永磁直驱风力发电机E0低于电网电压能发电吗？

张老五

回复 19# 电机小学生


    前面的问题我回答不了，不过你的推测倒是可以废话几句。
先不说什么多级变压器，一级变压器跟十级变压器，对你的问题来说是一样的。
别忘了，发电机后面是有变流器的，变流器变的不只是电压，也有频率。所以，发电机的转速在一定范围内是可以变化的，由此带来的频率变化，其实无所谓，因为不管频率多少，经过变流器时都是先整流再逆变。

标准答案

1 理论上，同步电机（无论是永磁还是电励磁）直接并无穷大电网运行，无论E0是多大，都能够做发电机或电动运行，只要是静态稳定的（功角小于90°）。欠励时（E0小于U），发电机功率因数为超前，电枢反应起助磁作用。但是在风力发电领域，采用同步发电机直接并网的机组目前还很少，需要采用一些技术措施（如采用液力耦合的方式）保证发电机的输入转速恒定，才能让发电机直接并网，所以讨论这种情况目前意义不大。
2 目前采用同步电机的主流机型中，大多是同步电机通过变频器后并网，这种情况E0小于U时能否发电要根据变频器的不同种类来说。
2.1 若变频器的整流部分采用不可控整流，且直流环节又没有泵升电路（boost电路），则发电机的端电压必须大于电网电压才能向电网输出有功功率（或者说才能发电），否则是万万不能的。
2.2 若变频器的整流部分采用不可控整流，且直流环节有泵升电路（boost电路），则发电机的端电压小于电网电压时也能向电网输出有功功率，至于小到多少还能发电，发电功率会有多大，取决于泵升电路中的电感，理论上E0可以任意小，只要电感足够大或发电功率足够小就能保持发电状态，但实际上当风速很小时，电机转速很低电压也很低，此时风轮捕获的功率已很小（风含功率与风速的三次方成正比），此时再让发电机发电，其功率尚不够满足机组本身的耗电功率，这就没有意义了，因此风电机组都有个切入风速，太小了就不在运行了，据本人的经验，发电机的端电压在50伏左右，还是可以“泵”到电网电压的，但实际的兆瓦级以上机组中一般在线电压为150伏以上运行可能才有意义，低于这个值一般就不再发电了。
2.3 目前直驱型风电机组广泛采用的是四象限的变流器，即所谓“背靠背”的变流器，整流和逆变侧均采用IGBT进行PWM控制，这种变频器的控制策略通常是逆变侧（网侧）采用直流恒压控制，整流侧（机侧）采用转矩控制（直接转矩控制或矢量控制），这种变频器的直流母线电压完全被电网嵌制，无论电机端电压多少，直流母线电压是不变的，只要发电机有功率输入就能够发电，理论上机组可以0转速并网，即端电压为0时也可以并网，风轮一转就可以发电，但同样有一个划算不划算的问题。事实上这种机组还专门要把永磁电机做成欠励磁状态的呢。

电机学徒工

1 理论上，同步电机（无论是永磁还是电励磁）直接并无穷大电网运行，无论E0是多大，都能够做发电机或电动运 ...
标准答案 发表于 2010-10-19 17:27

                               
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看了一下楼上的回答，基本上2楼和您的回答是正确的。想在这里请教一下，电机欠励运行，会不会导致不稳定问题？

标准答案

没错，电机欠励运行时的确存在静态稳定问题，所以我的帖子里也说了，“只要是静态稳定的（功角小于90°）”，好在风力发电机中往往在低速时端电压才较低，而此时输出的功率会更低，所以静态稳定问题就会大大缓解，带变频器时通过控制更不会出现静态失稳问题。

电机小学生

回复 22# 标准答案


    谢谢李师爷的指导  ，受益匪浅啊！  谢谢您！

标准答案

哈哈，怎么都叫我李师爷呢？我有那么老吗？看来得服老了！
关于这个问题我正在写一篇这方面的论文，到时可以进一步交流。

zengxiaodong

回复 22# 标准答案


    标准答案的回复让我很感动，但是我并不佩服您的技术知识，因为这确实是属于ABC级别的内容，我佩服的是您的勇气、正气还有良知！

zengxiaodong

回复 23# 电机学徒工


    您是我的“马甲”，这个帽子已经被人硬戴在您的头上！您确实是一个正气浩然的君子，昨天晚上就有人发短信告知我您的表现，我流泪了！今天晚上还有人发短信告知我您的处境，正因为此短信我深夜才起床上网！

