一例双馈发电机的并网故障分析.pdf

第35卷第1期 2012年2月 四川电力技术 Sichuan Electric Power Technology Vo1 35 No 1 Feb 2012 一例双馈发电机的并网故障分析 袁炜 胡文胜 赵宇 许昌许继风电科技公司 河南许昌461000 摘要 变流器与双馈发电机的配置不兼容 导致了发电机出现空载并网故障 变流器的Park变换是以发电机定转 子绕组的分布顺序为参考坐标系的 定转子绕组分布顺序与Park变换的计算方法不兼容 引起了发电机故障 通过 改变发电机的定转子的接线顺序 可以使双方兼容 解决了故障 关键词 变流器 双馈发电机 并网 Park变换 Abstract The configuration of converter and that of double fed induction generator are not compatible SO it leads to no load grid interconnection failure The Park S transformation of converter is based on the stator and rotor winding order as the reference coordinate system The proposed failure is caused because the stator and rotor winding order are not compatible with the calculation method of Park s transformation By changing the wiring order of the generator stator and rotor winding the failure is resolved Key words converter double fed induction generator grid interconnection Park S transformation 中图分类号 TM315文献标志码 B文章编号 1003 6954 2012 01 0024 02 0 引 言 双馈发电机的并网过程复杂 分为空载励磁 检 测定子电压 断路器合闸 发电机并网运行等几个阶 段 在运行中 变流器的配置 发电机的配置两者必 须兼容 如果变流器的软件配置与发电机的配置不兼容 可能导致定子电压不能满足电网要求 发电机无法并 网 或者并网后对发电机造成损害 1 故障现象 2011年7月 采用A厂家的变流器 B厂家的发 电机 某工厂进行2 0 MW双馈型风力发电机的全功 率实验 全功率实验 分为空载运行 并网运行两个阶段 空载时 变流器为转子提供励磁 使得发电机的定子 感应出满足电网要求的电压 当检测到定子电压 电 网电压同步后 进行发电机并网操作 通过对转速 功 率的调节 进行并网运行控制 在实验过程中 先后出现了定子电压与电网电压 频率 相位不同步的现象 1 1频率不同步 24 采用A厂家的变流器 B厂家的发电机 通过设 置变流器的参数 进行机组的空载励磁实验 在实验中 通过示波器检测定子电压 发现定子 电压的频率约为36 7 Hz 也就是频率不同步 1 2相位不同步 发现频率不同步后 工作人员改变了发电机的转 子接线相序 将a b c换为b a c 频率不同步 的问题解决了 但随后又出现了相位不同步的现象 利用示波器测定子电压 频率同步 幅值也正常 但是 定子电压的相位与电网电压始终存在偏差 2故障原因查找 2 1 变流器的空载励磁原理 A厂家的变流器 其空载励磁控制原理如下 采 用矢量控制方案 外环 电压环 采用开环控制 内环 电流环 采用闭环控制的方式 如图1所示 图1中 首先对电网电压信息进行检测 经坐标 变换后 可以获得电网电压的幅值u 及相角0 u u壶经SVPWM调制后 调节转子励磁电流 使得 发电机的定子输出电压满足并网要求 这种控制方案的优点是 结构简单 只需要一个 PI控制器 缺点是 一旦定子电压出现故障 无法对 第35卷第1期 2012年2月 四川电力技术 Sichuan Electric Power Technology Vo1 35 No 1 Feb 2012 图1 变流器的空载励磁控制原理图 外环的电压进行自动调整 2 2变流器算法对发电机配置的要求 A厂家变流器在设计时 是以这种标准来设计软 件算法的 1 发电机的配置 从轴伸端看 转子逆时针旋转 此种双馈发电机 double fed induction generator DFIG 的物理模型 如图2所示 图2 DFIG的物理模型 图2中 定子电压 电流正方向按照发电机惯 