双馈调速技术在双馈风力发电机试验中的应用

测试技术与检测设备ξEM

CA

2008,35(1)

双馈调速技术在双馈风力发电机试验中的应用

和小林,　赵继敏

(上海交通大学,上海　200030)

摘　要:目前国内尚未制定统一的变速恒频双馈风力发电机(以下简称双馈发电机)负载试验方法。根据双馈发电机的应用特点以及相关的国内外标准,结合双馈调速技术,采用了发电机并网试验的方法。通过验证该方法是切实可行的。

关键词:变速恒频;双馈风力发电机;并网试验;同步发电机;异步发电机

中图分类号:TM306∶TM315　　文献标识码:A　文章编号:167326540(2008)01200462ApplicationofDoublyFedSpeedFed

WindXlin,i2min

Shanghai200030,China)

tpisn’uniformstandardofloadtestmethodforVSCFdoublyfedwindpowergenerator

(theffedgeneratorforshort)inourcountry.Weadoptgridconnectionloadtestmethodac2cordingtoapplicationfeatureofdoublyfedgenerator,relativestandardsanddoublyfedvariablespeedtechnolo2gy.Themethodofgridconnectiontestispracticalthroughtestandverify.

Keywords:VSCF;doublyfedwindpowergenerator;gridconnectiontest;synchronousgenerator;a2synchronousgenerator

0　引　言

风力发电以其无污染和可再生性,日益受到

世界各国的广泛重视,近年来得到迅速发展,而风力发电机的国产化也在不断加快步伐。把双馈调速技术运用于双馈发电机的试验中,通过对双馈发电机负载试验方法、负载特性的研究,对双馈发电机的设计验证有重要的现实意义。

式中:f1———感应电势E1的频率,

π=(ω2+ωR)/2π=f2+fR;f1=ω1/2

W1———定子一相绕组的匝数;kW1———定子基波绕组系数;

Φ———每极磁通。

当定子绕组接通负载后,发电机定子绕组输出相电压为

U1=E1-I1(rX1)1+j

1　双馈发电机的工作原理

双馈发电机的转子三相绕组用可调节频率、

幅值、相序、相位的三相交流电流激励。转子三相对称绕组从变频器获得的调频三相交流电流,在电机气隙内建立起一个相对转子表面角速度为ω2的旋转磁场。同时,转子又由原动机驱动以ωR角速度旋转,因此气隙磁场的合成转速为ω1=ω2+ωR。这个旋转磁场切割定子绕组,感应出相电动势

E1=4.44f1W1kW1Φ

—4

6—

(2)

式中:I1———为定子相电流;

r1,X1———定子一相绕组的电阻和漏抗。图1为双馈发电机的T型等效电路(忽略铁耗)。图中:r′、X′2/s2分别为折算到定子侧的转子一相绕组的电阻和漏抗,s=ω2/ω1为转差率;

I′U′2、2/s为折算到定子侧的转子相电流和变频

(1)

器输出相电压;I0为空载电流(忽略了铁耗时即为励磁电流);Xm为励磁电抗。　　由等效电路获得的电势平衡方程式为

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的变速恒频控制。当nr<

n1(n1为双馈发电机的同步转速)时

,双馈发电机处于亚同步速运行,f2取正号,双向变频器向转子绕组提供交流励磁及有功功率;当nr>n1时,双馈发电机处于超同步速运行,f2取负号,此时变频器向转子绕组提供交流励磁,同时转子绕组输出有功功率,这时达到定、转子同时输出功率,即双馈发电;当nr=n1时,f2=0,变频器向转子绕组提供直流励磁,此时双馈发电机可作为同步发电机运行,变频器仅供励磁电流。

,V”形曲线,2。

,调节转子励磁电流可以控,过励磁时功率因数滞后,欠励磁时功率因数超前。

图1　双馈发电机的等效电路

U′X′2/s=j(I′2+I1)Xm+r′2/sI′2+j2I′2U1=-j(I′X1I12+I1)Xm-r1I1-j

(3)

式中,I′2+I1=I0。

由式(3)解得定、转子电流为

I

′2=

-

rXm

+2XU′

+jU1

Xs

I1=

Rs)

