恩德风机运行规程 - 图文(8)

fs为定子电压频率； Ps为电机定子的极对数； Pr为电机转子的极对数； nr为双馈发电机的转速； fr为转子励磁电流频率。

由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节fr，可使fs保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制。双馈异步发电机在形式上和绕线转子电动机是一致的，要实现风力发电机组的变速恒频发电控制，转子绕组经过滑环，由双馈变频器提供交流励磁，双馈变频器由电网供电。 8.2.2 双馈发电机工作方式

带滑环三相双馈异步发电机的转子与变频器连接可向转子回路提供可调频率的电压，这样输出转速可以在同步转速±30%的范围内调节。在亚同步运行模式下，电能通过变频器、转子回路、定子回路再反馈至电网中。在超同步运行模式下，大约有80%的电能可以通过定子输送给电网，其余的可通过转子和变频器输送到电网。通过变频器和发电机之间的反馈，可以使发电机频率无论是在亚同步运行模式下还是在超同步运行模式下中都能够与电网频率保持一致。 （1）亚同步状态，转子的机械转速小于发电机的同步转速（0

变频器对双馈异步发电机的转子进行励磁的最终目的，就是在转子绕组中产生一个旋转的磁场，这个磁场的转速和转子的机械转速合成为发电机的同步转速。使异步发电机像同步发电机一样运行。此时的电能流动关系是，变频器给转子供电，电能由电网流向转子，再由转子感应定子将电能反馈到电网。 （2）同步状态，转子的机械转速等于发电机的同步转速（S=0）。

双馈变频器给转子以直流励磁，此时双馈异步发电机就是同步发电机运行模式。除了转子绕组的一些损耗外，机械能全部转化为电能从定子输出到电网。 （3）超同步状态，转子的机械转速大于发电机的同步转速（S<0）。

此时发电机定子和转子都处于发电状态，转子侧变流器处于整流状态，网侧变流器处于逆变状态。转子发出的电能输送给电网。 8.2.3 变频器工作原理

变频器采用交直交形式，两边各有一个PWM变流器，和电网连接的一侧称为网侧变流器，和转子连接的一侧称为转子侧变流器，中间使用直流环节将网侧变

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流器与转子侧变流器连接起来。变流器可以实现整流和逆变两种功能。功率元件使用IGBT。中间回路使用电容建立直流环节。

图29 变频器工作原理图

电网的三相交流电经过网侧变流器整流，在中间环节建立起来直流电压。此时转子侧变流器处于逆变状态，将中间直流电压逆变为三相交流电压，输出给转子绕组进行励磁。

“双馈”其本意是能量的双向反馈，第一种形式是电网给变频器供电，变频器对转子绕组进行励磁。能量的流向是从电网流向转子。另外一种形式是发电机转子处于发电状态，向变频器输出能量，此时转子侧变流器处于整流状态，中间直流环节不变。网侧变流器处于逆变状态，将中间直流母线电压逆变为和电网电压幅值和频率一致的交流电，将电能反馈给电网。

Nordex1.5MW系列风机使用SEG变频器，变频器的工作流程如下： （1）直流母线预充电

当发电机转速达到变频器开始励磁转速（大约1250rpm）时，变频器通过直流充电单元单独给直流母线DC-link充电。此时，直流母线电压可以达到180VDC。

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图 30 直流母线预充电

（2）发电机侧变流器励磁

发电机机侧变流器把直流母线电能逆变为交流电流，转子侧的励磁电流使发电机定子产生感应电压。定子侧的感应电源通过网侧变流器整流，给直流母线充电。机械能经过能量转换，直流母线电压可以很快上升到930VDC。

图 31 机侧变流器励磁过程

（3）发电机旁路运行

发电机侧变流器与网侧变流器一起调节励磁过程，使直流母线单元达到工作电压1100VDC，发电机定子侧满足同期，此时发电机等待并网指令，此过程为发电机旁路运行。

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图 32 发电机旁路运行

（4）亚同步发电模式

亚同步发电时，网侧变流器需要从电网取一部分电能用来给直流单元充电，机侧变流器再把直流单元的电能用来给发电机励磁。

图 33 亚同步发电

（5）同步发电

同步发电时，励磁系统只需要从电网取很小一部分能量。

图 34 同步发电

（6）超同步发电

超同步发电时，转子侧吸收转子感应的电能，把多余的能量通过直流母线单

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元、网侧变流器，直接送到电网。

图 35 超同步发电

8.3 变桨系统控制原理 8.3.1 变桨控制器工作原理

变桨控制器通过滑环接收风机主控器发出的控制指令（RS232通讯），并将变桨角度信号分配至三个轴箱。轴箱内各自独立的整流装置根据变桨控制器发来的信号驱动直流电机。直流电机通过齿轮箱、小齿轮、变桨轴承内齿，将叶片旋转至设定的角度。

每个轴箱对应一组直流电池组，在正常情况下，由轴箱内的变流器控制直流变桨电机，实现风机的启动、停机以及叶片的转速控制。在紧急情况下，变桨电机切换至电池组供电，并会以最快转速旋转到92度，此时，限位开关触发，断开变桨电机的电源输入，实现风机急停。 8.3.2 功率控制

风机主控制器WP3100根据该机型内部出厂设定的发电机扭矩与发电转速的曲线特性，通过调节叶片的变桨角度，控制发电机转速，实现功率控制。

在部分负荷时，发电机功率输出少于额定功率，此时叶片变桨角度为零。发电机转速的变化依赖于风速的变化，风速的大小直接影响到发电机功率输出。在额定负荷区域，发电机所处区域的风速将大于额定风速，发电机在额定扭矩下工作，主控制器根据风速的变化，调节叶片变桨角度，控制发电机额定转速输出。此时，转子的转动惯量起一个能量缓冲器的作用，降低了发电机转速调节的响应时间。

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