双馈感应风力发电系统

1、双馈感应风力发电机系统摘要：随着风力发电中电力电子技术的发展，大容量的变速恒频风力发电系统逐渐成为了风力发电技术的发展 方向之一，且技术也逐渐趋于成熟，而采用双馈异步发电机的双馈型的变速恒频风力发电机组是该系统中的主 流机型，所以掌握其原理和运行特性具有很重要的意义。对双馈感应风力发电系统的运行原理和特点进行了介 绍，并使用MATLAB对系统进行仿真，进而直观地反映并验证其运行特性。通过MATLAB仿真分析可知，在风速低于额定风速时，通过整流器及逆变器来控制发电机的电磁转矩，实现 对风力机的转速控制，通过调节发电机转子转速，尽可能保持最佳叶尖速比以捕获最大风能，同时稳定发电机 输出电能的频率，

2、而在此过程中，随着风速的增加，发出的有功功率也在增加；在风速高于额定风速时，通过 变浆距系统改变浆叶节距来调节机组的转速，使其保持恒定或在一个允许的范围内变化，从而调节功率使输出 功率维持在额定功率。关键词：风力发电；发电机系统；双馈感应发电机；运行特性仿真分析DOUBLE-FED INDUCTION GENERATOR SYSTEMAbstract: With the development of the wind power in power electronic technology, the wind power generation systems with the large ca

3、pacity has gradually become the development direction of wind power technology, and the technology of ripe, but also the doubly-fed induction generator has become the mainstream model of this generator system, so the understand of principle and operation characteristics has important implications. T

4、his paper introduced the operating principle and characteristics of doubly-fed induction wind power systems, after that we use of MATLAB simulation system, and then reflected its operating characteristics intuitively.Through MATLAB simulation analysis shows that in the rated wind speed below, the el

5、ectromagnetic torque to generator is controlled by rectifier and inverter, so that we can realize the control of generator rotor speed, and maintain the best possible maximum wind to capture tip speed, stable the frequency of output power generator, and in the process, with the increase of the wind,

6、 the active power are also on the increase; In the rated wind speed and higher slurry system change by variable pitch slurry to adjust the speed of the unit, and keep them in a constant or allow the scope changes, which regulates power output power in power rating.Keywords: wind turbines, power syst

7、em, Double-fed induction generator, simulation analysis of operating characteristics0引言随着风力发电中电力电子技术的发展，大容量 的变速恒频风力发电系统逐渐成为了风力发电技 术的发展方向之一，且技术也逐渐趋于成熟，而采 用双馈异步发电机的双馈型的变速恒频风力发电 机组是该系统中的主流机型，所以掌握其原理和运 行特性具有很重要的意义。双馈感应风力发电系统 的运行原理和特点进行了介绍，并使用MATLAB 对系统进行仿真，进而直观地反映并验证其运行特 性。1风力机对发电机及发电系统的一般要求风力发电包含了由风能到机

8、械能和由机械能 到电能两个能量转换过程，发电机及其控制系统承 担了后一种能量转换任务。它不仅直接影响这个转 换过程的性能、效率和供电质量，而且也影响到前 一个转换过程的运行方式、效率和装置结构。因此， 研制和选用适合于风电转换用的运行可靠、效率 高、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发 电工作的一个重要组成部分。在考虑发电机系统的 方案时，应结合它们的运行方式重点解决以下问 题：高质量地将不断变化的风能转换为频率、 电压恒定的交流电或电压恒定的直流电；高效率地实现上述两种能量转换，以降低 每度电的成本；稳定可靠地同电网、柴油发电机及其他发 电装置或储能系统联合运行，为用户提供稳定的电 能。

