目前随着全世界经济快速增长，对于能源的需求不可避免的急剧增加，但煤炭、天然气以及石油等能源的存量越来越紧张。由于风能是一种可再生的清洁能源，优势明显，因此风能便日益受到全世界的关注。最近几年，风能市场健康、平稳、较快地发展，2013年全国新增风电装机容量和并网容量分别为1608.9万千瓦、1449万千瓦，与2012年相比分别增长24%和23%。随着国家经济持续快速增长，2014年全国新增装机容量约占世界新增装机总容量的45%，达到了2335万千瓦，风电累计并网容量和上网电量分别为9581万千瓦和366亿千瓦时，较2013年分别增长24%和9%。随着国家经济战略的转型，对新型清洁能源的需求日益增强，政府加大对风电产业的投资力度，并有针对性地解决风电发展中遇到的问题，使风电更好地服务于国家经济的发展。进入2014年，风能已经成为国家清洁能源战略的重要组成部分，并网政策、补贴政策的落实以及特高压建设带来的弃风问题的缓解，风电装机有望在未来几年内保持快速增长。随着日前全球对环保节能的重视和技术的不断改良，在市场上，风能发电已经完全具有了与煤电竞争的能力。总而言之，风能作为新能源战略的一个重要组成部分，新宝会应加强对风力发电系统的研究。

由于风能的不可控性，导致风力发电机输出交流电的频率具有时变性，而当风力发电机并网发电时，要求输出频率和电网频率一致，为达到这一目标，目前世界上常采用的风力发电技术大体可分为恒速恒频和变速恒频两种发电方式。当前计算机控制技术和电力电子技术发展迅速，使得高品质的交流拖动系统得以实现，变速恒频发电方式以其前所未有的优势替代了恒速恒频发电方式。

用于变速恒频风力发电系统的发电机种类随着矢量控制技术、直接转矩控制和直接功率控制技术的发展而增多，如永磁发电机、绕线式转子异步发电机、交流励磁有刷双馈发电机、鼠笼式异步发电机、无刷双馈发电机、开关磁阻发电机等。其中鼠笼式异步发电机结构简单、坚固耐用、便于维护，但调速范围较窄，且其变频调速系统所需变频器功率大于电机功率，因此在大功率电机应用场合，系统成本将大幅提高，只适合应用于小功率风力发电。绕线转子异步发电机虽然可直接从外部控制转子电流，具有良好的调速性能，但其具有电刷和滑环，需要定期维护。永磁同步发电机具有结构简单、损耗低、效率高、功率因数高等优点，可以由风机直接驱动，广泛用于要求响应快速、调速范围宽的领域，但前几年永磁材料价格出现较大波动，增加了风力发电系统成本的不确定性。双馈发电机由于其功率绕组承担大部分功率，控制绕组只承担很小一部分功率，因此双馈发电机变频调速系统的变频器所需功率较小，只是滑差功率，节省了成本。然而由于电刷的存在，不仅使双馈发电机运行的可靠性降低了，还增加了发电机的运营成本。开关磁阻发电机结构简单，转动惯量高，但电磁转矩脉动较大，振动与噪声较严重。

随着全球对于风力发电的持续关注，无刷双馈发电机以其在风力发电领域的独特优势愈加受到国内外学者的关注。BDFG取消了电刷和集电环，提高了机械的稳定性，降低了维护成本，具有功率因数可调、效率高，电能质量好等优点，且在其构成的变速恒频发电系统中，流过变频器的功率是相对较小的转差功率，因此大大降低了系统中变频器的容量；当发电机转速发生变化，通过对控制绕电压的调节，保证输出电能的质量满足并网要求；但由于BDFG的定子上存在极数不同的功率绕组和控制绕组，因此其内部磁场关系要比常规感应发电机复杂很多，正是由于复杂的磁场关系，如何对其进行有效控制已成为BDFG迫切需要解决的难点、热点问题，特别是发电机的并网控制、转矩控制、功率解耦控制等。

直接功率控制方法基于直接转矩控制思想，并且结合了瞬时功率理论，它和直接转矩控制一样采用滞环比较器和开关表的控制方案。这种控制方法无需旋转坐标变换和电流内环控制，简化了控制结构，直接对发电系统中最为重要的有功功率和无功功率，并且可以实现单位功率因数控制，所以特别适合应用在风力发电系统中。当今国内外许多专家学者已经展开了对双馈异步风力发电机的直接功率控制策略的研究工作，但这种发电机的缺点非常明显，有电刷结构，需要经常维护。BDFG继承了双馈异步发电机所有优点的同时，更省去了电刷结构，节省了维护费用，因此，对BDFG的直接功率控制方法研究将是未来电机控制学科和风电技术的重点研究方向之一。

随着科技的进步，对风力发电机的控制精度要求越来越高，传统的两电平变流器已经无法满足高精度的控制需求。三电平变流器逐渐走进人们的视野，但三电平变流器的造价昂贵，控制难度大，极大地阻碍了其在风力发电领域的应用。本文为解决这个难题，提出了一种开绕组无刷双馈发电机结构，将BDFG的控制绕组节点处打开，控制绕组两端同时串接两个两电平变流器，这样通过两个两电平变流器的协调控制，不仅可以达到三电平变流器的控制效果，更可以减小谐波，减少系统损耗，且每一相电流可以独立控制，使得系统控制策略更加灵活。

• 上一篇：电力系统稳定性控制对象的概述
• 下一篇：发电机内燃机结构变化趋势