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风速转子电流电势的研究

通过计算,风速突变工况下,双馈发电机工作状态的三种表征量振动、电流和转矩均归结到能量如下表。

表1:风速突变工况下气隙磁密表征

  正常工况 风速突变工况 变化比例/°%
铜损 0.8179 0.8359 1.72
电流 0.45337 0.45751 0.09
转矩 117.55 66.376 43.53

由以上计算与对比可知,风速的变化不会导致双馈风力发电机气隙磁密发生畸变,东莞电机内部定子电流和铜损变化幅度很小,这也间接反映了变速恒频技术很好的解决了风力发电机在变速风况下的电能输出不稳定难题。但是转子扭矩变化幅度为43.53%,所以风速突变工况下的表征因子为转子扭矩,即在风速突变工况下可以通过检测转子扭矩来反映发电机气隙磁场的变化。

电网三相电压不平衡工况下,双馈发电机的磁密云图和气隙磁密曲线如下图所示。

图1:电网三相电压不平衡工况下发电机内部磁密云图

电网三相电压不平衡工况下发电机内部磁密云图

图2:电网三相电压不平衡工况下发电机气隙磁密曲线

电网三相电压不平衡工况下发电机气隙磁密曲线

1s时刻发生的电网A相电压的突然下降导致的电网三相电压不平衡,使得发电机内部磁场分布出现变化,定子绕组A处漏磁增加,定转子铁芯B、C处磁场密度分布不再均匀。同时,电网三相电压不平衡工况会对双馈风力发电机气隙磁场产生较大影响,此时www.qg999.com电机气隙磁密发生畸变,不再成正弦波分布。

表2:气隙磁密基波与各次谐波幅值变化统计表

  正常 电网三相电 压不平衡 变化百分 比 变化趋势
1倍频 1.35 1.24 8.1%
3倍频 0.0112 0.534 4668%
5倍频 0.114 0.06 47.4%
7倍频 0.0101 0.0346 242.6%
9倍频 0.00619 0.0186 200.5%
11倍频 0.0198 0.036 81.8%

气隙磁密基波下降了8.1%,相对变化较小,但是3、7、9次谐波幅值增长很大,这些谐波会在发电机内部产生较大的谐波磁动势,由电磁感应原理可知,这些谐波磁动势会在电机内部感应出较大谐波电动势,最终造成电机振动加强并伴随噪声的产生。1s时刻的电网A相电压由线电压跌落到相电压时的发电机铜耗曲线。m4时刻幅值由0.8291上升到了5.6723,增长效果明显。同样可以分析发电机铁耗也有所增加,这样电机内部损耗更大,而且随着时间的增加,损耗转化为热能,发电机温度会大幅升高。因此,通过建立有限元模型进行电磁场仿真分析发电机铜耗,可以作为发电机早期故障的预警。

 

电网三相电压不平衡时,A相电压降低,发电机定子电压高于电网电压,A相电流增大,即励磁电流增大,那么气隙磁场增强,又会导致转子电流增大,即转子输入功率增大,而转速不变,由功率、转矩和转速三者的关系可知T也增大,与正常工况下转子扭矩有明显区别。

 

额定运行时东莞电机内部定子电压波形曲线,波形均匀,三相电压幅值相同,相位差120度。在1s时电网A相电压由380V降到220V,此时定子A、B相电流幅值明显增大,C相电流幅值减小且谐波增多。当A相电网电压降低,发电机速度不变,则A相的发电电压不变,高于电网电压,所以A相电流增加,由于A、B、C三相是交连的,A相的电流增加,通过磁场的变化会对B、C两相的电流产生影响。