（明阳智慧能源集团股份公司）
摘要：风力发电作为一种新型的绿色能源，拥有十分广阔的发展前景，特别是作为主流风电技术的交流励磁双馈发电机技术，技术特性优势比较明显。本文主要阐述了交流励磁双馈风力发电机的设计，希望能对以后风电技术的发展提供参考。
关键词：风力发电；交流励磁；双馈
1发电机的结构及原理
（1）系统结构
就转子来说，以前的的同步电动机采用的励磁绕组是直流励磁。对于传统的异步电动机来说，不具备特殊的励磁绕组，是根据定子的励磁电流来建立起的磁场。三相的对称绕组是双馈发电机的定子和转子的绕组模式，所有这些都涉及励磁，它结合了异步电动机和同步电动机的特性。就风力发电机的转速以及同步转速的一致性来分析，双馈风力发电机也可以叫作异步化同步发电机。具体而言，这是一种有着同步发电机特点的异步发电机。然而，与普通交流电动机比较起来，它具有许多独特的特性[1]。
（2）运行原理
在风速不同的条件下，风力发电机有如下的运行状态：①如果发电机的转子的转速比同步的转速低时，转子的绕组是经由频率转换器从电网来吸取电能，使得电机在亚同步的转速运行；②如果转速超过同步的转速时，那么转子的绕组则发出电能，使得电机在超同步的转速运行；③如果转速处于同步转速的时候，则是由电流转换器对转子发送励磁，这时的发电机在同步转速运行[2]。
2电磁设计特点
对交流发电机的转子来说，其选用的励磁绕组是三相对称分布的，产生的是对称励磁，而且可以控制励磁的电压的频率、大小和相位、相序等。而对于双馈式的发电机的定子来说，确实经由变压器与电网直接连接在一起，经过变流器以及变压器之后，再连接电网。转子励磁绕组因为大部分是相对称的绕组，并且绕组的励磁电压为对称交流电，可以根据对励磁电压的幅值调节等对发电机励磁的磁场的大小进行调控，还能控制发电机的转速以及相对转子本体的位置，因为增加了对发电机励磁的控制的自由度，发电机也因此拥有了相应的在稳定性、转速适应能力、和调节能力等方面的优良特性[3]。
图1 交流励磁双馈风电系统
3发电机的电磁设计
（1）额定值的确定
就额定功率来说，是交流励磁双馈风力发电机的定子和转子在某个额定转速的作用下共同产生的结果。在对额定功率进行选取时，第一个考虑的是同原动机的综合特性等的相匹配的问题，要使得机组的工作处于健康的状态，另外还应该对电机本身的设计进行优化考虑，特别是对于转子的电磁负荷以及应力水平等方面。对于双馈发电机的转速来说，其范围通常是电机的同步转速加减百分之十几，一般额定的转速比同步转速要高，对原动机的出力和成本问题、应力水平等因素进行权衡考虑，同时要考虑发电机的转速范围同频率转换器的容量的有效的配合。在两个同步转速的范围时，通常选取较高的同步转速会更好一点，发电机的极对数随着同步的转速而确定。
（2）电势系数的选择
对于绕线式异步电机来说，其电势E1<U1，同样的电势系数为1-ε<1，然而交流励磁发电机却不是这样，它的电势的系数会随着发生改变，而且它的数值会有一个比较大的改变，我们一般是选择电势系数的范围在1.02～1.10之内的[4]。
（3）有、无功功率的计算
通常根据给定的有功功率来执行有功功率的计算。有效功率的给定的值由风力发电机的输出特性曲线来给出。于额定的风速之下，采用最大风能捕获原理获得最大能量。超过额定的风速，因为机械的强度等因素的制约，必须根据额定功率发出一些多余的能量。由定子的电流的有功分量，通过叠代计算对发电机的有功功率来核对。有功功率和有关的计算公式可以导出：
就励磁的容量来说，其计算公式为：
尽管上面的计算公式是在忽略损耗之后的关系式，但是它却能够看出转子变频器同发电机的定子输出之间的容量关系、转差率的关系[6]。
4运行特性分析
通过VB语言对相应计算的程序进行了编写，并使用Matlab语言对额定功率不变的条件下，对电机的特性曲线进行了绘制，如下图所示[8]。
图6 效率和转速变化曲线
根据图6可以知道，随着转子的转速的增加，电机的效率也会增加，曲线以抛物线呈现，而且如果转速还继续提高，效率增加趋势降低，最后会趋于稳定。
5 结束语
本文就交流励磁双馈风力发电机的设计方面进行了讨论，分析了结构原理以及设计特点。这些对未来发电机行业的发展以及对提高交流励磁双馈风力发电机的性能等方面，都有很重要的意义。
参考文献：
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论文作者:赖日圣
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/18
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