摘　要：隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，人類社會的發(fā)展也開始步入新的時代，眾所周知，能源、信息和材料是人類在21世紀走向新文明的三大支柱產(chǎn)業(yè)，這三大產(chǎn)業(yè)奠定了人類文明發(fā)展的基石。尤其是其中的能源產(chǎn)業(yè)。能源產(chǎn)業(yè)對我國的發(fā)展影響更為重要與深遠。而電氣傳動系統(tǒng)作為能源產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分，是研究的重中之重。以研究變速恒頻雙饋異步發(fā)電機為例進行闡述。

關(guān)鍵詞：變速恒頻；發(fā)電機；同步；勵磁

一、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機研究的背景

由于人們對大自然的過度開采，造成了今天地球上的環(huán)境污染日益嚴重，礦產(chǎn)資源也日益短缺。鑒于這種情況越來越嚴重，世界上各個國家都開始開發(fā)和發(fā)展新能源——可再生的綠色能源。當(dāng)然，也包括我國。而風(fēng)能作為一個可再生、無污染、可循環(huán)使用的新能源已被各個國家所利用與開發(fā)［4］。

變速恒頻雙饋異步發(fā)電機就是運用了風(fēng)能。

二、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機工作的原理

日前，在主流的風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)中，大多都采用的是變速恒頻的控制方式。并且一般都采用的是雙饋電機或者永磁同步電機來作為風(fēng)力發(fā)電機的。

1.雙饋的運行原理?！半p饋”的意思和含義就是分別從電機的定、轉(zhuǎn)子雙向饋電，由于雙饋電機由轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，因而也被稱為異步化同步電機或者是交流勵磁同步電機。雙饋調(diào)速是指將雙饋電機的定子繞組直接接到工頻電源上，轉(zhuǎn)子組接到一個幅值、頻率、相序和相位都可以調(diào)節(jié)的變頻電源上。

由于變頻電源的控制方式有所不同，所以雙饋調(diào)速也可以劃分為自控式調(diào)速和他控式調(diào)速。他控式調(diào)速在工作中通過專門的頻率給定裝置獨立控制變頻器的輸出功率。而自控式則是由轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器的頻率通過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，然后根據(jù)運行的狀態(tài)進行自動控制的。這就是變速恒頻雙饋異步發(fā)電機運行的原理。

2.勵磁控制系統(tǒng)的基本功能。為滿足雙饋發(fā)電機低于同步速、等于同步速和高于同步速運行的各種工況要求，向轉(zhuǎn)子繞組饋電的雙向變頻器應(yīng)買足輸出電壓（或者電流）的頻率、幅值、相序和相位的可調(diào)。通過控制勵磁電流的幅值和相位可以調(diào)節(jié)發(fā)電機的無功功率；通過控制勵磁電流的頻率可調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率；通過風(fēng)力機變槳距控制與發(fā)電機勵磁控制相結(jié)合，可按最佳運行方式調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速[1]。

三、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機控制的意義

1.由于雙饋電機所使用到的轉(zhuǎn)子的側(cè)逆變頻電源只能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能量，所以在調(diào)速范圍比較小的情況下，轉(zhuǎn)差的能量在整個電機中所占的比重是相對較小的。這就可以降低調(diào)速系統(tǒng)的成本。

2.變速恒頻雙饋異步發(fā)電機它的結(jié)構(gòu)構(gòu)成簡單、運行起來可靠、制造起來也容易、價格也不高等等的優(yōu)點，使得變速恒頻雙饋異步發(fā)電機廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。它還能夠?qū)Χㄗ觽?cè)的功率因數(shù)進行有效的調(diào)節(jié)，這樣就使得變速恒頻雙饋異步發(fā)電機可以在很高的功率因數(shù)的狀態(tài)下運行，甚至可以向電網(wǎng)發(fā)出無功功率。變速恒頻雙饋異步發(fā)電機的這種做法對于整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性都起到了積極的影響。

3.變速恒頻雙饋異步發(fā)電機在雙饋條件的應(yīng)用下，改變了整個能源系統(tǒng)的整體的性能。還充分利用了線繞型感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)特點。