9、2变速/恒频发电系统这是20世纪70年代中期以后逐渐发展起来 的一种新型风力发电系统，其主要优点在于风轮以 变速运行，可以在很宽的风速范围内保持近乎恒定 的最佳叶尖速比，从而提高了风力机的运行效率， 从风中获取的能量可以比恒速风力机高得多。此 外，这种风力机在结构上和实用中还有很多的优越 性。利用电力电子学是实现变速运行最佳化的最好 方法之一，虽然与恒速恒频系统相比可能使风电转 换装置的电气部分变得较为复杂和昂贵，但电气部 分的成本在中、大型风力发电机组中所占比例不 大，因而发展中、大型变速恒频风电机组受到很多 国家的重视。变转速运行的风力发电机有不连续变 速和连续变速两大类，下面分别作一概要

10、介绍。（1）不连续变速系统 一般说来，利用不连 续变速发电机可以获得连续变速运行的某些好处， 但不是全部好处。主要效果是比以单一转速运行的 风电机组有较高的年发电量，因为它能在一定的风 速范围内运行于最佳叶尖速比附近。但它面对风速 的快速变化）湍流$实际上只是一台单速风力机， 因此不能期望它像连续变速系统那样有效地获取 变化的风能。更重要的是，它不能利用转子的惯性 来吸收峰值转矩，所以这种方法不能改善风力机的 疲劳寿命。（2）连续变速系统 连续变速系统可以通过 多种方法来得到，包括机械方法、电/机械方法、 电气方法及电力电子学方法等。机械方法如采用变 速比液压传动或可变传动比机械传动，电/机械

11、方 法如采用定子可旋转的感应发电机，电气式变速系 统如采用高滑差感应发电机或双定子感应发电机 等。这些方法虽然可以得到连续的变速运行，但都 存在这样或那样的缺点和问题，在实际应用中难以 推广。目前看来最有前景的当属电力电子学方法，这 种变速发电系统主要由两部分组成，即发电机和电 力电子变换装置。发电机可以是市场上已有的通常 电机如同步发电机、鼠笼型感应发电机、绕线型感 应发电机等，也有近来研制的新型发电机如磁场调 制发电机、无刷双馈发电机等；电子电子变换装置 有交流/直流/交流变换器和交流/交流变换器 等。下面结合发电机和电力电子变换装置介绍三种 连续变速的发电系统。同步发电机交流/直流/交流

12、系统其中 同步发电机可随风轮变速旋转，产生频率变化的电 功率，电压可通过调节电机的励磁电流来进行控 制。发电机发出的频率变化的交流电首先通过三相 桥式整流器整流成直流电再通过线路换向的逆变 器变换为频率恒定的交流电输入电网。变换器中所用的电力电子器件可以是二极管、 晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、功率晶 体管（GTR）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。 除二极管只能用于整流电路外，其他器件都能用于 双向变换，即由交流变换成直流时，它们起整流器 作用，而由直流变换成交流时，它们起逆变器作用。在设计变换器时，最重要的考虑是换向，换向 是一组功率半导体器件从导通状态关断，而另一组 器件从

13、关断状态导通。在变速系统中，可以有两种 换向，即自然换向（又称线路换向）和强迫换向。 当变换器与交流电网相联，在换向时刻，利用电网 电压反向加在导通的半导体器件两端使其关断，这 种换向称为自然换向或线路换向。而强迫换向则需 要附加换向器件（如电容器等），利用电容器上的充 电电荷按极性反向加在半导体器件上强迫其关断。 这种强迫换向逆变器常用于独立运行系统，而线路 换向逆变器则用于与电网或其他发电设备并联运 行的系统。一般说来，采用线路换向的逆变器比较 简单、便宜。开关这些变换器中的半导体器件，通常有两种 方式：矩形波方式和脉宽调制（PWM）方式。在矩 形波变换器中，开关器件的导通时间为所需频率的

