风力发电机的功率解耦计算

2024年3月29日发(作者：人物生涯访谈报告)

新能源

New Energy

风力发电机的功率解耦计算

内蒙古龙源蒙东新能源有限公司 于重阳

摘要：介绍一种双馈变流器的有功无功解耦算法，主要阐述定子功率与转子电流间的运算关系，并通过实验

数据对计算进行验证。

关键词：双馈发电机；风电机组；变流器

基金项目：国家能源投资集团科技项目

双

关系。

馈发电机为当前风力发电机组的大部

件之一，变流器经过矢量计算调节发

电机转子电流，使得机组能够变速恒

频运行。双馈变流器仅参与整机的

出功率，η为机组效率。

根据机组发电机转速，可通过机械功率求得定

子功率指令值（假设机组未主动限制功率或转矩）：

P

s

=

1

P，式中P

s

为定子有功功率，s为转差

1-s

mec

20%功率控制即可实现整机的有功、无功平滑调节，

其主要原理源于双馈发电机的解耦计算。本文主要

对双馈发电机的功率解耦计算进行阐述，讲述双馈

发电机定子有功、定子无功与转子dq轴电流之间的

率；可求得：I

sd

=P

s

/3U

s

，I

sq

=Q

s

/3U

s

，式中I

sd

为

定子d轴电流，I

sq

为定子q轴电流，U

s

为定子电压，

Q

s

为定子无功功率（一般只要抵消掉机组其他输出

无功即可，整机输出无功为0）。

根据d轴电流和磁链关系可得

[1]

：I

sd

(L

os

+L

m

)

=I

rd

×L

m

，式中L

os

为发电机定子漏感，L

m

为发电

机互感电感。即：I

rd

=I

sd

X

os

+X

m

L

os

+L

m

=I

sd

，式

L

m

X

m

1 双馈发电机单相稳态等效电路图

在双馈发电机单相稳态等效电路图中，I

s

为定

子电流，R

s

为定子电阻，jω

s

L

os

为定子漏抗，U

s

为

定子相电压，E

s

为定子的感应电动势，I

m

为虚拟励

磁电流。I

r

为折算到定子侧的转子电流，R

r

/s为折

算到定子侧的转子电阻，jω

s

L

σγ

为折算到定子侧的

转子漏抗，U

r

/s为折算到定子侧的转子相电压。

中X

os

为发电机定子漏抗，X

m

为发电机互感电抗。

根据q轴电流和磁链关系可得：I

sq

(L

os

+L

m

)

=I

rq

×L

m

=ψ

s

≈I

m

×L

m

，式中ψ

s

为定子磁链，I

m

为互

感电流。即：I

rq

=

≈

U

s

-I

sq

(X

os

+X

m

)

X

m

I

m

×L

m

-I

rq

(L

os

+L

m

)

L

m

=

I

m

×X

m

-I

rq

(X

os

+X

m

)

X

m

2 计算过程

可以通过机组的总输出功率求得机组的机械功

率：P

mec

=P/η，式中P

mec

为机械功率，P为机组输

。

综上可得：

Q

X

os

+X

m

U

s

-

s

×(X

os

+X

m

)

P

s

3U

s

I

rd

=

3U

×；I

rq

=

s

X

m

X

m

因此转子dq轴电流与定子有功、无功之间

存在上述等式关系。在双馈变流器中输入发电机

参数X

m

、X

σs

等，变流器即可根据上述等式，通

过控制转子dq轴电流达到控制定子有功无功的

图1 单相稳态等效电路

目的。

118 EPEM 2021.2

3 实验数据及计算结果对比

根据转子I

rd

及I

rq

可以求得转子模型电流

I

’

r

=；转子实际电流为I

r

=I

r

×u≈I

r

×(N

s

/

N

r

)，式中N

s

为发电机定子绕组匝数，N

r

为发电机

转子绕组匝数，u为发电机静态变比。

已知某发电机型号为永济1.5MW-YJ93A，电

机参数：X

m

=1.5642Ω,X

σs

=0.02754Ω。对该发电

机进行工作特性实验，实验数据如表1。通过上述推

导公式，计算结果如表2。由表1及表2可知，计算结

果与实验测试结果基本一致。

表1 工作特性实验数据

总功率转速定子电流定子电压转子电流I

r

（kW）

系数

（rpm）（A）（V）（A）

4230.9911

4790.9990

6370.9913

7280.9914

9930.9916

8510.9915

12200.9912

15220.9918

表2 推导计算结果

P

s

Q

s

I

sd

I

sq

I

rd

I

rq

转子电流

（kW）（kVar）（A）（A）（A）（A）I

r

（A）

581.0 137.3 487.6 115.2 496.2 136.7 176.8

608.8 127.6 510.9 107.1 519.9 145.0 185.5

742.4 118.9 622.1 99.6 633.0 152.9 223.8

787.8 136.3 659.2 114.1 670.8 138.6 235.4

857.8 106.0 711.6 88.0 724.1 167.4 255.4

936.2 263.9 790.2 222.7 804.1 25.8 276.5

1088.5 181.2 892.7 148.6 908.4 108.6 314.4

1281.0 217.6 1065.7 181.1 1084.5 71.9 373.5

4 拓展应用

目前双馈风力发电机组广泛用于风力发电领域，

但是双馈风力发电机组在实际使用时，发电机和变

流器会经常发生故障，两者故障率较高。又由于发

电机和变流器紧密联系在一起，两者的故障现象一

致，因此双馈风力发电机组会发出同一个故障信号

来表示发电机和变流器故障。但是在后期的维修过

程中，维修工人无法判断是发电机出现故障还是变

流器出现故障，故障原因很难划分。

对上述发电机还是变流器出现故障，目前主要

是在静态环境下（即在停机状态下）通过绝缘摇表

或者直阻测试仪对发电机进行电阻检测，但是此种

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检测在静态的时候检测是正常的，但是当发电机转

动起来双馈风力发电机组还是会发出故障信号，此

种静态的检测对发电机还是变流器出现故障容易判

断错误，实际错误故障不容易暴露，因此无法准确

判断是发电机故障还是变流器故障。

通过该计算方法，现场人员可以通过粗略计算

来判断风电机组双馈发电机或双馈变流器的故障。

工作过程中，若变流器检测转子电流值与计算值出

现明显偏差，说明双馈发电机励磁特性出现变化，

从某种角度上指明发电机已经出现了内部故障，故

障形式通常为绕组匝间短路、绝缘击穿等。

参考文献

[1]Gonzalo Fed Induction

Machine:Modeling and Control for Wind Energy

Generaton.2014,5.

（上接114页）

场实测的数据验证的该模型的正确性与适用性。

参考文献

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[2] and .“Using SCADA Data Fusion by

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[3],, .“Fault Diagnosis

for Large-Scale IP Networks Bad on Dynamic

Bayesian Model”2009 Fifth International

Conference on Natural Computation,Tianjin,2009.

[4]韩文虹,高淑婷.SOM离散化和IGA优化神经网

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[5]梁潇,王海峰,等. 基于贝叶斯网络的列控车载

设备故障诊断方法[J]. 铁道学报,2017,39(08):93-

100.

[6]刘浩然,丁攀,等.基于贝叶斯算法的中文垃圾邮

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[7]徐源音,柴玉梅,等.基于OCC模型和贝叶斯网

络的情绪句分类方法[J].计算机科学,2020,3.

2021.2 EPEM 119