由于凸极式发电机转子的纵轴与横轴不对称，其电抗xd≠xq。凸极式发电机在给定运行方式下的相量图如图13-14所示。我们看到，凸极式发电机的功率特性，与隐极发电机不同，它多了一项与发电机电势Eq，即与励磁无关的两倍功角的正弦项，该项是由于发电机纵、横轴磁阻不同引起的，故又称为磁阻功率。......
2025-09-29
双馈式风力发电机控制系统优化
【摘要】：双馈发电机用于风力发电，较同步发电机其风力机转速可以有较宽的变化范围，有利于风力机的最佳输出功率追踪，提高风能利用效率，是目前国内外大功率风力发电机组的主流机型。双馈发电机风力发电系统转子交流励磁电源频率为转差频率，低于发电机定子电源频率，因此可以使用由晶闸管组成的AC-AC变流器，或由IGBT组成的双PWM控制AC-DC-AC变流器。图8.8 电网电压定向控制由双PWM控制变流器组成的双馈发电机主电路如图8.9所示。图8.9 双馈发电机主电路
双馈电机定子和转子结构与绕线转子异步电机相同，与一般绕线转子异步电机不同是，转子绕组通过集电环和电刷加入交流励磁，电机的工作状态可以通过转子交流励磁的幅值、频率和相位控制。双馈电机有五种工作模式（参见图3.33），风力发电工作在次同步速发电和超同步速发电两种模式。双馈发电机用于风力发电，较同步发电机其风力机转速可以有较宽的变化范围，有利于风力机的最佳输出功率追踪，提高风能利用效率，是目前国内外大功率风力发电机组的主流机型。
双馈发电机风力发电（Doubly Fed Induction Generator，DFIG）系统转子交流励磁电源频率为转差频率，低于发电机定子电源频率，因此可以使用由晶闸管组成的AC-AC变流器，或由IGBT组成的双PWM控制AC-DC-AC变流器。这两种变流器都可以实现变频、调压和电能的双向流动。晶闸管交-交变流器变频范围一般在1/3电网频率以下，所用的晶闸管多、谐波大，现在已较少使用。由IGBT组成的双PWM变流器，所用管子少、谐波小，多为风力发电系统采用。
图8.8 电网电压定向控制(https://www.chuimin.cn)
由双PWM控制变流器组成的双馈发电机主电路如图8.9所示。双馈发电机定子直接连接电网，转子经双PWM变流器和变压器连接电网，定子电压us的频率f1是固定的，定子磁链的幅值和旋转速度也是恒定的，电机是由双PWM变流器提供的转子励磁电流控制。PWM变流器可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态。工作在整流状态时电能从交流端流入，从直流端流出，工作在逆变状态时电能从直流端流向交流端。双馈发电机在次同步速发电时，转子侧变流器工作在整流状态，网侧变流器工作在逆变状态，转子转差功率从转子流出，经转子侧变流器和网侧变流器流向电网；在超同步速发电时，网侧变流器工作在整流状态，转子侧变流器工作在逆变状态，向转子注入转差功率。控制转子侧变流器流出或注入的转差功率，就可以控制双馈发电机工作在次同步发电状态还是超同步发电状态。在次同步发电状态，双馈发电机转速低于同步转速，在超同步发电状态，双馈发电机转速高于同步转速，因此控制转子侧变流器的转差功率和功率流向也就控制了双馈发电机的转速。由于转子侧变流器无论是工作在整流状态还是逆变状态，都需要有稳定的直流电压Udc，因此网侧变流器的作用应保持直流环节电压Udc的稳定。即当转子侧变流器工作在整流状态时电容充电，电压Udc有升高趋势，网侧变流器就工作在逆变状态，将直流变为交流，向电网输出电能，以保持Udc不变；当转子侧变流器工作于逆变状态时，电容电压Udc有下降趋势，网侧变流器就向电容注入电能，工作在整流状态，以保持Udc不变。双馈发电机转子变流器控制的是转差功率，变流器容量一般为发电机容量的30%左右，较同步发电机使用的全功率变流器容量小、成本低，这也是它受制造商和用户青睐的原因之一。
图8.9 双馈发电机主电路
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2025-09-29
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