王建維 女，碩士，畢業(yè)于西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗室，畢業(yè)后在中國北車(chē)集團濟南軌道交通裝備有限公司從事貨車(chē)轉向架設計工作，2008年7月轉入北車(chē)風(fēng)電有限公司從事風(fēng)力發(fā)電機組設計，主要從事風(fēng)力發(fā)電機組控制系統和在線(xiàn)狀態(tài)監測系統方面的研究。

    摘要：本文分析了雙饋異步和永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的工作原理，詳細比較了兩種發(fā)電機的優(yōu)缺點(diǎn)，最后得出結論：短期內，DFIG仍將是主流機型，但隨著(zhù)國家對風(fēng)機并網(wǎng)的要求越來(lái)越高，具有低電壓穿越能力的永磁同步發(fā)電機將是未來(lái)風(fēng)機發(fā)展的趨勢。

    關(guān)鍵詞：雙饋異步發(fā)電機；永磁同步發(fā)電機； 變速恒頻；低電壓穿越

    1 概述

    在過(guò)去的20多年里，風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量不斷擴大，特別是最近幾年，大型機組得到迅速推廣應用。技術(shù)的不斷進(jìn)步是機組單機容量得以不斷擴大的基礎。早期的風(fēng)力發(fā)電機組全部是定槳距失速型風(fēng)機。由于定槳距機組葉片的角度不能在風(fēng)速變化時(shí)進(jìn)行相應地調節，因此無(wú)法在低風(fēng)速時(shí)獲取最大的風(fēng)能；在風(fēng)速為額定風(fēng)速時(shí)功率最大，當風(fēng)速超過(guò)額定值后，發(fā)電功率又明顯下降，故定槳距失速型風(fēng)機的經(jīng)濟效益不甚理想，因此這種型的機組很難向大型化方向發(fā)展。目前該類(lèi)型的產(chǎn)品均為小型機組，兆瓦級機組均不采用此類(lèi)型的結構。

    隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機組發(fā)展到了變槳距系統。變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的葉片角度可以進(jìn)行調節，在不同的風(fēng)速情況下，通過(guò)調節葉片的角度使攻角保持最佳狀態(tài)，從而獲得較大的轉換效率。變槳距機組的額定風(fēng)速較低，啟動(dòng)性能較好，而且在風(fēng)速超過(guò)額定值時(shí)通過(guò)變槳系統可以有效地控制葉片的迎風(fēng)角度，使得發(fā)電機有著(zhù)較為平滑的功率曲線(xiàn)，大大提高了發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量。通過(guò)技術(shù)的不斷提高和新材料的不斷應用，葉片結構變得越來(lái)越簡(jiǎn)單、重量也越來(lái)越輕，易于機組的大型化，因此大型風(fēng)電機組多采用變槳距技術(shù)。

    目前，風(fēng)電技術(shù)已發(fā)展到了更先進(jìn)的變速變槳距機型。變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機組同時(shí)應用了變槳技術(shù)和變速恒頻技術(shù)，風(fēng)輪轉速可根據風(fēng)速的變化進(jìn)行調節，以便最大限度地吸收風(fēng)的能量，提高轉換效率。由于在發(fā)電機中采用了變速恒頻技術(shù)，使發(fā)電機組在低風(fēng)速情況下的出力水平大幅度提高，總體發(fā)電效率得到進(jìn)一步提高。兆瓦級以上的機組大都是變速變槳距機型。

    發(fā)電機及其控制系統承擔了將機械能轉化為電能的任務(wù)，直接影響到轉換過(guò)程的效能、效率和供電質(zhì)量。而目前風(fēng)力發(fā)電機主要采用兩種類(lèi)型：雙饋異步發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機。

    2 雙饋異步發(fā)電機（DF IG）和永磁同步發(fā)電機（PMSG）結構分析

    2.1 DFIG工作原理

    雙饋異步發(fā)電機在結構上與繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機類(lèi)似，定轉子三相對稱(chēng)，轉子電流由滑環(huán)接入。風(fēng)速的變化通過(guò)增速齒輪箱傳遞到發(fā)電機，為了保持定子電流頻率的恒定，可以控制轉子電流的頻率，使得發(fā)電機的轉子轉速發(fā)生變化，這些工作可以由變頻器來(lái)完成。當發(fā)電機轉子高（低）于同步速時(shí)，應控制變頻器能量流入（出）電網(wǎng)，這樣就控制了電機定子向電網(wǎng)供應電能頻率的穩定。其原理框圖如圖1所示。
                   
                               圖1  雙饋機發(fā)電原理
    當風(fēng)速變化引起發(fā)電機轉速n變化時(shí)，控制轉子電流的頻率，可使定子頻率恒定，即應滿(mǎn)足： 。

    式中： 為定子電流頻率，由于定子與電網(wǎng)相連，所以與電網(wǎng)頻率相同； 為轉子機械頻率， ，p為電機的極對數； 為轉子電流頻率。

    n
    n>n1時(shí)，處于超同步運行狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機同時(shí)由定子和轉子發(fā)出電能給電網(wǎng)，變流器的能量流向逆向；

    n=n1時(shí)，處于同步狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機作為同步電機運行， =0，勵磁變流器向轉子提供直流勵磁。

    而n=pnm，當n發(fā)生變化時(shí)，即p 發(fā)生變化，若控制轉子供電頻率做相應變化，可使保持恒定不變，與電網(wǎng)頻率保持一致，實(shí)現變速恒頻控制。
            
                                    表1   DFIG 和PMSG結構性能比較  
     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第九期