14、 半个周期或不到半个周期，由此产生的交流电压波 形呈阶梯形而不是正弦形，含有较大的谐波分量， 必须滤掉。脉宽调制法是利用高频三角波和基准正 弦波的交点来控制半导体器件的开关时刻，如图 3-1所示。这种开关方法的优点是得到的输出波形 中谐波含量小且处于较高的频率，比较容易滤掉， 因而能使谐波的影响降到很小。已成为越来越常见 的半导体器件开关控制方法。/hi流波器触发电路.直推分r s驻f，土+6八小纹盛1八+6,小纹波并摩拼L可控硅 式整淹器开关电略电压时间图3-1脉宽调制原理这种由同步发电机和交流/直流/交流变换 器组成的变速恒频发电系统的缺点是电力电子变 换器处于系统的主回路，因此容量较大，

15、价格也较 贵。磁场调制发电机系统这种变速恒频发电 系统由一台专门设计的高频交流发电机和一套电 力电子变换电路组成，图3-2示出磁场调制发电机 单相输出系统的原理方框图及各部分的输出电压 波形。发电机本身具有较高的旋转频率f，与普通同 r步电机不同的是，它不用直流电励磁，而是用频率 为fm的低频交流电励磁（fm即为所要求的输出频 率，一般为50 Hz），当频率7远低于频率f时， 发电机三个相绕组的输出电压波形将是由频率为（f + f ）和（f - f）的两个分量组成的调幅 r mr m波（图中波形b），这个调幅波的包络线的频率是 f ，包络线所包含的高频波的频率是f。将三个 相绕组接到一组并联桥

16、式整流器，得到如图中波形 c所示的、基本频率为f （带有频率为6 f的若干 纹波）的全波整流正弦脉动波。再通过晶闸管开关 电路使这个正弦脉动波的一半反向，得到图中的波 形d。最后经滤波器滤去纹波，即可得到与发电机 转速无关、频率为f的恒频正弦波输出（波形e）。（a）（b）（c）（d）（e）图3-2磁场调制发电机单相输出系统方框图及各部分 输出电压波形与前面的交流/直流/交流系统相比，磁场调制 发电机系统的优点是：第一，由于经桥式整流器后得到的是正弦脉动 波，输入晶闸管开关电路后基本上是在波形过零点 时开关换向，因而换向简单容易，换向损耗小，系 统效率较高。第二，晶闸管开关电路输出波形中谐波分量

17、很 小，且谐波频率很高，很易滤去，可以得到相当好 的正弦输出波形。第三，磁场调制发电机系统的输出频率在原理 上与励磁电流频率相同，因而这种变速恒频风力发 电机组与电网或柴油发电机组并联运行十分简单 可靠。这种发电机系统的主要缺点与交/直/交系统 类似，即电力电子变换装置处在主电路中，因而容 量较大。比较适合用于容量从数十千瓦到数百千瓦 的中小型风电系统。双馈发电机系统 此系统在3、4节中会具 体介绍。3双馈感应发电机系统3.1感应发电机感应发电机也称为异步发电机，有鼠笼型和绕 线型两种。在恒速恒频系统中，一般采用鼠笼型异 步电机。它的定子铁芯和定子绕组的结构与同步发 电机相同。转子采用鼠笼型结

18、构，转子铁芯由硅钢 片叠成，呈圆筒形，槽中嵌入金属（铝或铜）导 条，在铁心两端用铝或铜端环将导条短接。转子不至负莪感应发电机需要外加励磁，没有滑环和电刷，因而其结构简单、 坚固，基本上无需维护。感应电机既可作为电动机运行，也可作为发电 机运行。当作电动机运行时，其转速n总是低于同 步转速n （ n n），则电磁转矩 的方向与旋转方向相反，电机作为发电机运行，其 作用是把机械功率转变为电功率。我们把s称为转 差率，则作电动机运行时s 0，而作发电机运行时 s 0。感应发电机的功率输出特性曲线如图3-3所/示0/发电机!电动机图3-3感应发电机的输出功率特性Tpy由图3-3可以看出，感应发电机的输

