內(nèi)饋發(fā)電原理和特點

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1、一種新型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)內(nèi)饋發(fā)電的原理與特點作者屈維謙（未經(jīng)作者許可，請勿轉(zhuǎn)載、引用）緒言異步電機雙饋控制（簡稱雙饋）是于上世紀中期發(fā)展起來的交流調(diào)速技術(shù)，當時主要用于異步電動機，直到上世紀末期，由于風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展，雙饋調(diào)速才廣泛用于異步發(fā)電機，現(xiàn)已經(jīng)成為風(fēng)力異步發(fā)電的主導(dǎo)。雙饋異步發(fā)電具有效率、功率因數(shù)高，調(diào)速范圍寬，適應(yīng)轉(zhuǎn)速變化大等優(yōu)點，但是，實踐表明，雙饋發(fā)電（包括電動）也存在一些不足和缺陷，其中主要有(一)附加電源外置，且和轉(zhuǎn)子須電壓相適配。如以定子主電源為附加電源，主電源須采用較低電壓（例如目前普遍采用的690V），以兼顧轉(zhuǎn)子和半導(dǎo)體變流控制裝

2、置的需要。低壓發(fā)電電流增大，雙饋發(fā)電機和輸電線路的損耗按電流的平方率增高，導(dǎo)致發(fā)電效率降低；如主電源采用6—10KV高壓，則要外附變壓器，通過降壓以產(chǎn)生所需的附加電源。由此導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，成本增高，且安裝不便。(二)在絕大多數(shù)的亞同步發(fā)電工況下，異步發(fā)電機的定子發(fā)電功率中含有附加電源供給的控制功率，該功率以電能形式在附加電源——雙饋系統(tǒng)——主電源間無謂循環(huán)，造成損耗和發(fā)熱。(三)異步發(fā)電機的滑環(huán)、電刷磨損率較高，可靠性較差，使得發(fā)電機的運行可靠性降低，維護量大，運行成本高，尤其對于風(fēng)力發(fā)電的特殊環(huán)境，這一問題顯得尤為突出。以上的問題，技術(shù)上緣于異步發(fā)電

3、機主體，由于雙饋電機實際就是普通的繞線異步電機，在其設(shè)計時，并未慮及雙饋發(fā)電（或電動）的附加電勢需求，因此，附加電源只能由外部提供，并由此產(chǎn)生了上述的前兩個問題。而深層次的問題緣于電機理論，究竟雙饋發(fā)電的原理何在？目前眾說紛紜，如傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)差率說，轉(zhuǎn)子變頻說以及異步化同步電機說等，凡此種種，各抒己見，迄今尚未達成一致。由此可見，雙饋風(fēng)力發(fā)電在理論和技術(shù)方面尚且任重而道遠。顯然，深入研究雙饋發(fā)電的理論和技術(shù)不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值，而且對于風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。為此，本文在近二十多年的“內(nèi)饋電動機調(diào)速”實踐和理論研究基礎(chǔ)之上，提出一種新的“內(nèi)饋風(fēng)力

4、發(fā)電”技術(shù)以及相關(guān)的理論，希望引起有關(guān)學(xué)術(shù)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的關(guān)注和討論，以推動我國的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展。1.內(nèi)饋發(fā)電的基本原理內(nèi)饋和雙饋的發(fā)電（以及電動）運行原理同屬于異步電機的附加電勢控制，兩者的基本原理是一致的。關(guān)于附加電勢控制的發(fā)電原理，文獻1、2已有較為詳盡的論述，為了方便閱讀，將其主要結(jié)論簡述如下。1)異步發(fā)電機的功率流程為：轉(zhuǎn)子功率—→電磁功率—→定子功率，故按照能量守恒，必然有＞,以及＞。鑒于亞同步時，轉(zhuǎn)子輸入的機械功率小于其電磁功率，電機只能電動而不能發(fā)電；而超同步時，機械功率可能過大于電磁功率，導(dǎo)致發(fā)電過載。為此，轉(zhuǎn)子除了要輸入機械功率之外，

