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交流励磁发电机励磁控制文献综述

关于交流励磁发电机励磁控制技术的文献综述

交流励磁发电机励磁控制文献综述

交流励磁发电机(Alternating Current Excited Generator:ACEG)又称双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator:DFIG),是结合了异步发电机和同步发电机的优点而发展起来的一种新型发电机。它具有良好的调速性能、有功和无功功率独立可调、改善电网功率因数、提高系统的稳定性以及相对较小的励磁容量等优点。相对于传统同步发电机和异步发电机,交流励磁发电机在超高压和大型互联电力系统中日益得到应用,在解决电力系统运行稳定性和可靠性等问题上有其独特的技术经济优势。交流励磁发电机具有良好的转速适应能力,在变水头水力发电、抽水蓄能、风力发电以及潮汐发电等可再生能源变速恒频发电领域也有着广泛的应用前景。

交流励磁发电机的基本结构与绕线式感应电机类似。其定子侧接电网,转子上采用三相对称分布的励磁绕组,由幅值、频率、相位以及相序任意可调的变频器提供励磁。当交流励磁发电机的转子绕组通以频率为f2的对称交流电时,在

发电机气隙空间就会产生一个相对转子旋转的磁场,其转速为

n2 60f2/Np (1)

式中Np表示发电机极对数。

由机电能量转换原理可知,为实现稳定的机电能量转换,发电机定、转子的旋转磁场必须保持相对静止。这就要求转子实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场转速(方向可以相同或相反)等于定子旋转磁场的转速,即同步转速。当励磁电流产生的旋转磁场方向和转速方向相同且励磁电流频率低于电网频率时,双馈感应发电机将低于同步转速运行,即处于次同步转速;当励磁电流产生的旋转磁场方向和转速方向相反时,交流励磁发电机就高于同步转速运行,即处于超同步转速。因此,如果按发电机的转速是否与同步转速一致来区分异步机或同步机,则交流励磁发电机应当被称为异步机。但交流励磁发电机在性能上又具有很多同步机的特点。例如,异步机是通过定子从电网吸收无功进行励磁,本身无励磁绕组,而交流励磁发电机则与同步发电机一样,有独立的励磁绕组,既可以从电网吸收也可以向电网输出滞后的无功功率;异步机的转速随负荷变化而变化,而交流励磁发电机则可以与同步发电机一样,在负荷改变时保持转速不变。实际上,它是具有异步发电机某些特性的同步发电机。传统同步发电机采用集中励磁绕组,其励磁电流为直流,只能控制励磁电压的幅值来控制励磁电流的大小。由于受静态稳定极限的约束,无法进入深度吸收无功的运行状态。另外其转子磁场相对于转子的位置是固定不变的,当进行有功、无功调节时必然伴随着转子的机械过渡过程。而交流励磁发电机由于转子励磁绕组为三相对称绕组,且励磁电压的频率、幅值、相位及相序均为可调,通过调节励磁电压的幅值、频率、相位、相序可以控制发电机励磁磁场大小及其相对于转子本体的位置。正是由于交流励磁发电机励磁控制自由度的增加,使其具有超越传统同步发电机的运行性能,其主要优点表现在:

①具有较好的转速适应能力,能实现变速恒频发电运行

交流励磁发电机具有与异步机一样的变速运行能力。发电机运行时,其转子励磁频率可根据发电机转速加以控制,以满足机电能量转换的条件:

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