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    王建維 女，碩士，畢業(yè)于西南交通大學牽引動力國家重點實驗室，畢業(yè)后在中國北車集團濟南軌道交通裝備有限公司從事貨車轉向架設計工作，2008年7月轉入北車風電有限公司從事風力發(fā)電機組設計，主要從事風力發(fā)電機組控制系統和在線狀態(tài)監(jiān)測系統方面的研究。

    摘要：本文分析了雙饋異步和永磁同步風力發(fā)電機的工作原理，詳細比較了兩種發(fā)電機的優(yōu)缺點，最后得出結論：短期內，DFIG仍將是主流機型，但隨著國家對風機并網的要求越來越高，具有低電壓穿越能力的永磁同步發(fā)電機將是未來風機發(fā)展的趨勢。

    關鍵詞：雙饋異步發(fā)電機；永磁同步發(fā)電機； 變速恒頻；低電壓穿越

    1 概述

    在過去的20多年里，風力發(fā)電機組的單機容量不斷擴大，特別是最近幾年，大型機組得到迅速推廣應用。技術的不斷進步是機組單機容量得以不斷擴大的基礎。早期的風力發(fā)電機組全部是定槳距失速型風機。由于定槳距機組葉片的角度不能在風速變化時進行相應地調節(jié)，因此無法在低風速時獲取最大的風能；在風速為額定風速時功率最大，當風速超過額定值后，發(fā)電功率又明顯下降，故定槳距失速型風機的經濟效益不甚理想，因此這種型的機組很難向大型化方向發(fā)展。目前該類型的產品均為小型機組，兆瓦級機組均不采用此類型的結構。

    隨著技術的發(fā)展，風電機組發(fā)展到了變槳距系統。變槳距風力發(fā)電機組的葉片角度可以進行調節(jié)，在不同的風速情況下，通過調節(jié)葉片的角度使攻角保持最佳狀態(tài)，從而獲得較大的轉換效率。變槳距機組的額定風速較低，啟動性能較好，而且在風速超過額定值時通過變槳系統可以有效地控制葉片的迎風角度，使得發(fā)電機有著較為平滑的功率曲線，大大提高了發(fā)電效率和發(fā)電質量。通過技術的不斷提高和新材料的不斷應用，葉片結構變得越來越簡單、重量也越來越輕，易于機組的大型化，因此大型風電機組多采用變槳距技術。

    目前，風電技術已發(fā)展到了更先進的變速變槳距機型。變速變槳距風力發(fā)電機組同時應用了變槳技術和變速恒頻技術，風輪轉速可根據風速的變化進行調節(jié)，以便最大限度地吸收風的能量，提高轉換效率。由于在發(fā)電機中采用了變速恒頻技術，使發(fā)電機組在低風速情況下的出力水平大幅度提高，總體發(fā)電效率得到進一步提高。兆瓦級以上的機組大都是變速變槳距機型。

    發(fā)電機及其控制系統承擔了將機械能轉化為電能的任務，直接影響到轉換過程的效能、效率和供電質量。而目前風力發(fā)電機主要采用兩種類型：雙饋異步發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機。

    2 雙饋異步發(fā)電機（DF IG）和永磁同步發(fā)電機（PMSG）結構分析

    2.1 DFIG工作原理

    雙饋異步發(fā)電機在結構上與繞線式異步電動機類似，定轉子三相對稱，轉子電流由滑環(huán)接入。風速的變化通過增速齒輪箱傳遞到發(fā)電機，為了保持定子電流頻率的恒定，可以控制轉子電流的頻率，使得發(fā)電機的轉子轉速發(fā)生變化，這些工作可以由變頻器來完成。當發(fā)電機轉子高（低）于同步速時，應控制變頻器能量流入（出）電網，這樣就控制了電機定子向電網供應電能頻率的穩(wěn)定。其原理框圖如圖1所示。
                   
                               圖1  雙饋機發(fā)電原理
    當風速變化引起發(fā)電機轉速n變化時，控制轉子電流的頻率，可使定子頻率恒定，即應滿足： 。

    式中： 為定子電流頻率，由于定子與電網相連，所以與電網頻率相同； 為轉子機械頻率， ，p為電機的極對數； 為轉子電流頻率。

    n
    n>n1時，處于超同步運行狀態(tài)，此時發(fā)電機同時由定子和轉子發(fā)出電能給電網，變流器的能量流向逆向；

    n=n1時，處于同步狀態(tài)，此時發(fā)電機作為同步電機運行， =0，勵磁變流器向轉子提供直流勵磁。

    而n=pnm，當n發(fā)生變化時，即p 發(fā)生變化，若控制轉子供電頻率做相應變化，可使保持恒定不變，與電網頻率保持一致，實現變速恒頻控制。
            
                                    表1   DFIG 和PMSG結構性能比較  
     摘自《自動化博覽》2010年第九期