西莫现在已经乌烟瘴气，但是大家一定要知道这只是暂时的和表面的，邪一定不能压正！

我不是一个人在战斗，您也不是！

tjulix

回复 26# 标准答案


    期待，我对这个问题也很感兴趣，请多指教

电机小学生

回复 22# 标准答案


   请问李师爷


“整流侧（机侧）采用转矩控制（直接转矩控制或矢量控制）”

发电机的  矢量控制  是怎么回事呢  ？  为什么发电机还要控制转矩呢？


“事实上这种机组还专门要把永磁电机做成欠励磁状态的呢。”

为什么要做成欠励状态呢？  

还有就是既然多少都能发出电来，用户要求的 额定电压U=690V的意义是什么呢？    是国标要求吗？



再次谢谢您了！

zengxiaodong

回复 9# tjulix


    ...说到中间环节，我的先更正一下某位同学的观点：整流是整流，逆变是逆变，变频器一般包括整流和逆变模块。三者严格不等...


这里面有一个误解，我前面的帖子里说的是PWM整流器，并非是简单的二极管不控整流器或者晶闸管相控整流器。PWM整流器与PWM逆变器完全是一回事而不是两回事，我想稍微了解一点这方面知识的人都很明白无误。以双PWM变流器为例，对于电压来说其要求是：中间高，两头低！也就是中间直流母线电压一定要高于输入和输出端（直流电压以平均值，交流电压以最大值）才能正常工作，这里面所谓输入和输出其实也是不确定的，因为不管能量流向如何，都是适用的！

好了就以发电机10V，直流母线电压1000伏，电网电压690V来进行说明，这里面对于10V的问题很多人的回答是完全不切题的，说什么切入风速等等，其实毫无关系，只要低于切入风速就是把发电机的电压设计成100000伏也是发不出电来的！提问者的本意是：“假如在全转速全功率运行时，发电机设计电压为10V，能否把电能送向电网？”       我对此的回答是：完全可以！

电蚊拍3V的电池都可以轻易升高到几万伏甚至更高，区区10伏升高到690伏岂不是小菜一碟？问题不在这里，而在于经济合理性！功率是电压和电流的乘积，功率一定的情况下电压用足就可以使得电流最小化。为什么没有人设计成10V电压呢？因为会导致电流非常巨大，变流器成本和输电电缆等等成本无法承受，仅此而已！

为什么长距离输电线路要采用高压？为什么要采用高压电机？为什么PWM调制要关心电压利用率？为什么矩阵变频器电压利用率让人耿耿于怀？甚至功率因数要尽量高？道理是相同的，那就是电流起了关键的控制作用，成本、发热等等更多地由电流决定！

前面我说过要透彻地理解这些问题，必须要对于PWM的换流过程有细节上的了解，最最速成的办法是找到陈伯时的《电力拖动自动控制系统》，翻到直流电机PWM调速这一章，仔细阅读全桥变流的工作过程，仅需1小时就足够了！大家就会明白PWM的过程确实就是电动发电的切换过程，续流二极管的作用也在于此，事实上PWM开关的频率有多高，电动发电切换的过程就有多快！正所谓：“将欲取之，必先予之”，是为证！

zengxiaodong

回复 14# 张老五


    ...可惜正主不在，也许是出门在外，不方便查资料吧？...