式中:Xs=

XR2+Xm;

(rr′/s+XRXr)Δ

=

Xm

+Xm

+

r1XR+r′2Xs/=Δ1+Δj2。Xm

由式(3)、(4)可进一步获得定子输出功率P1和转子输入功率P2的表达式:

3

P1=Re(U1I1)

2

(5)

U′2 3P2=ReI′2)

2s式中,I1、I′转子共轭复电流。2分别为定、

3

3

图2　功率因数特性

3　双馈发电机的负载试验

根据双馈发电机的工作原理和双馈式变速恒

频系统的工作原理以及相关标准,双馈发电机可以有以下负载试验方式。3.1　等效负载试验

等效负载试验原理图见图3。试验时,调节

2　双馈式变速恒频系统的工作原理

变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、

转子绕组电流频率关系的数学表达式如下:

f1=

np

60

×nr±f2

式中:f1———定子电流频率;

np———电机的极对数;nr———双馈发电机的转速;f2———转子励磁电流频率

。

由上式可知,当转速nr发生变化时,若调节f2变化,可使f1保持恒定不变,实现双馈发电机

图3　等效负载法原理图

—47—

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转速至要求的转速。在亚同步速和超同步速时,

采用通用变频器和调压器作为电源给双馈发电机转子三相绕组励磁,定子端部接三相调压器作为负载;在同步速时,双馈发电机转子采用直流励磁,定子端部接三相调压器作为负载。3.2　正弦波电源负载试验

正弦波电源负载试验原理图见图4。试验时,首先将双馈发电机转子三相绕组短路,调节原动机转速使双馈发电机转速接近同步转速;随后,双馈发电机定子并网,调节双馈发电机转速来调节负载,此时,双馈发电机工作于发电状态

。

于0,双馈发电机输入的机械功率大于电磁功率,转子励磁电源不仅不需要馈入电功率,相反还要从原动计吸收一个转差功率回馈给电网。　　双馈发电机定子并网的过程如下:

(1)设定双馈发电机的等值回路参数及铭牌参数至双向变频器;

(2)调节双馈发电机转速至要求转速;

(3)双馈发电机转子励磁,此时定子发电,当网侧并网开关两侧的电压满足并网条件时,双向变频器向并网开关发出并网指令,在得到并网开关应答信号后并网开关并网;

(4)所示;电压谐波分量如7;8所示;电流频谱如图

。

图4　正弦波电源负载试验原理图

3.3　转子采用变频电源的负载试验

图6　

电压电流波形

转子采用变频电源的负载试验原理图见图

5。试验时,双馈发电机转子由具有调节频率、幅值、相序、相位的双向变频器作为励磁电源励磁,原动机运行在双馈发电机允许的转速范围内。当双馈发电机转速低于同步速时,转子励磁功率大于0,双馈发电机输入的机械功率小于电磁功率,电磁功率分别由转子励磁电源和原动机提供;当双馈发电机转速高于同步速时,

转子励磁功率小

图7　

电压谐波分量

图5　转子采用变频电源的负载试验原理图—4

8—

图8　电流谐波分量

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314　不同负载试验方式的比较

以上三种试验方法中,前两种方法具有设备投资少的优点,比较适合于出厂试验,而不适合新品开发时的设计验证;第三种试验方法,虽然设备一次投资较大,却能够全面验证双馈发电机的各项性能指标,尤其是适合不同转速不同功率因数下的温升试验、负载特性试验等。笔者采用第三种试验方法对1.5MW双馈发电机进行了温升试

图9　电流频谱分析

验、激磁试验、负载特性试验、过载试验、超速试验

等试验项目,证明该试验方法是切实可行的,较好地完成了设计验证。

[1][M].北京:机械

采用该试验方法测得功率因数为容性0.9时

的发电机负载特性如表1所示。

表1　发电机负载特性

转速/(r min-1)定子功率/kW转子功率/kW发电量/kW

1100563413

1250790653

1500

1700

180012591504

213741512

.

[2002.

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52.2

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870.3

1270

收稿日期:2007207218

(上接第16页)

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—49—

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cjr4.html