文 献 综 述

一．双馈感应电机（doubly-fed induction generator,DFIG）

双馈感应电机使用绕线式转子，由于电力可由转子侧之电力转换器变向移动，因此，发电机接入电力系统的界面包括定子侧和转子侧，其电力转换器功率仅为发电机额定功率的20%-30%，故成本较低，而且发电机可变速范围可达同步转速之#177;30%，因此性能/价格比值最高，为目前大型风力发电机中最普遍采用之组态。全球前十大风力发电机制造商的产品中有六成以上的变速风力发电机采用双馈式感应发电机。双馈电机具有良好的调速性能、可调节电网的无功和有功功率、效率高、可改善功率因数和提高电网的稳定性等特点，所以是有其广阔的发展前途的高新技术产品，特别适合于风机、水泵、压缩机等机械的调速传动，并可很好的解决水电站水头变化大和我国江河泥沙含量大带来的水轮机发电问题。随着科技的不断进步，条件的进一步成熟，双馈电机必将在我国得到很好的推广应用。

二. 风力发电的优势

首先，风能是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电（裂变）会造成环境污染的问题。平均每装一台单机容量为1.5MW的风能发电机，每年可以减排3,000吨二氧化碳（相当于种植1.5平方英里的树木）、15吨二氧化硫、9吨二氧化氮。风能产生1,000度的电量可以减少0.8到0.9吨的温室气体，相当于煤或矿物燃料一年产生的气体量。除了部分鸟类，风力发电机组不会危害其它野生动物。在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为一种高效清洁的新能源有着巨大的发展潜力。其次，风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。风力发电场建设工期短，单台机组安装调试仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少容量。对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农村、边疆来说，可作为解决生产和生活能源的一种有效途径，因此显得更加重要。

三．变速恒频技术的发展概况

变速恒频发电是从02世纪07年代发展起来的一种新型发电方式，它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中，获得了一种全新的、高质量的电能获取方式。风力机采用变速运行，即风力机叶轮跟随风速的变化改变其旋转速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数最大。风能 是1种具有随机性、爆发性、不稳定性特征的能源。风力机在不同风速下有一个最佳运行转速，此转速下对风能的捕获效率最高，而且风施加给风力机的应力最大，所以应控制风力发电机组运行在这个优化的转速下。传统的恒速恒频发电方式由于只能固定运行在某一转速上才能达到最高运行效率，当风速改变时风力机就会偏离最佳运行转速，导致运行效率下降，浪费风力资源，增大风力机的磨损。若采用变速恒频发电方式，就可按照捕获最大风能的要求，在风速变化的情况下实时地调节风力机转速，使之始终运行在与该风速对应的最佳转速上，从而提高了机组发电效率，优化了风力机的运行条件。采用变速恒频发电技术后，还可使发电机组与电网系统之间实现良好的柔性连接，比传统的恒速恒频发电系统更易实现并网操作及运行。变速恒频发电技术的诸多优点受到了人们的广泛关注，使它越来越多地被应用到大型风力发电机组中。自上世纪90年代开始，国外新建的大型风力发电系统大多采用变速恒频方式，特别是MW级以上的大容量风电系统。

四．双馈感应电机的最大功率追踪控制策略

最大功率追踪控制的基本思想是根据双馈型异步发电机的特性, 采用定子磁链定向的矢量变换控制技术, 对发电机转子进行交流励磁, 实现发电机有功、无功的解耦控制, 从而实现最大功率追踪控制的高效发电运行。其特点是通过控制发电机输出有功功率来调节电磁转矩和转速, 在风速变动情况下保持恒定的最佳叶尖速比, 从而实时追踪最佳功率曲线。而在同一个风速下, 不同转速会使风力机输出不同的功率, 要想追踪最佳功率曲线, 必须在风速变化时及时调整转速, 保持最佳叶尖速比。风机转速可以通过风力机浆叶变节距调节,也可以通过控制发电机输出功率调节。但采用风力机变节距调速的话风速难检测, 调速精度低, 变距系统结构复杂, 维护困难。为避免这些问题,我们可以通过控制发电机输出有功功率来调节发电机的电磁阻转矩, 进而调节发电机的转速。

五．利用Matlab/Simulink建立整个变速恒频双馈风力发电系统仿真模型