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双馈风力发电系统采用的发电机为转子交流励磁发电机，其结构和绕组式异步发电机类似，但在转子上装有滑环。定子绕组直接接工频电网，转子绕组用变频器供以频率、幅值、相位都可改变的三相低频励磁电流。系统框图如图1所示，它主要由风力机、增速齿轮箱、双馈发动机、变频器和变压器组成。
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图1 双馈风力发电系统的基本结构
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为模拟自然界的风及其风力机的特性，本实验室研制了风速模拟系统样机，该系统的基本构成如图2所示，实验样机如图3所示。
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图2 风速模拟系统的基本结构
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图3 风速模拟系统实验样机
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（1）基本原理
风速模拟系统按照需求确定给定的风速，根据实测转速、模拟风力机特性计算出相应原动机的输出转矩，然后通过异步电机的矢量控制技术，控制异步电机的输出转矩。
（2）技术优点
1）采用异步电动机做原动机，克服直流电机不宜搭建大功率风电实验平台的缺点；
2）采用高性能的数字控制器TMS320F2812，可以模拟阵风、噪风等较复杂的风环境；
3）采用异步电机的矢量控制技术，具有较高的转矩动态响应，能够完全模拟风和风力机的特性。
（3）适用场合
该风速模拟系统适用于需要模拟风能和风力机特性的实验场合。 |
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双馈风力发电系统中的变频器可以采用双PWM变频器或矩阵变频器，基于双PWM变频器的风力发电系统样机如图4所示。
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图4 基于双PWM变频器的风力发电系统样机
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（1）基本原理
无论风速如何改变，当电机的转速变化时，利用变频器相应地调节输入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转速，定子感应电势频率即可保持定值，发电系统便可以实现变速恒频运行。在变速恒频风力发电系统中，双馈发电机结构较简单，给其励磁的变频器只需流过转差功率，所以可以做到很大的功率等级。
（2）技术特点
1）变频装置容量小，投资成本低；
2）变速运行范围宽，即可超同步运行也可以亚同步运行。
（3）适用场合
双馈风力发电系统主要用在风速较大、地面较空旷、风机叶片直径长、单机容量大的并网风场。
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