4.雙饋電機集中了同步電動機和感應(yīng)電動機兩者的特點，由于變速恒頻雙饋異步發(fā)電機能在次同步速至超同步速的較大范圍內(nèi)都可以發(fā)出交流電，并且還是頻率穩(wěn)定的交流電的這個特性，所以變速恒頻雙饋異步發(fā)電機與電網(wǎng)是柔性的連接。這樣就會使得電網(wǎng)在發(fā)生擾動時，變速恒頻雙饋異步發(fā)電機可以通過快速改變側(cè)頻率的方法來迅速改變轉(zhuǎn)速，能充分地利用到轉(zhuǎn)子的功能，以此來釋放或者吸收能量。就可以達到彌補電網(wǎng)由于擾動而失去的能源這樣一個目的　[2]。

四、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機控制的策略

1.變速恒頻控制。雙饋風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻控制，就是根據(jù)風(fēng)力轉(zhuǎn)速的變化相應(yīng)地控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使雙饋發(fā)電機輸出的電壓頻率與電網(wǎng)保持一致。實現(xiàn)變速恒頻控制可以采取兩種方法，即有轉(zhuǎn)速傳感器和無轉(zhuǎn)速傳感器的變速恒頻控制。前者控制相對容易，但是需要光電編碼器，而后者控制技術(shù)稍微復(fù)雜些。

2.恒定電壓控制。當(dāng)定子繞組開路，雙拼發(fā)電機作空載運行時，定子繞組電壓頻率如果是恒定值的話，那么就要求在不同的轉(zhuǎn)速下只要保持轉(zhuǎn)子繞組勵磁電流值不變，便可使定子繞組端的電壓保持不變。

然而，當(dāng)發(fā)電機負載運行時，由于定子繞組電阻和漏電抗壓降，以及由于定子電流電樞反應(yīng)磁場的影響，即使轉(zhuǎn)子勵磁電流不變，每極磁通和定子繞組端電壓也不再是常數(shù)。為了保持在不同運行狀態(tài)下發(fā)電機端電壓的恒定，那么就需要電壓反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流實現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制。

實驗表明，雙饋發(fā)電機輸出電壓采用閉環(huán)控制后，轉(zhuǎn)速由1300　r/min增加到1480　r/min，定子繞組輸出電壓僅僅變化了0.2v ［3］。

3.雙饋發(fā)電機的并網(wǎng)控制。在勵磁控制系統(tǒng)中，并網(wǎng)前用電壓傳感器分別檢測出電網(wǎng)和發(fā)電機電壓的頻率、幅值、相位和相序，通過雙向變流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，使發(fā)電機輸出電壓與電網(wǎng)相應(yīng)電壓頻率、幅值及相位一致，滿足并網(wǎng)條件時自動并網(wǎng)運行。

4.三態(tài)轉(zhuǎn)換控制。在亞同步運行時，變頻器向轉(zhuǎn)子繞組饋入交流勵磁電流，同步速運行時變流器向轉(zhuǎn)子繞組饋入直流電，而超同步速運行時轉(zhuǎn)子繞組輸出交流電通過變流器饋入電網(wǎng)。當(dāng)亞同步、同步和超同步三種不同運行狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)換是變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機勵磁控制的一項關(guān)鍵技術(shù)。

五、結(jié)論

本文針對變速恒頻雙饋異步發(fā)電機系統(tǒng)進行了理論上的描述，而實現(xiàn)變速恒頻雙饋異步發(fā)電機的運行則需要進行仿真的研究，理論要運用到實踐中去。而這些理論也是從實踐中得來的。這些理論的描述，滿足了大家對變速恒頻雙饋異步發(fā)電機了解的需要，為以后更好地控制變速恒頻異步發(fā)電機做好了充分的理論準備。

參考文獻：

［1］張強，梁維燕，鄒繼斌.變速恒頻發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)［J］.大電機技術(shù)，2004（06）.

［2］李輝，韓力，何蓓.雙饋發(fā)電機最大風(fēng)能捕獲和轉(zhuǎn)換策略的仿真［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2007（15）.

［3］朱振東.發(fā)電機交流勵磁變速運行研究［M］.杭州：浙江大學(xué)，1996.

［4］楊文白，任艷林.2005年世界各國風(fēng)電發(fā)展回顧［J］.世界環(huán)境，2006（02）.

（作者單位　江蘇電大武進學(xué)院）