这个问题倒用不着查什么资料，都是变频调速最最基本的原理，属于ABC级别的知识。感觉到难以想象的原因也是很简单的，那就是对于PWM整流逆变的具体工作细节不够了解，尤其是关于电压源、电流源变频器，还有无功能量的交换和处理方式没有整体观念造成的！

我想问大家一个问题，假设用变频器驱动一个永磁同步电机，还是以2楼的塔吊为例，是不是即可以起吊重物也可以下放重物呢？起吊重物时属于电动状态，下放重物时属于发电状态。起吊重物时属于PWM逆变器，下放时属于PWM整流器，两者无缝切换，因为它们本来就是同一个东西！

好，既然用了永磁同步电机变频器驱动，必然会要求能够调速，而且还是有很宽的调速范围，同样的重物假设塔吊调速到额定速度的1％运行，是不是还是既可以起升又可以下降呢？至于下降时能不能发出电来，是由能量转换的效率决定的（发出的电太少不足以抵消线路损耗），而不是由电压决定的。其实对于变频器永磁同步电机系统来说，调速比达到1：10000也是不奇怪的，也就是说电机转速和反电势为额定值的万分之一也可以正常工作的，不过此时追求的并非是能量方面的指标而已——————效率近乎为零！

但是假如塔吊永磁电机在额定转速时的额定反电势设计成10伏，则不一样了，全负荷全速度下放重物时，电机将发出全功率而且效率也一样很高，只要变流器的电流能力能够达到合适匹配的数值，就会有同样多的能量反馈到中间直流母线，并不存在不能发电的问题。

张老五

回复 32# zengxiaodong


    既然效率为0，又有何意义？没有意义的东西，多说无益。
对了，还不仅是效率为0，效率还有为负的时候

电机学徒工

回复  zengxiaodong


    既然效率为0，又有何意义？没有意义的东西，多说无益。
对了，还不仅是效率 ...
张老五 发表于 2010-10-23 16:14

                               
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请问，效率何时会为负啊？

圣力

回复 1# 电机小学生
不是很懂，瞎掺和一下。

窃以为发电机输出的电压要远远高于其变频器提供给电网的电压，（如果变频器输出是380v，那发电机的输入电压就有可能是600v-1200v，整流后再通过脉宽调制形成380的稳定直流电压，再提供给变频器变频后输出）只要发电机工作在额定转速范围就不可能出现发不出电的问题。
稳定直流电压也可以在整流时控制可控硅的导通角实现。

标准答案

回复 27# zengxiaodong


    多谢曾老师的褒奖！论坛技术讨论没有必要那么激动，各自发表不同的技术观点很正常，谈不上什么勇气、正气、良知什么的。我的观点也不一定对，讨论吗！真理越辩越明！
   至于我的技术知识的确没有什么值得你佩服的，回帖中也存在许多错误的地方，欢迎您以及其他网友指正！倒是曾老师理论功底深厚，让俺学到很多东西，再次对你为论坛做出的贡献表示感谢！

标准答案

回复 28# zengxiaodong

我觉得曾老师过于激动了！这里不至于乌烟瘴气！更不存在什么“战斗”之类的那么残酷，技术讨论激烈一些我认为不仅是正常的，而且是有利于论坛发展的，正因为这样激烈的争论，才使得我坛的讨论质量和人气大增！我认为只要是技术范畴的讨论，再激烈也不为过！我们只针对技术不对人！不得有侮辱人格的言辞和违反论坛规则的小动作出现，否则将按照论坛里的规矩严肃处理！另外还有一个不容忽视的问题，就是一些伪科学的东西，我们允许他们充分发表观点，但应该及时驳斥和揭穿他们“伪”的方面，这才能体现我坛的即有大乃容，又弘扬科学精神的浩然正气！对此我们论坛的所有会员都责无旁贷，特别是曾老师这样的技术精英，请你擦干“眼泪”继续为论坛的发展“战斗”吧！

zengxiaodong

回复 37# 标准答案


    想请您分析一下双PWM变流永磁直驱发电系统，当发电机过励时的运行情况，或者说发电机容性运转时的情况。

张老五

回复 34# 电机学徒工


    效率何时为负？
当一个以发电为目的的设备，向电网提供的能量，小于由于这台设备的投入，从而使电网增加的损耗时，可以认为此设备的效率是负！
这不是严格的定义，这是我的私人看法

zengxiaodong

回复 6# 张老五


    ...同学们，最新消息，变压器行业可以消亡了，因为不管电压有多低，只要有曾老师的变流器存在，想升多高，就能升多高。...

多么有趣的看法，请大家评价一下！