東汽FD70/FD77風電機組變流器系統原理及應用

　　1.2 變速恒頻發電機結構和原理
　　雙饋發電機的定子通過開關和電網連接，轉子通過碳刷引出和變頻器輸出連接。如圖2 所示，觀察方向從左至右，轉子旋轉方向為順時針旋轉；相對定子不動，轉子轉速為n。
　　風電機組轉速小于同步轉速1500r/min 時，在轉子繞組上加上低頻交流電，在轉子線圈周圍就會形成旋轉磁場。這個旋轉磁場的轉速，相對于轉子軸（相當于轉子不動）來定義，轉速為n1，方向與轉子旋轉方向n 相同。n 和n1 方向相同，兩者同向相加，合成為轉子旋轉磁場n0。轉子繞組旋轉磁場，相對于轉子軸而旋轉；轉子旋轉磁場，相對于定子繞組而旋轉。
　　風電機組轉速大于同步轉速1500r/min 時，改變轉子電流的相序，可以改變轉子繞組旋轉磁場的方向，使得轉子繞組旋轉磁場的方向n2 與轉子旋轉方向n 相反。改變轉子電流的頻率可以改變轉子繞組旋轉磁場的速度，n 和n2 方向相反，兩者反向相減，合成為轉子旋轉磁場n0=1500r/min。
　　例如：當風電機組轉速為1200r/min 時，在轉子繞組上加上一個正向旋轉的三相交流電，頻率為10Hz，則轉子旋轉磁場的轉速n0=n+n1=1200+30×10=1500r/min。以1500r/min 的旋轉磁場切割定子繞組，則在定子繞組上感應出50Hz 的交流電。當風電機組轉速為1800r/min 時，在轉子繞組上加上一個反向旋轉的三相交流電，頻率為-10Hz，則轉子旋轉磁場的轉速n0=n+n2=1200+30×10=1500r/min。
　　變流器通過實時跟蹤發電機轉子的轉速，從而實時調整變流器輸出的轉子電流頻率和相序，可以保證轉子旋轉磁場的轉速始終保持為同步轉速1500r/min，從而保證發電機發出的電壓頻率為工頻50Hz，無論發電機的轉速是多少（1100r/min~1800r/min），發電機輸出電壓頻率都是50Hz，實現變速恒頻發電。
　　變流器主要完成電源頻率的變換，網側NPR IGBT 負責將690V 電源電壓整流成1000V 以上的直流母線電壓或者將直流母線電壓逆變成工頻50Hz 的690V 電源電壓反饋回電網；機側MPR IGBT 負責將直流母線電壓逆變成頻率（0Hz~40Hz）可調、幅值和相位可調的交流電壓加到轉子繞組上，或者將發電機轉子繞組發出的變頻交流電壓整流成直流母線電壓，再由網側IGBT 將直流母線電壓逆變成工頻50Hz 的690V 電源電壓反饋回電網（圖3）。

圖3 電源頻率變換示意圖

　　當風速較小，發電機的轉速小于同步轉速時，轉子繞組需要勵磁。能量從電網到變流器再到轉子繞組線圈，通過網側IGBT-- 直流母線電壓-- 機側IGBT 變換成頻率、幅值和相位可調的交流電壓加到轉子繞組上。
　　當風速較大，發電機的轉速大于同步轉速時，轉子繞組要對外發電，首先經過機側IGBT 把發電機轉子繞組發出的變頻交流電壓整流成直流母線電壓，再通過網側IGBT 將直流母線電壓逆變成工頻50Hz 的690V 電源電壓反饋回電網。因為發電機的定子繞組和轉子繞組都在同時發電，所以稱為雙饋發電機。