简述双馈式异步风力发电机基本工作原理

　　

　　双馈式异步发电机属于绕线型电机的一种，分析其基本构成，均由定子以及转子两大基础结构组成，通过将定子和转子连接到电网上，实现能量的转化。

　　

　　

　　对双馈式异步发电机的特点进行分析，双馈实际上就是指在该发电机中由电网负责提供定子绕组所需电压，而转子绕组所需能量则来自于变频器。一般根据双馈式异步发电机的最大转差功率数值选择其变频器容量，大部分异步发电机的最大转差功率处于25%～35%范围内，所以通常选择容量大概等于1/3～1/4发电机总容量的变频器，从而有效节约系统开发成本，此外通过这一方式还可实现变速恒频的目的，有效调节控制有功和无功功率。

　　

　　

　　在双馈式异步发电机中，无论是定子部分还是转子部分均与电网相连，并且相互之间可以实现能量传递与转换，但是前者和电网直接连接，而后者则是经由变频器间接与电网连接。以我司生产的苜蓿台风电场Vestas V80-2.0MW机组作为研究对象进行相应分析，在该发电机中，风机叶片可以有效时间风能到机械能的转换，当有风吹过叶片时，可以将推动叶片转动，进而产生机械转矩，其在系统中可经由主轴传动链进行传递，在通过齿轮箱处时，速度被进一步增加至异步发电机并网转速，此时即可借助变频器转子侧交流电源产生励磁反应，然后定子侧形成的电能可通过系统传动链输送到电网中，若其速度大于发电机同步转，能够同时驱动转子发生转动，使其转换到发电状态，所产生的电能可通过变频器传输给电网。通常情况下定子端的电力参数较为稳定，不会进行改变，但会根据实际情况的不同借助脉宽调制器调控转子端电力参数。

Vestas V80-2.0MW发电原理拓扑图

　　

　　

　　基于定子以及转子磁场转动速率间所具有的联系可将双馈异步式发电机的运行模式划分成下述三种类型：

　　

　　1.超同步模式。该工作模式下，定子磁场转速相较于转子而言略低一些，因此定子运动产生的功率略低于转轴输出功率，还有一部分来自于转子。所以在该模式下转子和定子均可得到充分利用，共同工作实现能量转换并将所得电能输送给电网。因此也将其称之为额定风速下发电机的满发工作模式。

　　

　　2.同步模式。该工作模式下，转子和定子的磁场转动速度相同，因此转轴输出功率全部由定子提供，而转子不负责提供功率，仅借助变频器输出励磁电流，转子、转轴以及定子处于相同转动状态，同步工作。

　　

　　3.亚同步模式。若定子磁场转动速度明显超过转子，则定子运动产生的功率会略大于转轴输出功率，在这种工作模式下，电网需要借助变频器为转子回路供给电能，而电能输送任务由定子所在电路一方承担。这种工作模式又叫做补偿发电模式。

　　

　　双馈式风力发电机兼具传统同步发电机以及异步发电机的优势，有效弥补二者不足，可以稳定、持续、可靠的向电网输送电能。随着相关技术以及工艺逐渐优化与完善，这类发电机也在风力发电领域发挥着重要的作用。