双馈风力发电机的基本组成

测试技术与检测设备ξEM

CA

2008,35(1)

双馈调速技术在双馈风力发电机试验中的应用

和小林,　赵继敏

(上海交通大学,上海　200030)

　　摘　要:目前国内尚未制定统一的变速恒频双馈风力发电机(以下简称双馈发电机)负载试验方法。根据双馈发电机的应用特点以及相关的国内外标准,结合双馈调速技术,采用了发电机并网试验的方法。通过验证该方法是切实可行的。

关键词:变速恒频;双馈风力发电机;并网试验;同步发电机;异步发电机

中图分类号:TM306∶TM315　　文献标识码:A　文章编号:167326540(2008)01200462ApplicationofDoublyFedSpeedFed

WindXlin,i2min

Shanghai200030,China)

　　tpisn’uniformstandardofloadtestmethodforVSCFdoublyfedwindpowergenerator

(theffedgeneratorforshort)inourcountry.Weadoptgridconnectionloadtestmethodac2cordingtoapplicationfeatureofdoublyfedgenerator,re

测试技术与检测设备ξEM

CA

2008,35(1)

双馈调速技术在双馈风力发电机试验中的应用

和小林,　赵继敏

(上海交通大学,上海　200030)

　　摘　要:目前国内尚未制定统一的变速恒频双馈风力发电机(以下简称双馈发电机)负载试验方法。根据双馈发电机的应用特点以及相关的国内外标准,结合双馈调速技术,采用了发电机并网试验的方法。通过验证该方法是切实可行的。

关键词:变速恒频;双馈风力发电机;并网试验;同步发电机;异步发电机

中图分类号:TM306∶TM315　　文献标识码:A　文章编号:167326540(2008)01200462ApplicationofDoublyFedSpeedFed

WindXlin,i2min

Shanghai200030,China)

　　tpisn’uniformstandardofloadtestmethodforVSCFdoublyfedwindpowergenerator

(theffedgeneratorforshort)inourcountry.Weadoptgridconnectionloadtestmethodac2cordingtoapplicationfeatureofdoublyfedgenerator,re

基于Matlab的由双馈风力发电机组成的风电场仿真

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真

这里仿真的对象是一个由6台1.5Mw双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。有2300kV，2MVA的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。风电机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。利用Matlab/Simulink建模并进行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。

一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介

双馈式异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator)包含有：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT的交-直-交PWM变频器。定子绕组直接连接到频率为60Hz的电网，转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。而在狂风的情况下，可以使风机承受最小的机械压力。在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。当

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真

这里仿真的对象是一个由6台1.5Mw双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。有2300kV，2MVA的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。风电机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。利用Matlab/Simulink建模并进行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。

一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介

双馈式异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator)包含有：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT的交-直-交PWM变频器。定子绕组直接连接到频率为60Hz的电网，转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。而在狂风的情况下，可以使风机承受最小的机械压力。在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。当然这些能量都是同风速成比例的。在风速低于10

基于Matlab的由双馈风力发电机组成的风电场仿真

基于Matlab的双馈异步风力发电机风电场仿真

这里仿真的对象是一个由6台1.5Mw双馈异步风力发电机组组成的9MW的风电场。这个风电场连接着一个25kV的分布式发电系统，它的电能通过35km长，电压等级为25kV的馈线（B25）输入到120kV的电网上。有2300kV，2MVA的用电设备也同样连接在B25这条馈线上。这些用电设备包括一台1.68MW的异步电动机和200kW的阻性负载。风电机和电动机负载都有保护系统控制着电压、电流和电动机转速。利用Matlab/Simulink建模并进行了三个方面仿真，其简化示意图及仿真模块图形见附录1。

一、双馈式风力发电机及其仿真模型简介

双馈式异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator)包含有：一个绕线式转子的异步发电机和一个基于IGBT的交-直-交PWM变频器。定子绕组直接连接到频率为60Hz的电网，转子通过交-直-交变频器的反馈来调节频率。双馈电机技术可以使风力发电机组在低风速情况下，通过优化风机转速，从风吸收最大的能量。而在狂风的情况下，可以使风机承受最小的机械压力。在给定风速的情况下，最优的驱动速度产生最大的机械能。当

第42卷第1期2012年1月

东南大学学报（自然科学版）

JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY（NaturalScienceEdition）

Vol．42No．1Jan．2012

doi：10．3969/j．issn．1001－0505．2012．01．011

变速恒频双馈风力发电机并网的复合控制

周明明

李世华

（东南大学自动化学院，南京210096）

（东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，南京210096）

摘要：针对变速恒频风力发电机并网系统，提出了一种基于终端滑模和扩张状态观测器的转子

而且使得状电流复合控制方法．终端滑模控制不仅可以使得系统状态在有限时间内到达滑模面，

q轴电流在有限时间内态在有限时间内沿着滑模面收敛到平衡点，使得发电机转子的d轴电流、

到达参考值，实现快速收敛和更好的跟踪精度．采用扩张状态观测器观测出系统扰动并进行前馈补偿，这有利于减小终端滑模控制所需要的切换增益而削弱可能的抖振现象，使系统得到更平滑的定子电压波形．仿真结果表明，该复合控制策略对参数摄动和扰动具有更强的鲁棒性，并网系统具有优良的动态性能．