19、出功率与 转速有关，通常在高于同步转速3%5%的转速时 达到最大值。超过这个转速，感应发电机将进入不 稳定运行区。感应发电机也可以有两种运行方式，即并网运 行和单独运行。在并网运行时，感应发电机一方面 向电网输出有功功率，另一方面又必须从电网吸收 落后的无功功率。在单独运行时，感应发电机电压 的建立需要有一个自励过程。自励的条件，一个是 电机本身存在一定的剩磁；另一个是在发电机的定 子输出端与负载并联一组适当容量的电容器，使发 电机的磁化曲线与电容特性曲线交于正常的运行 点，产生所需的额定电压，如图3-4所示。图3-4感应发电机单独运行时的自励磁电路及电压建 立过程a）自励磁电路b）电压建立过

20、程图中与磁化曲线不饱和段相切的直线就是临 界电容线，它与横座标轴的夹角P .为tg = U = （3-1）k I wc式中匕为空载时的临界电容。在空载时，要 建立正常电压，必使P ck。也即外 接电容必须大于某一临界值。增加电容量，可使P 角减小，使建立的端电压增高。在负载运行时，一方面由于转差值Is I增大，感 应发电机的优点维持频率f不变，必须相应提高转 子的速度。另一方面还需要补偿负载所需的感性电 流（一般的负载大多是电感性的）以及补偿定子和 转子产生漏磁通所需的感性电流。因此，由外接电 容器所产生的电容性电流必须比空载时大大增加， 也即需要相应地增加其电容值。上述两个要求如果 不能满足

21、，则电压、频率将难以稳定，严重时会导 致电压的消失，所以必须有自动调节装置，否则负 载变化时，很难避免端电压及频率的变化。3.2双馈感应发电机双馈感应发电机是指转子通过双向变频器与 电网连接，可实现功率的双向流动。根据风速的变 化和发电机转速的变化，调整转子电流频率的变 化，实现恒频控制。流过转子电路的功率仅为额定 功率的10%25%，只需要较小容量的变频器，并且 可实现有功、无功的灵活控制。双馈型异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator，简称DFIG）在结构上类似绕线式异步 电机，具有定、转子两套绕组。在控制中，DFIG转 子一般由接到电网上的变换器进行交流励

22、磁。由于 实际上发电机的定、转子都参与了励磁，“双馈” 的含义因此而得。双馈发电机的结构类似绕线型感应电机，其定 子绕组直接接入电网，转子绕组由一台频率、电压 可调的低频电源（一般采用交一交循环变流器）供 给三相低频励磁电流，图3-5给出这种系统的原理 方框图。图3-5双馈发电机系统原理框图当转子绕组通过三相低频电流时，在转子中形 成一个低速旋转磁场，这个磁场的旋转速度2与转 子的机械转速n相叠加，使其等于定子的同步转速rn，即n 土n = n，从而在发电机定子绕组中感应1 r 21出相应于同步转速的工频电压。当风速变化时，转 速n随之而变化。在n变化的同时，相应改变转 子电流的频率和旋转磁场

23、的速度，以补偿电机转速 的变化，保持输出频率恒定不变。系统中所采用的循环变流器是将一种频率变 换成另一种较低频率的电力变换装置，半导体开关 器件采用线路换向，为了获得较好的输出电压和电 流波形，输出频率一般不超过输入频率的三分之 一。由于电力变换装置处在发电机的转子回路（励 磁回路），其容量一般不超过发电机额定功率的 30%。这种系统中的发电机可以超同步运行（转子旋 转磁场方向与机械旋转方向相反，n2为负），也可 以次同步速运行（转子旋转磁场方向与机械旋转方 向相同，n2为正）。在前一种情况下，除定子向电 网馈送电力外，转子也向电网馈送一部分电力；在 后一种情况下，则在定子向电网馈送电力的同时

