控制电流频率,通过三个量的控制调节,对励磁控制器给定值进行控制,以满足变速恒频控制的目的.
4 结语
综上所述,双馈式风力发电机具备了异步式、同步式的优点,为供电网络能够提供可靠、高效和稳定的电能供应,运用、推广前景十分广泛.近些年来,随着发电机制造工艺、控制技术的不断发展、优化,在风力发电领域,双馈式风力发电机得到了广泛运用.同时,对于风力发电机的研究人员来说,还需加强进一步产品研发,提高发电机的控制性能,为我国工业生产、社会发展创造更多的能源.
参考文献
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作者简介：刁帅（1986-）,男,安徽太和人,国华（江苏）风电有限公司助理工程师,研究方向：电气工程及其自动化.
（责任编辑：王 波）
此文结论:这是适合不知如何写风力发电机和原理和运行方面的风力发电专业大学硕士和本科毕业论文以及关于风力发电论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
参考文献：
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