双馈式感应发电机dfig简介

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1、雙饋式感應發電機（DFIG）簡介劉大明雙饋電機（或稱為交流勵磁電機），它早在四十年代就已經出現。隨著電力電子技術和數位控制技術的發展，雙饋電機在電氣性能方面所具有的一系列優點和巨大的潛力，已經引起國內外的高度重視。雙饋式感應發電機(Doubly-FedInductionGenerator,DFIG)使用繞線式轉子，由於電力可經由轉子側之電力轉換器雙向流動，因此發電機饋入電力系統的界面同時包括定子側（Lineside）及轉子側（Rotorside），其電力轉換器功率僅為發電機額定功率之20~30%，故成本較低，而且發電機可變速範圍可達同步轉速之±30%，因此性能/價格比值最高，為目前大型風力發

2、電機中最普遍採用之組態。全球前10大風力發電機製造商的產品中有六成以上的變速風力發電機採用雙饋式感應發電機，本文將介紹雙饋式感應發電機的基本原理與特性。一、雙饋式感應發電機（DFIG）基本原理雙饋式感應發電機（DFIG）是在同步發電機和非同步發電機的基礎上發展起來的一種新型發電機，其轉子具有三相勵磁繞組結構。當通以某一頻率（轉差頻率）的交流電時，就會產生一個相對轉子旋轉的磁場，轉子的實際轉速加上交流勵磁產生的旋轉磁場所對應的轉速等於同步轉速，則在電機氣隙中形成一個同步旋轉磁場，在定子側感應出同步頻率的感應電勢。從定子側看，這與同步發電機直流勵磁的轉子以同步轉速旋轉時，在電機氣隙中形成一個同步

3、旋轉的磁場是等效的。雙饋式感應發電機與一般感應發電機不同之處在於聯接其轉子側之PWM脈寬調變電力轉換器具有四象限之運轉能力，電力轉換器提供低頻（轉差頻率）的交流電流(或電壓)進行勵磁，調節勵磁電流(或電壓)的幅值、頻率、相位，來實現定子恒頻恒壓輸出，其定子輸出特性與同步發電機十分類似，所以有一些文獻指出，雙饋式感應發電機可以視為同步發電機與感應發電機之綜合體。從能量流動的特性來看，與採用直流勵磁的同步發電機相比，同步發電機勵磁的可調量只有直流勵磁電流的幅值一個，所以同步發電機勵磁一般只能對無效功率進行調節，而雙饋式感應發電機，其勵磁的可調量除了勵磁電流的幅值外，還有勵磁電流的頻率和相位。通過

4、改變勵磁電流的頻率可以改變發電機的轉速，達到調速的目的；通過改變勵磁電流的相位，來改變發電機的空載電勢與電力系統電壓向量之間的相對位置，從而改變發電機的功率角，可以調節發電機的有效功率。一般感應電機(非同步電機):(1)在轉子轉速低於同步轉速時，處於電動工作狀態，(2)當轉子轉速高於同步轉速時，處於發電工作狀態，而對於雙饋式電機來說，除了上述兩種工作狀態之外，還具有另外兩種工作狀態:(3)欠同步發電工作狀態，(4)過同步電動工作狀態。雙饋式感應發電機之欠同步與過同步轉速發電時之功率流向分別如圖一(a)及圖一(b)所示。其中，s為轉差率，Ps為DFIG定子輸出功率，Pg為DFIG輸出至電力系統

5、之功率。PWM電力轉換器PssPs(1-s)PsPgDFIGGearbox圖一(a)欠同步轉速發電(0

6、轉速固定於800至1600rpm之範圍內，產生穩定60Hz之高品質輸出。於風速超過14m/s時轉速固定於1440rpm，發電機輸出可達額定值1500KW。由於僅轉子回路中約20%~30%之輸出電力須經AC-DC-AC轉換器之調變，不似GearlessType風力發電機中所有之輸出電力均須調變，因此調變所產生之損失明顯減少，電力轉換器所佔之空間與重量亦顯著降低，在其額定容量之運轉效率可達97%以上。GE1.5se雙饋式感應發電機其運轉特性為：（1）過同步運轉模式(Over-synchronousmode)：以高於同步速度之轉速運轉，為高風速時之運轉模式，發電機定子輸出75%電力，轉子則經由電力

7、轉換器輸出約25%之電力。（2）同步運轉模式(Synchronousmode)：以同步速度轉速運轉，在部分負載工作範圍下，發電機定子負責輸出100%之電力。（3）欠同步運轉模式(Sub-synchronousmode)：以低於同步速度之轉速運轉，為低風速時之運轉模式，在部分或輕負載工作範圍下，發電機定子負責100%之電力輸出。圖二GE1.5se型風力發電機基本結構圖圖三繞線轉子感應發電機轉子之滑環(Slipr