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大电机技术

兆瓦级交流励磁双馈风力发电机的电磁设计研究

杨强，黄守道，高剑
(湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082)

[摘要]在变速恒频双馈风电机组中，交流励磁双馈风力发电机的设计和制造技术是十分关键的。本文论
述了交流励磁双馈风力发电机的运行特点和电磁设计特点；根据等效电路和功率关系，给出了工程实际应用
的电机电磁设计程序。通过对设计结果的分析表明了该程序的正确性和可靠性。
[关键词]交流励磁；双馈；电磁设计；风力发电机
【中图分类号】TM301．4+4【文献标识码】A【文章编号】1000—3983(2007)04—0023—06

StudyofElectromagneticDesignforMW-classAC-ExcitedDoubly-Fed、vindPowerGenerator
YANGQiang，HUANGShou—dao，GAOJian
(ElectricalandInformationEngineeringCoUege，HunanUniversity,Changsha410082，China)
Abstract：Tl1edesignandmanufactureforMW—classAC—exciteddoubly—fedgeneratorisvery

importantinthevariablespeedconstantfrequencyDoubly-Fedwindpowersystem．Inthispaper，the
operationcharacteristicsandtheelectromagneticdesignfeaturesofgeneratorarediscussed．Based

onequivalentcircuitandpowerrelation，theelectromagneticdesignprogramformachineadaptedto
applyinthepracticalprojectispresented．Analysisoftheresultsdemonstratesthatthisprogramis
correctandreliable．
Keywords：AC-excitation；doubly·-fed；electromagneticdesign；windpowergenerator

发电机的电磁设计特点；根据变速恒频双馈风力发电
1引言
机的功率特性，重点对电机有功功率和无功功率的设
近年来，世界风电产业蓬勃发展，各大风电厂商计流程进行分析探讨。最后给出了双馈风力发电机电
普遍采用变速恒频双馈式机组，而交流励磁双馈发电磁设计的主要过程，并采用可视化的编程软件Visual
机是其中最关键的部件和最关键的技术之一。国外Basic6．0，开发了基于数据库管理系统的兆瓦级交流励
I．0～3．6MW双馈发电机的设计和制造技术已经十分磁双馈风力发电机的电磁设计软件，’取得了很好的效
成熟，而我国MW级双馈式风力发电机基本依赖进口，果。
因此研制具有自主知识产权的MW级双馈式风力发电
2交流励磁双馈风力发电机的电磁设计特点
机对我国风电产业的发展具有重要意义。
关于交流励磁双馈风力发电机的研究文献主要有双馈式风力发电机定子通过变压器直接和电网相
两类：一类是从控制角度应用磁场定向矢量控制技术连，转子通过变流器和变压器再和电网相连(如图1
对交流励磁双馈发电机的控制策略进行探讨[】。；另一所示)o其运行特点主要有以下几点：(1)转子采用交
类文献是从电机学的角度利用等效电路对交流励磁双流励磁，可以方便地实现变速恒频。(2)可以灵活地
馈发电机的稳态运行特性进行研究，特别是有功功率进行有功功率和无功功率的调节。其中，有功功率的
和无功功率的平衡分析】。然而现有文献中，对交流调节以风力机的特性曲线为依据；无功功率可以根据
励磁双馈发电机的电磁设计进行深人探讨的文章不电网的无功需求进行调节。(3)由于风速的变化范围
多。文献【6】虽然对交流励磁双馈电机的部分电磁设计很宽，要求双馈电机不仅要高效可靠地运行于亚同步
特点和计算公式进行了推导，但是它没有考虑风力机速，而且要高效可靠地运行于同步速和超同步速。(4)
的运行特点和功率特性。本文首先分析了交流励磁双交流励磁双馈风力发电机通常运行于发电状态，负载
馈风力发电机的运行特点，然后详细研究了双馈风力为无穷大电网。它和发电机接独立负载不同，其定子
兆瓦级交流励磁双馈风力发电机的电磁设计研究2007．№4

电压恒定，为电网电压。基于以上几点，交流励磁双图2为交流励磁双馈发电机的等效电路，其中转
馈发电机的电磁设计除了参照一般的交流电机电磁设子侧各量均已经折算到定子侧。
计方法以外，还应该考虑许多自身的特点。定子采用发