1.双馈式风力发电机组基本组成

目前广泛应用交流励磁变速恒频双馈风力发电技术，采用双馈式异步发电机，定子直接接到电网上，转子在三相变流器的控制下实现交流励磁，保持定子恒频恒压输出，双馈式异步发电机的交流励磁变速恒频风力发电示意，如图3-8所示。

图3-8 双馈式异步发电机的交流励磁变速恒频风力发电示意

变速恒频双馈式发电机组运行过程中，定子绕组并网，而转子绕组外接转差频率电源实现交流励磁，变速恒频双馈式发电机组运行原理如图3-9所示。双馈式风力发电机组基本组成如图3-10所示。

图3-9 变速恒频双馈发电机组运行原理

2.双馈式风力发电机组并网控制

双馈式风力发电机组可以实现无冲击并网。首先，机组在自检正常的情况下，叶轮处于自由运动状态。然后，当风速满足起动条件且叶轮正对风向，变桨执行机构驱动桨叶至最佳桨距角。接着当叶轮带动发电机转速至切入转速后，变桨机构不断调整桨距角，将发电机空载转速保持在切入转速上。此时，风力发电机组主控制系统则发出命令给变流器，使之执行并网操作。

图3-10 双馈式风力发电机组基本组成

变流器在得到并网命令后，首先以预充电回路对直流母线进行限流充电，在电容电压提升至一定程度后，网侧变流器进行调制，并建立稳定的直流母线电压，而后发电机侧变流器进行调制。在基本稳定的发电机转速下，通过网侧变流器对励磁电流幅值、相位和频率进行控制，使发电机定子空载电压的幅值、相位和频率与电网电压的幅值、相位和频率严格对应，在这样的条件下闭合并网断路器，实现准同步并网。(www.daowen.com)

由于双馈发电机组的并网方式类似于传统的同步发电机组，并网电流很小，即在并网过程中对传动轴系的机械冲击也很小。根据WD77（1500kW）双馈机组实测数据，其并网电流一般小于100A。图3-11所示的发电机定子并网电流的实测数据小于30A，体现了极佳的并网性能。

实现最大风能捕获和追踪的关键是根据风速调节发电机的转速，这是通过调节发电机输出有功功率，控制发电机电磁阻转矩来实现的。变速恒频发电运行发电机输出有功功率P_有、无功功率P_无的独立调节又是通过矢量变换控制策略对发电机进行控制，进而控制励磁用双PWM变频器的输出电压来完成的，风力发电机组的工作特性曲线如图3-12所示。

在机组并网过程中，若机组遵循A-B曲线，则并网后发电机转速会因为加载而下降，一般并网转速点约在1300r/min。若机组并网遵循A₁-B曲线，则在并网前、后转速保持恒定，更有利于控制并网电流，是一种更为先进的并网控制模式。WD77（1500kW）机组的并网转速点在1030r/min，采用该方式能在更大转速范围达到最优曲线，从而获得更大的能量输出。

图3-11 WD77（1500kW）双馈机组并网

图3-12 风力发电机组的工作特性曲线

在并网完成后，变桨系统逐渐驱动桨距角至最佳桨角位置，增大从风中获取的机械功率。机组电能输出从零功率到满功率的提升过程可以被控制在约40s。WD77（1500kW）双馈风力发电机组发电机定子并网电流过渡（平均风速11m/s）如图3-13所示。

近几年进入风力发电领域的变速恒频双馈式风力发电机组，已逐渐成为风力发电机组的主流机型，其主要特点是在全桨变距有限变速风力发电机组的基础上，采用了转速可以在大范围变化的双馈式异步发电机及相应的电力电子技术，通过对最佳叶尖速比的跟踪，使得风力发电机组在所有的风速下均可获得最佳的功率输出。

图3-13 WD77（1500kW）双馈风力发电机组发电机定子并网电流过渡（平均风速11m/s）