雙饋發(fā)電機(jī)介紹

工作原理

雙饋異步發(fā)電機(jī)是指將定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接入兩個(gè)獨(dú)立的三相對(duì)稱電源,定子繞組接入工頻電源,轉(zhuǎn)子繞組接入頻率、幅值、相位都可以按照要求進(jìn)行調(diào)節(jié)的交流電源,即采用交～直～交或交～交變頻器給轉(zhuǎn)子繞組供電的結(jié)構(gòu),如圖所示。其中,轉(zhuǎn)子外加電壓的頻率在任何情況下必須與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率保持一致,當(dāng)改變轉(zhuǎn)子外加電壓的幅值和相位時(shí)即可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速及定子的功率因數(shù)。系統(tǒng)原理圖

因此,若設(shè)n1為對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)頻率為50Hz(f1=50Hz)時(shí)異步發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速）,而n為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身的旋轉(zhuǎn)速度,則只要維持n+n2=n1為常數(shù),則異步電機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)的頻率始終維持為f1不變。f2=p(n1-n)/60=pn1/60×(n1-n)/n1=sf1?？梢?在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),只要在轉(zhuǎn)子繞組中通入滑差頻率(sf1)的電流,則在異步電機(jī)的定子繞組中就能產(chǎn)生50Hz的恒頻電勢(shì)。

運(yùn)行狀態(tài)及功率傳遞關(guān)系

異步發(fā)電機(jī)相量圖。E2′—S=1時(shí)歸算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);SE2

′—轉(zhuǎn)差率為S時(shí)歸算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);?2′—折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子外加電壓

當(dāng)在轉(zhuǎn)子繞組中串入頻率與其感應(yīng)電勢(shì)的頻率相同、相位與幅值可調(diào)電壓?2后,通過改變串入電壓?2與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相角關(guān)系及其幅值大小,即可將異步發(fā)電機(jī)調(diào)整為超同步發(fā)電機(jī)、亞同步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)三種狀態(tài)。其中,適當(dāng)調(diào)整轉(zhuǎn)子外加電壓?2與E2S

的相位關(guān)系時(shí)可提高電機(jī)的功率因數(shù)、改善電網(wǎng)特性。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率傳遞關(guān)系如下:(1)亞同步發(fā)電區(qū)(1>S>0):在此種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n<n1同步轉(zhuǎn)速,由滑差頻率為f2的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同,因此n+n2=n1。此時(shí)的電磁功率Pem<0,由電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率Ps<0,由電網(wǎng)通過變頻器提供給轉(zhuǎn)子繞組,電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為(1-S)Pem,如圖。(2)超同步發(fā)電區(qū)(S<0):在此種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>n1同步轉(zhuǎn)速,改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為f2的電流相序,則其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n2的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反,因此有n-n2=n1。為了實(shí)現(xiàn)n2反向,在由亞同步運(yùn)行轉(zhuǎn)向超同步運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子三相繞組必須能自動(dòng)改變其向序;反之,也是一樣。此時(shí)的電磁功率Pem<0,由電機(jī)定子繞組饋入電網(wǎng)；轉(zhuǎn)差功率PS>0,由轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)變頻器將其饋入電網(wǎng),電機(jī)實(shí)際發(fā)電功率為(1+|S|)Pem,如圖。

與基本恒速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比較,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有以下主要特點(diǎn):

發(fā)電機(jī)可以在超同步和亞同步速?gòu)V泛區(qū)域內(nèi)運(yùn)行,而且功率因數(shù)可以調(diào)節(jié),整個(gè)系統(tǒng)具有較好的特性。(2)通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓的頻率、幅值、相位等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻功能。由電機(jī)學(xué)原理可知,異步電機(jī)頻率具有下述關(guān)系:

f1=fm

±fR

(超同步時(shí)取-,亞同步時(shí)取+);

f1

—定子電壓頻率;

fm

—主軸傳動(dòng)的機(jī)械頻率;

fR—電機(jī)工作的轉(zhuǎn)差頻率。

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度變化時(shí),只要相應(yīng)地改變轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的頻率,即可使定子頻率為一常數(shù),實(shí)現(xiàn)變速恒頻功能。(3)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)和風(fēng)力機(jī)的功率特性可獲得最佳匹配。圖為不同風(fēng)速時(shí)風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。變頻器容量的選擇

根據(jù)實(shí)際風(fēng)速的要求和風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍較窄的特點(diǎn),電機(jī)轉(zhuǎn)速一般為(0.7-1.3)

倍額定轉(zhuǎn)速,即電機(jī)轉(zhuǎn)差功率在±35%Pem之間。轉(zhuǎn)差功率大小決定了變頻器容量的大小,因此,雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器容量?jī)H為發(fā)電機(jī)功率的1/4～1/3。適用范圍

由于風(fēng)力機(jī)及電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)適用范圍一般選定在下述范圍內(nèi):功率:300～3000kW電壓:400～690V(常用)功率因數(shù):0.9(滯后)～0.9(超前)轉(zhuǎn)差率:±25%(最大±35%)雙饋式風(fēng)力機(jī)是目前世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電的研究熱點(diǎn)之一,我國(guó)已有部分地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)開始使用這種風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的恒速風(fēng)力機(jī),其性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:控制轉(zhuǎn)子電流就可以在大范圍內(nèi)控制電機(jī)轉(zhuǎn)差、有功功率和無(wú)功功率,參與系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;

不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置;可以追蹤最大風(fēng)能,提高風(fēng)能利用率;(4)降低輸出功率的波動(dòng)和機(jī)組的機(jī)械應(yīng)力;

從上面的分析看出,雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)有諸多的優(yōu)點(diǎn),下面介紹1500kW575V樣機(jī)的技術(shù)要點(diǎn):

型式:三相繞線型異步發(fā)電機(jī)

規(guī)格:YRKK50061500kW575V(暫用電動(dòng)機(jī)的型號(hào))

雙反饋發(fā)電運(yùn)行時(shí)的電氣性能：

額定功率:1501kW

額定轉(zhuǎn)速:1440r/min

額定效率