28、大型风力发电机的建模、设计与控制

大型风力发电机的建模、设计与控制

在可再生能源领域，风力发电是一种重要的能源获取方式。大型风力发电机的性能、设计和控制对于提高风能转换效率至关重要。本文将详细介绍几种常见的高速大功率风力发电机，包括双馈感应发电机（DFIG）、笼型感应发电机（CRIG）和直流励磁同步发电机（DCE - SG），重点探讨DCE - SG的相关特性。

1. DCE - SG的应用与特性

DCE - SG目前主要作为直接驱动发电机应用于大型风能转换装置中。不过，它在1G或3(4)G传动驱动中的应用也颇具优势：
- 消除永磁体（或通过混合励磁减少每千瓦永磁体的重量）。
- 电机侧仅需使用二极管整流器，依靠直流过励磁电流控制器即可将功率输送到风电场的公共直流电压母线。

超导同步发电机（SC - SG）虽可用于高达10 MW的直接驱动系统，但为使发电机和功率转换器保持合理频率，它更适合1G传动驱动。超导SC - SCG有铁背芯（工作频率2.2 Hz）和空气背芯（工作频率0.833 Hz）两种类型，效率可达96.4%，但它无法进行空载电压控制，可当作内部电感极低的永磁同步发电机（PMSG）来控制。

2. DCE - SG的模型与分析

2.1 稳态相电路模型

DCE - SG的稳态相电路模型较为标准，其方程如下：
[
\begin{cases}
i_sR_s + j\omega_1\psi_s = -V_s \
\psi_d = L_{dm}I_F + L_di_d \
\psi_q = L_qi_q \
T_e = \frac{3}{2}p[L_{dm}I_Fi_q