随着电力系统输电电压的提高，线路的增长，当线路的传输功率低于自然功率时，线路和电站将出现持续的工频过电压。为改善系统的运行特性，不少技术先进的国家，在16世纪初开始研究异步发电机（异步发电机是利用定子与转子间气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用的一种交流发电机。）在大电力系统中的应用问题，并认为系统采用异步发电机后，可提高系统的稳定性，可靠性和运行的经济性。

双馈发电机优缺点

1. 主要优点：笼型转子异步发电机结构简单，牢固，特别适合于高圆周速度电机。无集电环和碳刷，可靠性高，不受使用场所限制。由于无转子励磁磁场，不需要同期及电压调节装置，电站设备简化。负荷控制十分简单，多数情况下不需水轮机调速器，水轮机可全速运行或在锁定导叶开度下在一定转速范围内变速运行。异步发电机尽管可能出现功率摇摆现象，但无同步发电机类似的振荡和失步问题。并网操作简便。

2. 主要缺点：大容量异步发电机必须与同步发电机并列运行或接入电网运行，由同步发电机或电网提供自身所需的励磁无功，因此异步发电机是电网的无功负载。尽管从原理上说异步发电机可以借助于电容器孤立运行在自激状态，但处于这种运行状态时，发电机调压能力很弱，当发电机达到临界负荷，将引起电压崩溃。异步发电机的励磁一般而言可由同步发电机，电网或静止电容器提供。具体的励磁提供方式由电站类型或电网运行条件决定。虽然异步发电机不能提供自身和负载所需的无功，可能是一个缺陷，但当其使用恰当时，可作为电网无功优化的一种手段。并将会对电站和电网带来明显的技术经济效益。

双馈发电机经济性比较

1. 异步发电机装备的电站由于无需直流励磁系统，同期装置，电站投资费用低。

2. 由于无集电环，电刷，转子励磁绕组，因此维护及运行费用低。

3. 异步发电机转子为隐极及无同步发电机类似的转子绕组，因此一般效率高于同容量同转速的同步发电机。相同的水源下，采用异步发电机可多发电。

4. 异步发电机的上述经济性优势将会由于异步发电机所需励磁(或附加同步容量或附加电容器)受到部分抵消。

5. 异步发电机所需励磁的大小与电机的额定转速成反比(即与电机的极对数成正比)，转速越高，标幺值励磁越低。

6. 异步发电机电站厂房面积较同步发电机电站厂房面积小。

双馈电机与普通的绕线式感应电机类似，采用的发电机为转子双馈发电机，定子绕组与电网直接相连，转子绕组通过变频器供以频率、幅值、相位和相序都可改变的三相低频励磁电流。无论风速发生怎样的变化，当电机的转速改变时，通过变频器调节转子的励磁电流频率来改变转子磁势的旋转速度，使转子磁势相对于定子的转速始终是同步的，定子感应电势频率即可保持定值，发电系统便可做到变速恒频运行。此种结构的发电机是通过对其转差频率的控制，来实现发电机的双馈调速。由于控制方案是在电机的转子侧实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，转差功率仅为发电机定子额定功率的1/4至1/3，所以功率转换装置的容量小、电压低，变频器的成本大为降低，系统容易设计与整理。这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减小变频器的容量外，还可调节励磁电流的相位，达到改变功率角使发电机稳定运行的目的，所以可吸收更多无功功率，参与电网的无功功率调节，解决电网电压升高的弊病，从而提高电网运行效率、电能质量与稳定性。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷，电刷和滑环之间的机械磨损会影响电机的寿命，需要经常维护，这种风力发电机技术已经商品化，能生产出MW级风力发电系统。

交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机。交流励磁发电机由于转子方采用交流电压励磁，使其具有灵活的运行方式，在解决电站持续工频过电压、变速恒频发电、抽水蓄能电站电动-发电机组的调速等问题方面有着传统同步发电机无法比拟的优越性。

交流励磁发电机主要的运行方式有以下三种：

1)运行于变速恒频方式；

2)运行于无功大范围调节的方式；

3)运行于发电-电动方式。

现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。

第一章 风力发电概述

第一节 风力发电的研究背景

第二节 双馈风力发电概述

第三节 交流励磁电源的控制

第四节 双馈风力发电的故障穿越控制技术

第二章 风力机基础技术

第一节 风资源基础分析

第二节 风力机结构

第三节 风力机功率调节技术

第三章 双馈发电机的矢量控制技术

第一节 双馈发电机的工作方式

第二节 双馈发电机的模型

第三节 双馈发电机的功率关系分析

第四节 双馈发电机的控制技术

第四章 交流励磁电源的控制技术

第一节 PWM变流器概述

第二节 PWM变流器的模型

第三节 PWM变流器的优化控制技术

第四节 PWM变流器的比例积分谐振控制技术

第五节 交流励磁电源的比例积分谐振控制技术

第五章 双馈风力发电机组故障穿越控制

第一节 双馈风力发电机组故障特性分析

第二节 双馈风力发电机组故障穿越控制

第三节 仿真分析

第六章 双馈风力发电机组的系统设计

第一节 双馈风力发电机组实验系统

第二节 双馈风力发电机组的控制软件

第七章 风力发电研究总结与展望

第一节 研究总结

第二节 行业展望

附录

附录1主要符号表

附录2主要偏略语表

参考文献2100433B

包括增速齿轮箱、双馈发电机系统和部分功率变换器的风力发电机组。参见“风力发电机组”（331页）。

机组可以在可变的叶轮转速和可调的桨距角下运行，通过改变桨距角调整叶轮的能量捕获，通过叶轮转速的变化，可以使双馈发电机运行在同步速之下或同步速之上，采用仿真工具可以描绘出整个机组的能流关系曲线。 2100433B