24、， 需要向转子馈入部分电力。上述系统由于发电机与传统的绕线式感应电 机类似，一般具有电刷和滑环，需要一定的维护和 检修。目前正在研究一种新型的无刷双馈发电机， 它采用双极定子和嵌套耦合的笼型转子。这种电机 转子类似鼠笼型转子，定子类似单绕组双速感应电 机的定子，有6个出线端，其中3个直接与三相电网 相联，其余3个则通过电力变换装置与电网相连。 前3个端子输出的电力，其频率与电网频率一样， 后3个端子输入或输出的电力其频率相当于转差频 率，必须通过电力变换装置（交/交循环变流器） 变换成与电网相同的频率和电压后再联入电网。这 种发电机系统除具有普通双馈发电机系统的优点 外，还有一个很大的优点就是

25、电机结构简单可靠， 由于没有电刷和滑环，基本上不需要维护。DFIG兼有异步发电机和同步发电机的特性，如 果从发电机转速是否与同步转速一致来定义，则 DFIG应当被称为异步发电机；但DFIG在性能上又不 象异步发电机，相反具有很多同步发电机的特点。 例如，异步发电机是通过定子由电网提供励磁，本 身无励磁绕组，而DFIG与同步发电机一样，具有独 立的励磁绕组；异步发电机无法改变功率因数， DFIG与同步发电机一样可调节功率因数。所以DFIG 可称为交流励磁同步发电机，或称为同步感应发电 机，又可称为异步化发电机。实际上，它是具有同 步发电机特性的交流励磁异步发电机，相对于同步 发电机，DFIG具有

26、很多的优越性。同步发电机励磁电流的可调量只有幅值，所以 一般只能调节无功功率。WDFIG实行交流励磁，可 调量有三个：一是励磁电流幅值：二是励磁电流频 率；三是励磁电流相位。由于DFIG励磁电流的可调 量比同步发电机多了两个，控制上更加灵活：改变 转子励磁电流频率，DFIG可以实现变速恒频运行； 改变转子励磁电流的相位，使转子电流产生的转子 磁场在气隙空间上有一个位移，改变了发电机电势 相量与电网电压相量的相对位置，调节了发电机的 功率角，所以交流励磁不仅可调节无功功率，也可 调节有功功率。当发电机吸收无功功率时，往往由 于功率角变大使运行稳定度降低。通过调节交流励 磁的相位，可减小发电机的功

27、率角，使机组的运行 稳定性提高，可更多地吸收无功功率，改善目前由 于晚间负荷下降、电网电压过高的不利局面。由于际 Block Parameters: Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator (Ph.r- Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator (Phasor Type) (aask) (link) 一 This block imDleoents a phasor nodel of a doublyfed induction eenerator driven by a wind turbine.KCa

28、ncelUlpApplyDFIG可以调节励磁电流的相位，达到改变功率角使 发电机稳定运行的目的，所以可通过交流励磁使发 电机吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调 节，解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行 效率、电能质量与稳定性。双馈发电机系统由于电力电子变换装置容量 较小，很适合用于大型变速恒频风电系统。4 3MW双馈风力发电系统的仿真分析4.1 3MW双馈感应发电机系统仿真模型采 用 了 Simulink/SimPowerSystems 中 的 Doubly- Fed Induction Generator 模块对 3MW 双 馈感应发电机系统进行仿真分析。此模块中所用的 双馈发电机组

29、模块如图4-1所示，而该模块的参数 设置对话框见图4-2和图4-3，通过这两个对话框 可对机组的风轮机、发电机、变流装置和控制装置 进行设定。1:iWind (m/s)TripCAm ;CBCC1Wind TurbineDoubly-Fed Induction Generator(Phasor Type)图4-1双馈发电机组模块图中wind输入端要求接到风速模型的输出端， A、B、C端是风力发电机组的电压电流输出端，用 于和电网连接。通过m端可以测量发电机组内部的 诸多参数，如机械转矩和电磁转矩，发电机转速， 发电机电压和电流(定子和转子)以及输出的有功 和无功功率等，具体可参阅帮助文件。Tr

