摘　要：隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，人類社會(huì)的發(fā)展也開始步入新的時(shí)代，眾所周知，能源、信息和材料是人類在21世紀(jì)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(yuǎn)。而電氣傳動(dòng)系統(tǒng)作為能源產(chǎn)業(yè)的一個(gè)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(jī)為例進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：變速恒頻；發(fā)電機(jī)；同步；勵(lì)磁

一、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)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(yán)重，礦產(chǎn)資源也日益短缺。鑒于這種情況越來越嚴(yán)重，世界上各個(gè)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(gè)可再生、無污染、可循環(huán)使用的新能源已被各個(gè)國家所利用與開發(fā)［4］。

變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)就是運(yùn)用了風(fēng)能。

二、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)工作的原理

日前，在主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)或者永磁同步電機(jī)來作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的。

1.雙饋的運(yùn)行原理?！半p饋”的意思和含義就是分別從電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子雙向饋電，由于雙饋電機(jī)由轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，因而也被稱為異步化同步電機(jī)或者是交流勵(lì)磁同步電機(jī)。雙饋調(diào)速是指將雙饋電機(jī)的定子繞組直接接到工頻電源上，轉(zhuǎn)子組接到一個(gè)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(dú)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(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的。這就是變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的原理。

2.勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本功能。為滿足雙饋發(fā)電機(jī)低于同步速、等于同步速和高于同步速運(yùn)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(lì)磁電流的幅值和相位可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的無功功率；通過控制勵(lì)磁電流的頻率可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率；通過風(fēng)力機(jī)變槳距控制與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制相結(jié)合，可按最佳運(yùn)行方式調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速[1]。

三、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)控制的意義

1.由于雙饋電機(jī)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(gè)電機(jī)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(jī)它的結(jié)構(gòu)構(gòu)成簡單、運(yùn)行起來可靠、制造起來也容易、價(jià)格也不高等等的優(yōu)點(diǎn)，使得變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)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(jìn)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(jī)可以在很高的功率因數(shù)的狀態(tài)下運(yùn)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(jī)的這種做法對于整個(gè)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(jī)在雙饋條件的應(yīng)用下，改變了整個(gè)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(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

4.雙饋電機(jī)集中了同步電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)兩者的特點(diǎn)，由于變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)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(gè)特性，所以變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)是柔性的連接。這樣就會(huì)使得電網(wǎng)在發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)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(dá)到彌補(bǔ)電網(wǎng)由于擾動(dòng)而失去的能源這樣一個(gè)目的　[2]。

四、變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)控制的策略

1.變速恒頻控制。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(lì)磁電流的頻率，使雙饋發(fā)電機(jī)輸出的電壓頻率與電網(wǎng)保持一致。實(shí)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(jī)作空載運(yùn)行時(shí)，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(lì)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(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，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(lì)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(yùn)行狀態(tài)下發(fā)電機(jī)端電壓的恒定，那么就需要電壓反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制。

實(shí)驗(yàn)表明，雙饋發(fā)電機(jī)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(jī)的并網(wǎng)控制。在勵(lì)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(jī)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(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)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(shí)自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行。

4.三態(tài)轉(zhuǎn)換控制。在亞同步運(yùn)行時(shí)，變頻器向轉(zhuǎn)子繞組饋入交流勵(lì)磁電流，同步速運(yùn)行時(shí)變流器向轉(zhuǎn)子繞組饋入直流電，而超同步速運(yùn)行時(shí)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(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換是變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的一項(xiàng)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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了理論上的描述，而實(shí)現(xiàn)變速恒頻雙饋異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行則需要進(jìn)行仿真的研究，理論要運(yùn)用到實(shí)踐中去。而這些理論也是從實(shí)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(jī)了解的需要，為以后更好地控制變速恒頻異步發(fā)電機(jī)做好了充分的理論準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

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

［2］李輝，韓力，何蓓.雙饋發(fā)電機(jī)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(bào)，2007（15）.

［3］朱振東.發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁變速運(yùn)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(jìn)學(xué)院）