关键词：风力发电机；双馈发电机；空载并网；终端滑模控制；扩张状态观测器中图分类号：TM351

文献标志码：A

第42卷第1期2012年1月

东南大学学报（自然科学版）

JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY（NaturalScienceEdition）

Vol．42No．1Jan．2012

doi：10．3969/j．issn．1001－0505．2012．01．011

变速恒频双馈风力发电机并网的复合控制

周明明

李世华

（东南大学自动化学院，南京210096）

（东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，南京210096）

摘要：针对变速恒频风力发电机并网系统，提出了一种基于终端滑模和扩张状态观测器的转子

而且使得状电流复合控制方法．终端滑模控制不仅可以使得系统状态在有限时间内到达滑模面，

q轴电流在有限时间内态在有限时间内沿着滑模面收敛到平衡点，使得发电机转子的d轴电流、

到达参考值，实现快速收敛和更好的跟踪精度．采用扩张状态观测器观测出系统扰动并进行前馈补偿，这有利于减小终端滑模控制所需要的切换增益而削弱可能的抖振现象，使系统得到更平滑的定子电压波形．仿真结果表明，该复合控制策略对参数摄动和扰动具有更强的鲁棒性，并网系统具有优良的动态性能．

关键词：风力发电机；双馈发电机；空载并网；终端滑模控制；扩张状态观测器中图分类号：TM351

文献标志码：A

第七章 双馈风力发电机工作原理

我们通常所讲的双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转

子都能向电网馈电，故简称双馈电机。双馈电机虽然属于异步机的范畴，但是由于其具有独立的励磁绕组，可以象同步电机一样施加励磁，调节功率因数，所以又称为交流励磁电机，也有称为异步化同步电机。

同步电机由于是直流励磁，其可调量只有一个电流的幅值，所以同步电机一般

只能对无功功率进行调节。交流励磁电机的可调量有三个：一是可调节的励磁电流幅值；二是可改变励磁频率；三是可改变相位。这说明交流励磁电机比同步电机多了两个可调量。

通过改变励磁频率，可改变发电机的转速，达到调速的目的。这样，在负荷突

变时，可通过快速控制励磁频率来改变电机转速，充分利用转子的动能，释放或吸收负荷，对电网扰动远比常规电机小。

改变转子励磁的相位时，由转子电流产生的转子磁场在气隙空间的位臵上有一

个位移，这就改变了发电机电势与电网电压相量的相对位移，也就改变了电机的功率角。这说明电机的功率角也可以进行调节。所以交流励磁不仅可调节无功功率，还可以调节有功功率。

交流励磁电机之所以有这么多优点，是因为它采用的是可变的交流励磁电流。

但是，实现可变交流励磁电流的控制是比较困难的，本章的主要内

浅析风力发电机组

一．引言

随着全球化石能源的枯竭和供应紧张以及气候变化形势的日益严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性，风能作为清洁可再生能源之一，受到了各国的高度重视，世界风电产业也因此得到了迅速发展。中国风能资源十分丰富：陆上和近海可供开发和利用的风能储量分别为2.53亿千瓦和7.5亿千瓦,具有发展风能的潜力和得天优厚的优势。在未来的能源市场上，充分开发和挖掘这一潜力和优势，将有助于持续保持本国的能源活力和维持经济的可持续发展。在开发利用风能的过程中，风电场的建设是其必须的环节，而风电机组的应用又是建设风电场的重中之重。

二．风力发电机组的分类

（1）风力发电机组类型按容量分

容量在0.1~1kW为小型机组,1~100kW为中型机组,100~1000kW 为大型机组 ,大于10000kW 为特大型机组。

（2）风力发电机组类型按风轮轴方向分

水平轴风力机组：风轮围绕水平轴旋转。风轮在塔架前面迎风的称为上风向风力机，在塔架后面迎风的称为下风向风力机。上风向风力机需利用调向装置来保持风轮迎风。

垂直轴风力机组：风轮围绕垂直轴旋转，可接收来自任何方向的风，故无需对风。垂直轴风力机又分为利用空气动力的阻力作功和利用翼型的升力作功两个主要

1.5MW双馈式风力发电机组 全功率试验平台方案

1、建立全功率试验平台的目的和意义

双馈式风力发电机组全功率试验平台是指在地面上建立针对双馈式风力发电机组进行各种型式试验的功率试验平台，该试验平台要求能够达到风力发电机组的1.5MW额定功率输出。在该试验平台上可以对风力发电机组的齿轮箱、发电机、变流器、控制系统等部件进行全面的试验，检验各部件是否能够达到标准和规范的要求，避免部件质量缺陷；针对风力发电机组初期样机进行设计技术和控制算法验证，促进技术的消化吸收，避免设计缺陷；作为开发平台进行新机型开发或新部件研发替代的性能测试试验；作为系统调试的平台，可以进行调试以及调试运行人员的培训平台；还可以进行后期批量生产时的抽检试验。

由于风力发电机组应用环境的恶劣程度以及对机组20年长寿命、高可靠性和安全性的特殊要求，风力发电机组的重要部件如齿轮箱、发电机等的制造技术成为了风力发电机组的难点。同时融合了现代电力电子技术和现代控制理论的风力发电机组变速和变桨距控制也成为风力发电的关键技术和难点。由于国内风力发电行业起步较晚，技术水平相对国外比较落后。目前国内只掌握MW级以下失速型风力发电机组的设计和制造技术，MW级以上