變速恒頻雙饋異步發電機的控制策略

摘　要：隨著經濟全球化的發展，人類社會的發展也開始步入新的時代，眾所周知，能源、信息和材料是人類在21世紀走向新文明的三大支柱產業，這三大產業奠定了人類文明發展的基石。尤其是其中的能源產業。能源產業對我國的發展影響更為重要與深遠。而電氣傳動系統作為能源產業的一個重要組成部分，是研究的重中之重。以研究變速恒頻雙饋異步發電機為例進行闡述。

關鍵詞：變速恒頻；發電機；同步；勵磁

一、變速恒頻雙饋異步發電機研究的背景

由于人們對大自然的過度開采，造成了今天地球上的環境污染日益嚴重，礦產資源也日益短缺。鑒于這種情況越來越嚴重，世界上各個國家都開始開發和發展新能源——可再生的綠色能源。當然，也包括我國。而風能作為一個可再生、無污染、可循環使用的新能源已被各個國家所利用與開發［4］。

變速恒頻雙饋異步發電機就是運用了風能。

二、變速恒頻雙饋異步發電機工作的原理

日前，在主流的風力發電機系統中，大多都采用的是變速恒頻的控制方式。并且一般都采用的是雙饋電機或者永磁同步電機來作為風力發電機的。

1.雙饋的運行原理。“雙饋”的意思和含義就是分別從電機的定、轉子雙向饋電，由于雙饋電機由轉子提供交流勵磁，因而也被稱為異步化同步電機或者是交流勵磁同步電機。雙饋調速是指將雙饋電機的定子繞組直接接到工頻電源上，轉子組接到一個幅值、頻率、相序和相位都可以調節的變頻電源上。

由于變頻電源的控制方式有所不同，所以雙饋調速也可以劃分為自控式調速和他控式調速。他控式調速在工作中通過專門的頻率給定裝置獨立控制變頻器的輸出功率。而自控式則是由轉子側逆變器的頻率通過系統的調節，然后根據運行的狀態進行自動控制的。這就是變速恒頻雙饋異步發電機運行的原理。

2.勵磁控制系統的基本功能。為滿足雙饋發電機低于同步速、等于同步速和高于同步速運行的各種工況要求，向轉子繞組饋電的雙向變頻器應買足輸出電壓（或者電流）的頻率、幅值、相序和相位的可調。通過控制勵磁電流的幅值和相位可以調節發電機的無功功率；通過控制勵磁電流的頻率可調節發電機的有功功率；通過風力機變槳距控制與發電機勵磁控制相結合，可按最佳運行方式調節發電機的轉速[1]。

三、變速恒頻雙饋異步發電機控制的意義

1.由于雙饋電機所使用到的轉子的側逆變頻電源只能調節轉差能量，所以在調速范圍比較小的情況下，轉差的能量在整個電機中所占的比重是相對較小的。這就可以降低調速系統的成本。

2.變速恒頻雙饋異步發電機它的結構構成簡單、運行起來可靠、制造起來也容易、價格也不高等等的優點，使得變速恒頻雙饋異步發電機廣泛地應用于工農業生產之中。它還能夠對定子側的功率因數進行有效的調節，這樣就使得變速恒頻雙饋異步發電機可以在很高的功率因數的狀態下運行，甚至可以向電網發出無功功率。變速恒頻雙饋異步發電機的這種做法對于整個電網的穩定性都起到了積極的影響。

3.變速恒頻雙饋異步發電機在雙饋條件的應用下，改變了整個能源系統的整體的性能。還充分利用了線繞型感應電機的結構特點。

4.雙饋電機集中了同步電動機和感應電動機兩者的特點，由于變速恒頻雙饋異步發電機能在次同步速至超同步速的較大范圍內都可以發出交流電，并且還是頻率穩定的交流電的這個特性，所以變速恒頻雙饋異步發電機與電網是柔性的連接。這樣就會使得電網在發生擾動時，變速恒頻雙饋異步發電機可以通過快速改變側頻率的方法來迅速改變轉速，能充分地利用到轉子的功能，以此來釋放或者吸收能量。就可以達到彌補電網由于擾動而失去的能源這樣一個目的　[2]。

四、變速恒頻雙饋異步發電機控制的策略

1.變速恒頻控制。雙饋風力發電機的變速恒頻控制，就是根據風力轉速的變化相應地控制轉子勵磁電流的頻率，使雙饋發電機輸出的電壓頻率與電網保持一致。實現變速恒頻控制可以采取兩種方法，即有轉速傳感器和無轉速傳感器的變速恒頻控制。前者控制相對容易，但是需要光電編碼器，而后者控制技術稍微復雜些。

2.恒定電壓控制。當定子繞組開路，雙拼發電機作空載運行時，定子繞組電壓頻率如果是恒定值的話，那么就要求在不同的轉速下只要保持轉子繞組勵磁電流值不變，便可使定子繞組端的電壓保持不變。

然而，當發電機負載運行時，由于定子繞組電阻和漏電抗壓降，以及由于定子電流電樞反應磁場的影響，即使轉子勵磁電流不變，每極磁通和定子繞組端電壓也不再是常數。為了保持在不同運行狀態下發電機端電壓的恒定，那么就需要電壓反饋調節轉子勵磁電流實現閉環恒壓控制。

實驗表明，雙饋發電機輸出電壓采用閉環控制后，轉速由1300　r/min增加到1480　r/min，定子繞組輸出電壓僅僅變化了0.2v ［3］。

3.雙饋發電機的并網控制。在勵磁控制系統中，并網前用電壓傳感器分別檢測出電網和發電機電壓的頻率、幅值、相位和相序，通過雙向變流器調節轉子勵磁電流，使發電機輸出電壓與電網相應電壓頻率、幅值及相位一致，滿足并網條件時自動并網運行。

4.三態轉換控制。在亞同步運行時，變頻器向轉子繞組饋入交流勵磁電流，同步速運行時變流器向轉子繞組饋入直流電，而超同步速運行時轉子繞組輸出交流電通過變流器饋入電網。當亞同步、同步和超同步三種不同運行狀態的動態轉換是變速恒頻雙饋風力發電機勵磁控制的一項關鍵技術。

五、結論

本文針對變速恒頻雙饋異步發電機系統進行了理論上的描述，而實現變速恒頻雙饋異步發電機的運行則需要進行仿真的研究，理論要運用到實踐中去。而這些理論也是從實踐中得來的。這些理論的描述，滿足了大家對變速恒頻雙饋異步發電機了解的需要，為以后更好地控制變速恒頻異步發電機做好了充分的理論準備。

參考文獻：

［1］張強，梁維燕，鄒繼斌.變速恒頻發電機的勵磁系統［J］.大電機技術，2004（06）.

［2］李輝，韓力，何蓓.雙饋發電機最大風能捕獲和轉換策略的仿真［J］.系統仿真學報，2007（15）.

［3］朱振東.發電機交流勵磁變速運行研究［M］.杭州：浙江大學，1996.

［4］楊文白，任艷林.2005年世界各國風電發展回顧［J］.世界環境，2006（02）.

（作者單位　江蘇電大武進學院）