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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设备故障诊断方法[J]. 铁道学报,2017,39(08):93-
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[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
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