变频器对风电系统轴电压和轴电流的影响.pdfVIP

研 究 与 设 计 变频器对风电系统轴电压和轴电流的影响 董开松 ， 李 臻 ， 马喜平， 吴金辉， 沈渭程 (甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050) 摘要：在现代风力发电系统作中，由于大量采用了高频电力电子器件，给整个系统带来了轴电流问题，严重影响着系统 的安全运行和发电机轴承等机械部件寿命。精确分析发电机内部电容参数对准确预测轴电压和轴电流的重要作用。首 先分析了风力发电系统的共模电路，通过研究风力发电机内部结构，确定了电机耦合电容的解析计算公式，同时提出了 有限元计算方法。等效分析轴承运行过程中轴承等效电容模型，进而确定了风力发电机系统轴电流形成机理和影响因 素。 关键词：风力发电；变流器；共模模型；轴承电流；电机耦合电容； 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1002-087X(2014)11-2116-03 generationsystem (GansuElectricPowerResearchInstitute,LanzhouGansu730050,China) 气候变暖和能源供给不足已成为当今世界发展关注的焦 点，因此，世界范围内大规模发展风力发电已成为电力系统建 设的潮流。然而，随着风力发电装机容量的不断扩大，风力发电 机与局部电网之间的相互影响也越来越大。当风力发电容量与 常规电厂容量相比不可忽略时，高风速期间，由于风力发电系 统应用大量的高频电力电子器件，这些都带来大量的高频谐波 和共模电压，共模电流等问题，此时可能造成电网电压和频率 图1 轴承滚道烧伤表面 的崩溃，也可能导致电网保护系统误动，给电力系统的安全运 示)，增大了轴承的摩擦，进而轴承的寿命也缩短。 行带来不利的影响，也给工业生产带来巨大的损失，限制了风 目前在风力发电系统电磁兼容主要集中在共模模型机理 [3-4] [6-9] 电大规模的应用和建设。同时，随着风力发电系统的广泛应用， 的研究 和轴电压、轴电流的抑制 。对小容量电机，循环电 变流器系统带来的电磁兼容等负面影响 [1－6]得到了广泛的认 流相对较小，由变频供电引起的共模电流对整个风力发电系 [9-10] 识。由于电机内部存在容性耦合，电机中会产生轴电压，如果轴 统有很大的影响 ，而风力发电机电容参数的准确计算是轴 承电压大于轴承润滑剂绝缘电压临界值时，轴承将产生较大电 电流的合理预测前提条件。 目前国内没有实效的方法来降低 流，导致轴承滚道产生融化性凹点，最终产生凹槽(如图 1所 风力机轴承烧伤，通常风电场的解决方法是更换风机轴承，但 收稿日期：2014-05-06 不能从根本上解决轴电流给风机和电网带来的危害。有的风 基金项目：甘肃省电力公司项目（2012101011)；甘肃省电力公司 机厂家通过调整轴芯距采用绝缘轴承代替普通轴承，在一定 项目（5227221350BR)；国家电网公司项目（52272214002Y) 程度上降低了轴承由于烧伤损毁的频率，但是通过调整轴芯 作者简介：董开松（1966—)，男，山东省人，硕士，高级工程师，主 距，只能降低磁不平衡带来的轴电流，绝缘轴承也在很大程度 要研究方向为清洁能源并网与发电技术。 2014.11 Vol.38 No. 11 2116 研