30、ip端用来 控制发电机组的控制系统是否投入，输入1则不投 入，输入0控制系统投入。MATLAB 仿真模型是经过对 Simulink/SimPowerSystems中已有模型的数据进 行重新选定和修改之后得到的，其仿真模型如图 4-4所示，并且模型中选用的一些数据如下所示。图4-2双馈风力发电机组模块的风轮机参数设置对话框图4-3风力发电机组的发电机参数设置对话框本论文采用了国电联合动力1.5MW双馈风力发 电机组的参数。1、发电机参数如下：额定容量 1.5MW额定电压690V额定功率因数0.9极对数 2对发电机额定转速1750r/min2、风轮机参数为:额定功率1500kW叶轮直径77.36m

31、切入风速4m/s额定风速14m/s切出风速25m/s叶轮转速 9.719.5 r/min额定转速 17.4 r/min最优叶尖速比8.5扫风面积4700.3 m2传动比 100.75变流器直流母线电压1200VGianans 1(2x15 MW)-. W 3 JewsTrawnEf r)u70tms |娴-a舸风力发电机并入电网并运行在额定风速14m/S 以下的区域时，风力发电机获得能量并转换成电能 输送到电网。根据机组转速，这一阶段又可分为两 个区域：变速运行区和恒速运行区。当机组转速小 于最大允许转速时，风力发电机组运行在变速运行 区。为了最大限度地获取能量，在这个区域里实行 最大风能追踪

32、控制，机组转速随风速变化相应的进 行调节，确保风力机的风能利用系数Cp始终保持 为最大值Cpmax。当机组转速超过最大允许转速时 进入恒转速区。在这个区域内，为了保护机组不受 损坏，不再进行最大风能追踪，而是将机组转速限 制到最大允许转速上。恒转速区的转速控制任务一 般是由风力机控制子系统通过变浆距控制来实现。图4-4仿真模型（一）其示波器接线如下：V1_B&3I1_B6&3P_meanQ_meanPos. seq. r B69apu)feneratedl P(MW)feneratedl QfMvarWind tuTbineData acquisition声QE5peed gh脚EM图4-5示

33、波器接线Wind Turbine4.2 3MW双馈感应发电机系统仿真分析（一）如图4-4所示，仿真模型（一）中的风速采用 的是渐变风模型，运行之后通过风力发电机的m输 出端监测到各个电气和机械量的变化如图4-6所 示，且其分析如下。图4-6仿真模型（一）中m输出端监测到各个电气和机械量的变化风力发电机并入电网并运行在额定风速14m/S 以下的区域时，风力发电机获得能量并转换成电能 输送到电网。根据机组转速，这一阶段又可分为两 个区域：变速运行区和恒速运行区。当机组转速小 于最大允许转速时，风力发电机组运行在变速运行区。为了最大限度地获取能量，在这个区域里实行 最大风能追踪控制，机组转速随风速变

34、化相应的进 行调节，确保风力机的风能利用系数Cp始终保持 为最大值Cpmax。当机组转速超过最大允许转速时 进入恒转速区。在这个区域内，为了保护机组不受 损坏，不再进行最大风能追踪，而是将机组转速限 制到最大允许转速上。恒转速区的转速控制任务一 般是由风力机控制子系统通过变浆距控制来实现。如图4-6可知，当t19s时，机 组进入恒转速区，此时，风力机控制子系统改变了 其桨距角，使机组转速保持在最大允许转速1.21pu, 这时发电机发出的有功功率为最大，并且恒定在 3Mw这一值。此外，图中所示，当风速上升到额定 风速时，功率没有同步达到最大值，而在稍后达到 了最大，这是由于风轮机具有巨大的惯性会