5、還要通過附加電源輸入或輸出一定的控制功率，以使即（1）轉(zhuǎn)子發(fā)電的電磁功率則為（2）其中，對應(yīng)于亞同步發(fā)電，對應(yīng)于超同步發(fā)電，為轉(zhuǎn)子回路的總損耗功率。2)機——電能量轉(zhuǎn)換必須通過機械轉(zhuǎn)矩的作用和電磁轉(zhuǎn)矩的反作用方能實現(xiàn)，據(jù)此，雙饋發(fā)電須滿足普適的＜0（3）條件，即電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、機械轉(zhuǎn)矩的方向相反，為此，須使轉(zhuǎn)子電流與開路電勢的相角大于90○，即的有功電流和反相。而且當發(fā)電機穩(wěn)定運行時，電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩相平衡，即。1)以上是異步機附加電勢發(fā)電的核心原理，歸結(jié)二者，有n＞n0K（4）即電機轉(zhuǎn)速n須大于對應(yīng)的理想轉(zhuǎn)速n0K，且（5）即異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為理想轉(zhuǎn)

6、速與轉(zhuǎn)速降之和。以上的正定理和逆定理均成立，結(jié)論具有可逆性。圖1是按照上述原理得出的雙饋發(fā)電的功率轉(zhuǎn)換模型和系統(tǒng)原理。圖1a雙饋發(fā)電的功率轉(zhuǎn)換模型圖1b雙饋發(fā)電的系統(tǒng)原理1.內(nèi)饋發(fā)電機的繞組功率與電壓內(nèi)饋發(fā)電系統(tǒng)的原理如圖2所示。圖2a內(nèi)饋發(fā)電的功率轉(zhuǎn)換模型圖2b內(nèi)饋發(fā)電的系統(tǒng)原理對比雙饋發(fā)電系統(tǒng)，內(nèi)饋發(fā)電的典型特點是附加電源（電勢）內(nèi)置于電機內(nèi)部，即內(nèi)置附加電勢（電源）。參考圖3的內(nèi)饋電機，圖3內(nèi)饋電機的繞組原理電機除了具有普通繞線型異步機的定子W1和轉(zhuǎn)子W2之外，定子鐵芯上還具有“內(nèi)饋繞組”W3。內(nèi)饋繞組通常和定子繞組通槽嵌放并相互絕緣，從而形成變壓

7、器的電磁感應(yīng)，當定子繞組接通電源時，內(nèi)饋繞組即產(chǎn)生感應(yīng)電勢，且（6）其中，、分別為定子繞組和內(nèi)饋繞組的繞組系數(shù)；、分別為定子繞組和內(nèi)饋繞組的有效串聯(lián)匝數(shù)，可見，當內(nèi)饋電機確定之后，即為基本不變的常量，且頻率恒為工頻。1)內(nèi)饋繞組和轉(zhuǎn)子的功率首先說明，為了區(qū)別功率流向以便于表達，應(yīng)該確定功率的正方向，現(xiàn)以輸入功率為正，則輸出功率為負，電機發(fā)電和電動的，本文以發(fā)電狀態(tài)為功率的正方向，電動狀態(tài)則為功率的負方向。內(nèi)饋電勢作為附加電勢通過變流控制裝置與轉(zhuǎn)子相聯(lián)，作用和雙饋發(fā)電的附加電勢完全相同。當亞同步發(fā)電時，內(nèi)饋繞組工作于電動狀態(tài)，此時，內(nèi)饋電勢與轉(zhuǎn)差電勢基本反

8、相，且的有功分量大于轉(zhuǎn)差電勢，即,內(nèi)饋繞組向轉(zhuǎn)子輸出控制功率，（對于轉(zhuǎn)子而言為，