[双馈异步发电机运行理论]

双馈型异步发电机的运行理论 屈虎 机组的运行稳定性提高，可更多地吸收无功功率，改善目前由于晚间负荷下降、 电网电压过高的不利局面。利用矢量变换控制技术，综合改变DFIG转子励磁电流的 相位和幅值，可以实现DFIG输出有功功率和无功功率的解耦控制，因此，在功率调 节上DFIG较同步发电机有更多的优越性。 由于DFIG具有同步发电机所不具备的变速恒频运行的能力，使它在以下几方面 的应用中有明显的优势： (1) 在原动机变速运行场合中，实现高效、优质发电。 在很多发电场合中，原动机转速是时刻变化的，如潮汐电站中，水头是变化的， 使水轮机转速也变化；风力发电中，随风速的变化风力机转速也会变化；船舶与航 空发电机的转速跟着推进器的速度而变化。以往的发电方式中，由于受电网频率和 同步发电机特性的限制，发电机转速不能变，迫使原动机在不同水头、不同风力等 情况下维持一个转速，使得机组运行效率降低，原动机磨损增大，发电质量下降或 被迫降低出力，甚至停机。DFIG可通过调节转子励磁电流的幅值、频率与相位，在 原动机速度变化时也可保证发出恒定频率的电能，从而提高了机组的运行效率，降 低了机组的磨损，延长了机组的使用寿命。 (2) 能参与电力系统的无功功率调节，提高系统稳定性 现代电力系统的发展趋势是单机容量越来越大，送电距离日益增长，输电线电 压等级逐渐提高。此外，电网负荷变化率也随社会需求越来越大，经常出现输电线 传输有功功率高于其自然功率的工况。这时线路出现过剩无功功率，引起持续工频 过电压，这会危及系统的安全运行和增加损耗。目前解决的办法是在线路上加装静 止电抗器、调相机或静止无功补偿器，或要求发电机进相运行，这些措施提高了运 行的技术和经济成本。 由于DFIG可以调节励磁电流的相位，达到改变功率角使发电机稳定运行的目的， 所以可通过交流励磁使发电机吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调节，解决 电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性。 (3) 可实现发电机安全、便捷的并网P 采用同步发电机或异步发电机时，并网控制较为复杂，往往需要精确的转速控制 和整步、准同步操作。而采用DFIG时，通过对转子实施交流励磁，精确地调节发电 机定子输出电压，使其满足并网要求，实现安全而快速的“柔性”并网操作。 从上面的讨论中可以看出，具有变速恒频运行的能力是DFIG一个非常重要的优 势。变速恒频的机理可用图2.1来进一步说明。 图2.1 DFIG变速恒频运行原理 图2.1中、分别为DIFG定、转子电流的频率，为定子磁场的转速，即同步转速， 为转子磁场相对于转子的转速，为DFIG转子的电转速。由电机学的知识可知，DFIG 稳定运行时，定、转子旋转磁场相对静止，即 从上式可知，当发电机转速变化时，可通过调节转子励磁电流频率保持定子输 出电能频率恒定，这是变速恒频运行的原理。当发电机亚同步运行时，，转子绕组 相序与定子相同；当发电机超同步运行时，，转子绕组相序与定子相反；当发电机 同步速运行时，，转子进行直流励磁。