35、产生滞 后的效果。4.3双馈感应发电机系统仿真分析（二）仿真模型（二）与仿真模型（一）的不同之处 在于仿真模型（二）的风速采用的是阵风模型，其 模型如图4-7所示。l Mrc Speed I鸿 VWlncimi)专25 VNft Bf10 11O3SIV20kraliK也 todhe35 kV 990 V?2MVA193071WWW*(nduotoc Gereatv心F*sorT/pe|1mxn (1WW)四咔始随风速的变化而进行调节，即不断增大，一直到17秒时开始改变，观察图中的有功功率曲线，在此 之后的时间内，功率始终维持为最大值不变。17s，发电机转速达到了 1.21pu，这时发电机发出

36、最 大功率，接下来风速继续维持在高于额定风速的情 况下，控制系统会改变桨距角来调节功率使输出功 率维持在最大值，所以，如图中所示，桨距角也在3MV/V/iiNlFann(2x15UVf)WM.TOhre -LnGrouxing gIrrtforner r图4-7仿真模型（二）图中所示模型运行之后通过风力发电机的m输 出端监测到各个电气和机械量的变化如图4-8所 示，并且相关分析如下。如图所示，机组发出的有功功率的变化过程 为：在t5s时，风速稳定为8m/s，此时，机组输出 的有功、无功均保持不变；当t=5s时，风速突变为 14m/s，从此时一直到17s，机组输出的有功功率开图4-8仿真模型（二

37、）m输出端监测到各个电气和机械 量的变化如图所示，机组发出的有功功率的变化过程 为：在t5s时，风速稳定为8m/s，此时，机组输出 的有功、无功均保持不变；当t=5s时，风速突变为 14m/s，从此时一直到17s，机组输出的有功功率开 始随风速的变化而进行调节，即不断增大，一直到 17s，发电机转速达到了 1.21pu，这时发电机发出最 大功率，接下来风速继续维持在高于额定风速的情 况下，控制系统会改变桨距角来调节功率使输出功 率维持在最大值，所以，如图中所示，桨距角也在 17秒时开始改变，观察图中的有功功率曲线，在此示，并且相关分析如下。之后的时间内，功率始终维持为最大值不变。4.4双馈感应

38、发电机系统仿真分析（三）与以上两个分析不同，此模型中采用的风速模 型如图4-9所示，而仿真分析（三）的模型如图4-10 所示。图4-9仿真分析（三）的风速模型And ms：3MW 防 OFarm 12x15 MV/)GfowidhgTirsfor-e XIMTOms【Wire 35tffiOV 72MVAWndTutire Qajaiyed Induanr Gtrentar Ptea-Type1SursySEE郁 MVA B110 也 W35W 皿1=3 (IllkV) 03MVA图4-10仿真模型（三）图中所示模型运行之后通过风力发电机的m输出端监测到各个电气和机械量的变化如图4-11所图4

39、-11仿真模型（三）m输出端监测到各个电气和机械量的变化由图4-11可以看出，有功功率的输出波峰以 及发电机转速与风速变化趋势相同，但明显滞后于 风速的变化，桨距角也没有变化，这是由于风轮机 及传动机构具有很大的惯性所致。当风速虽然在短 时内升到很高时，从图Speed曲线可知，发电机转 速增加，但没有达到同步额定转速，这时桨距角没 有达到变桨条件而没有变化，如图中pitch angle 曲线可知。观察图会发现，在风速迅速下降后，转速是以 较缓的速率下降的，由于双馈发电机的运行范围 宽，允许在较高的转差下运行，短时多余的能量会 以动能的形式储存起来，待到风速下降后，由控制 系统慢慢调节电磁转矩，将存储的动能释放出来转 化为有功输出，这也是当风速下降后图中有功功率 下降速率低于上升速率的原因。这就是变速恒频风 力发电系统的优越性之一