1雙饋異步風力發(fā)電機組工作原理簡介

風力發(fā)電機組是風輪捕獲風能,經(jīng)過齒輪箱增速驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)動進行發(fā)電的設(shè)備。雙饋異步發(fā)電機是在發(fā)電機轉(zhuǎn)子中施加三相低頻交流電實現(xiàn)勵磁,通過變流器調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率、相序,確保發(fā)電機輸出功率恒頻恒壓。發(fā)電機為三相繞組式異步發(fā)電機,定子繞組直接與電網(wǎng)連接,轉(zhuǎn)子繞組通過變流器與電網(wǎng)連接。

圖1為風電變流器主電路結(jié)構(gòu)圖。機側(cè)變流器根據(jù)當前的發(fā)電機轉(zhuǎn)速(發(fā)電機轉(zhuǎn)速由當前風速大小決定)向轉(zhuǎn)子繞組饋入所需的勵磁電流,完成定子磁鏈定向矢量控制任務(wù),實現(xiàn)最大風能捕獲和定子輸出有功/無功的調(diào)節(jié)。

要實現(xiàn)風力發(fā)電機組的變速恒頻運行,從機側(cè)變流器饋入轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流頻率f2須滿足式(1)的條件:

式中,f1為定子電流頻率,與電網(wǎng)頻率相同(50Hz):p為發(fā)電機極對數(shù):fm為轉(zhuǎn)子機械頻率,fm=n/60(n為發(fā)電機轉(zhuǎn)速):f2為轉(zhuǎn)子電流頻率。

(1)當n小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速ns(s為轉(zhuǎn)差率)時,發(fā)電機處于亞同步運行狀態(tài),式(1)取正號,此時變流器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供交流勵磁,發(fā)電機由定子發(fā)出電能給電網(wǎng):

(2)當n大于ns時,處于超同步運行狀態(tài),式(1)取負號,此時發(fā)電機由定子和轉(zhuǎn)子同時向電網(wǎng)輸送電能,即雙饋:

(3)當n等于ns時,處于同步運行狀態(tài),f2=0,變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁。

因此,當發(fā)電機轉(zhuǎn)速n變化時,即pfm變化,若控制f2相應(yīng)變化,可使f1保持恒定不變,即與電網(wǎng)頻率50Hz保持一致,也就實現(xiàn)了變速恒頻控制。

2波形分析故障案例

某風電場#2風機報變流器系統(tǒng)故障,遠程可復(fù)位,下載變流器故障時刻波形,借助波形分析方法快速定位故障點。

2.1機組并網(wǎng)時動作過程

并網(wǎng)開關(guān)電氣接線圖如圖2所示。

(1)發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速,DC-1ink電壓上升:

(2)DC-1ink電壓上升至1000V,停止勵磁接觸器K3斷開:

(3)sU發(fā)出勵磁信號,勵磁開關(guān)03閉合:

(4)sU、HU檢測到電網(wǎng)無故障(K34閉合狀態(tài)):

(5)網(wǎng)測接觸器閉合(K27閉合):

(6)IGBT開始工作(K29閉合):

(7)并網(wǎng)輔助接觸器閉合(K7閉合):

(8)并網(wǎng)主接觸器閉合(K1閉合):

(9)并網(wǎng)(010閉合)。

2.2故障波形分析

下載故障時刻波形,依次調(diào)出發(fā)電機轉(zhuǎn)速波形、有功功率波形、三相定子電流波形、定子電壓波形、轉(zhuǎn)子電流波形,確定故障相。再逐一分析故障相各波形變化。

由圖3波形可看出,故障前A相ILsC(輸入IGBT的電流)、IMsC(勵磁電流)和Istater(并網(wǎng)電流)均處于正常狀態(tài):在故障時刻Istater(并網(wǎng)電流)突然為零,而ILsC和IMsC波形發(fā)生了畸變,說明并網(wǎng)回路在此刻斷開?，F(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)開關(guān)(010)并未動作,而故障時電網(wǎng)也無故障。

從圖4可以看出各開關(guān)的動作順序。首先動作了Gen.CB,即并網(wǎng)開關(guān)(010)或并網(wǎng)主接觸器(K1)。從現(xiàn)場處理情況看,因先后更換了欠壓線圈和微控制器Micro1ogic,且故障中010未動作,可排除并網(wǎng)開關(guān)損壞的可能。判斷造成故障的原因為并網(wǎng)主接觸器K1損壞。

機組報出變流器系統(tǒng)故障(M10),復(fù)位后機組可正常運行,但在高負荷時報出同樣故障。判斷并網(wǎng)主接觸K1可能在高電壓沖擊下發(fā)生接觸不良的情況,因而在高負荷時出現(xiàn)異常斷開現(xiàn)象。

2.3故障處理

更換K1主接觸器后故障排除。

3結(jié)語

變流器作為風力發(fā)電機組的核心部件,且多為純進口型,故障處理效率直接影響到發(fā)電效率。通常,運維人員在故障處理時多憑借經(jīng)驗,通過更換相關(guān)元器件的方式來查找和排除故障,這種方法效率較低。而采用波形分析方法排查故障點,首先要熟知雙饋異步風力發(fā)電機組的運行原理,其次要對變流器工作原理和并網(wǎng)時各元器件動作過程熟練掌握。在此基礎(chǔ)上,充分利用變流器自帶的故障錄波功能,對記錄的故障波形進行分析,快速查找出故障點,恢復(fù)機組運行,故障處理效率則大為提高。