異步發電機在風力發電中的應用

　　雙饋異步電機也可在海上大規模風電場應用，通常需要配合高壓交流輸電系統。

　　隨著雙饋異步電機為主體的大型風力發電機組容量不斷加大，提高DFIG應對電網故障的能力日益重要，如低電壓穿越技術等。

　　籠型異步電機與風電

　　籠型異步電機概述^[10-11]

　　普通籠型異步電機的定子由鐵心和定子繞組組成，轉子采用籠型結構。早期的異步發電機首先要解決的問題是電機自勵建壓的問題，如在輸出端連接適當大小的電容器給籠型感應發電機提供勵磁，其缺點是無法連續調壓，只能離散地調節勵磁。隨著電力電子技術的飛速發展，利用可控開關功率器件組成的電力電子變換器可以產生連續可調的無功功率，從而替代傳統的單獨的電容勵磁，使得電力電子變換器與感應發電機相結合的發電技術得到了迅速的發展。

　　如基于背靠背變換器的并網型異步風力發電系統，其結構拓撲如圖2所示。定子繞組通過整流器和逆變器與電網或者負載相連：前者工作在整流狀態，輸出一個穩定的直流電壓;后者工作在逆變狀態，輸出恒頻恒壓的交流電。

　　將電機轉子和風力機相連，通過風力機的升速齒輪驅動轉子超過同步速，即可將風力機的機械功率轉化為電功率，饋送電網或供給負載。對普通籠型異步電機而言，通常有如下優缺點：

　　1.籠型異步電機因堅固的無刷結構，而具有機械簡單、效率高、價格低廉和維護要求低的特點;
　　2.可適用于恒速發電和變速發電，可通過電力電子變換器獲得無功勵磁功率;
　　3.電機本體適用于大功率容量，可高達幾兆瓦，具有良好的經濟性;
　　4.有功和無功相耦合，影響系統性能。

　　為克服普通籠型異步電機發電系統中有功和無功相耦合對系統性能的不利影響，進一步發揮籠型異步電機的優勢，美國田納西理工大學的Ojo教授于2000年提出一種新型籠型異步電機—定子雙繞組異步電機(DWIG)，其定子上布置了兩套繞組，一套為輸出電能的功率繞組，一套為調節勵磁的控制繞組，除容量不同外，它們的極數及繞組形式一樣，且在電氣上沒有直接連接，僅通過磁場耦合。功率繞組，接有勵磁電容，通過整流橋向負載供電;控制繞組，接有電力電子變換器，用于調節發電機內部磁場，使其在不同的工況下能穩定運行。

　　籠型異步電機在風電中應用廣泛，如普通籠型異步電機可用于分布式風電場合;定子雙繞組電機適用于海上風力發電等。

　　在分布式風電中的適用性

　　我國內陸有局部風能分布區，分布式風力發電具有較大市場。

　　在中小規模離網型、微網或并網式分布式風力發電中，普通籠型異步電機因價格優勢、本體堅固和易實現變速恒頻發電的特點，獲得市場青睞。

　　特別是分布式系統中，通常整合多種資源，進行風光互補、風熱互補能源開發，本身附帶儲能系統和電力電子變換器。籠型異步電機與電力電子變換器的優勢配合，不僅可以提供勵磁，還可以根據控制策略調控多端口(發電端、儲能端、用電端)的功率流動，方便實現功率平衡以及自我控制、保護和管理，更可以充分發揮普通籠型異步電機性價比高的優勢，從而具有更強的市場競爭力。

　　在未來，(風、光等)多資源整合是一大趨勢，籠型異步發電系統或將發揮更大優勢。

　　在海上風電的適用性

　　我國海岸線長，海上風電資源豐富，國家規劃海上風電開采力度增強，為減小線損，高壓直流輸電系統具有一定優勢，定子雙繞組籠型異步電機可作為其發電機^[12]。

　　定子雙繞組籠型異步電機的結構有如下優點：

　　1.轉子為籠型轉子，繼承普通籠型異步電機結構簡單堅固，維護較少的特點;
　　2.定子兩套繞組相互電隔離，磁耦合，可以方便勵磁調速;
　　3.電機側的變換器容量為系統額定輸出容量的1/3左右;
　　4.在合適的控制策略下，發電機系統能夠在寬轉速全負載的工況下輸出穩定的直流電壓，且具有優良的動靜態特性。