变速恒频交流励磁双馈型异步发电系统

    系统如图7-7所示，该系统采用转子交流励磁的双馈型异步发电机，其结构与绕线式异步电机类似。双馈型异步发电机的定子并到电网上，转子通过一励磁变换器和进线电抗器与电网相连。
    图7-7    采用双馈型异步发电机的交流励磁变速恒频风力发电系统    当风速变化引起发电机转速变化时，控制转子电流的频率，可使定子频率恒定，即应满足    f1=Pnfm+f2    (7-1)式中f1-电网频率；    fm-转子机械频率，fm=nm/60，nm为发电机机械转速；    pn-电机的极对数；    f2-转子电流频率。    发电机的机械转速和电转速之间的关系为nr=pnnm或wr=pnwm。当发电机的转速nr小于同步转速n1时，处于亚同步状态，此时励磁变换器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；当nr>n1时，处于超同步状态，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，励磁变换器的能量流向逆向；当nr=n1时，处于同步状态，此时发电机作为同步电机运行，f2=0，励磁变换器向转子提供直流励磁。    由式(7-1)可知，当发电机的转速nm变化时，即pnfm变化时，若控制f2相应变化，可使f1保持恒定不变，实现了变速恒频控制。    由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由发电机的转速运行范围所决定的转差功率，仅为定子额定功率的一部分，因此图7-7中所示的双向励磁变换器的容量仅为发电机容量的一小部分，成本将会大大降低。交流励磁双馈型异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变换器的容量外，在磁场定向矢量控制下还可实现P，Q解耦控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。    双馈型异步发电机对转子侧励磁变换器的主要要求是输入、输出特性好，功率可以双向流动。图7-7所示系统采用的是双PWM型交-直-交变换器，它由两个PWM型变换器组成：靠近发电机的称为机侧变换器，靠近电网的称为网侧变换器。双PWM型变换器输入输出特性好，能量可以双向流，是双馈型异步发电机较理想的一种励磁变换器。励磁电源除了采用交-直-交变换器外，也可以采用交-交变换器。6脉波、36管的交-交变换器输出电压富含低次谐波，严重影响发电质量，必须进行谐波抑制。12脉波、72管的交-交变频器结构符合励磁电源要求，但结构和控制复杂。矩阵式交-交变换器的输入、输出特性较好，功率可以双向流，主电路结构简单，但控制方法还不成熟，需要依赖更加成熟的双向开关器件。