例 转子电压 电流正方向按照电动机惯例 定子三 相绕组轴线a b C 在空间上是固定的 以a 轴为 坐标参考轴 转子绕组轴线a b c 随转子旋转 a 与a 轴间的电角度 为空间角位移变量 图3 DFIG的电磁转换示意图 DFIG的电磁转换原理如图3所示 空载运行 时 变流器为转子提供励磁电压 定子感应出电压 A厂家的变流器要求 从轴伸端看 定子绕组为 逆时针排列 转子合成磁势F 以50 Hz逆时针旋转 依次切割定子的a b C绕组 定子感应出正序的电 压 电流 2 变流器d q变换的配置 d q坐标变换即park变换 a b c到d q 坐标变换的变换矩阵有多种 影响变换矩阵的因素有 以下几方面 a b C坐标系的排列顺序 a b C 三相绕组可以按照顺时针或逆时针排列 d q轴 的相对位置 有些惯例选取d轴超前q轴 有些则选 取q轴超前d轴90 d q坐标系的旋转方向 有 些惯例选取顺时针旋转 有些则为逆时针旋转 只有在发电机绕组a b C的配置与变流器d q变换的配置一致时 变流器才能正常工作 2 3发电机的实际配置 B厂家的发电机配置情况 从轴伸端看 定转子 绕组a b C均为顺时针排列 这样 B厂家的发电机定转子绕组顺序不符合A 厂家变流器的设计要求 变流器的d q变换不会得 到直流分量 而会得到二倍频的交流分量 2 4频率不同步的原因 定子电压频率不同步的原因是 从轴伸端看 B 厂家的发电机转子绕组a b C为顺时针排列 转子 交流绕组流过的励磁电流相序出错 造成转子合成磁 势F 为36 7 Hz左右 如图5所示 A厂家的变流器则要求 从轴伸端看 定子绕组 为逆时针排列 转子合成磁势F 以5O Hz逆时针旋 转 可以得到对转子电流的要求如下 三相基波合 成磁动势的转向取决于电流的相序 总是从超前的电 流相转向滞后的电流相 因此 转子电流的相序应为 负序 转子逆时针旋转 转子电流的频率应为50 Hz与转子机械频率之差 转子电流的幅值应满足 电网电压的要求 试验中 发电机的同步转速为1 500 r min 空载 转速为1 300 r min 转子合成磁势F 的频率约为 厂 43 33 f 50 Hz 6 67 Hz 如图4所示 下转第30页 第35卷第l期 2012年2月 四川I电力技术 Sichuan Electric Power Technology Vo1 35 No 1 Feb 2012 l 7 J met Nezih Gerek Dogan G khan Ece 2一D Analysis and Compression of Power Quality Event Data J IEEE Trans on Power Delivery 2004 19 2 791 798 8 met Nezih Gerek Dogan G khan Ece Compression of Pow er Quality Event Data Using 2D Representation J Elec tric Power Systems Research 2008 78 6 1047 1052 9 鲍文 周瑞 刘金福 基于二维提升小波的火电厂周期 性数据压缩算法 J 中国电机工程学报 2007 27 29 96 101 10 王永玉 孙衢 袁超伟 基于整数小波变换和SPIHT编码 的录波数据压缩算法 J 继电器 2OO8 36 11 50 54 11 郝蔓钊 电能质量监测数据的数据压缩 D 上海 上 海交通大学 2009 12 高山 基于小波包变换的多级树集合分裂编码算法研 究 D 西安 西安科技大学 2009 上接第25页 C 图4正常时转子合成磁势的原理 发电机的并网故障如图5所示 转子合成磁势 F 的频率约为 43 33 6 67 36 66 Hz 感应出的 定子电压频率约为36 66 Hz b 图5 非正常时转子合成磁势的原理 此时 只要调换任意两根转子接线 就可使转子 合成磁势F 频率正常 2 5相位不同步的原因 定子电压的相位控制是分两步完成的 第一步 通过PLL测量电网电压的相角 计算 转子旋转后的相角 dt 使得转子电压相角 30 刘毅 周雒维 冯浩 电能质量监测网录波数据压缩方 法 J 电网技术 2010 34 4 199 203 柯慧 电能质量数据压缩算法研究 D 上海 上海交 通大学 2009 胡志坤 何志敏 安庆 等 基于二维DCT的电能质量 监测数据压缩方法 J 中南大学学报 2011 42 4 1021 1027 郑伟彦 吴为麟 基于混合小波包的电能质量数据压 缩算法 J 电工电能新技术 2010 29 3 8 11 丁屹峰 程浩忠 占勇 等 基于PQDIF格式压缩的电 能质量数据模型 J 继电器 2005 33 7 55 58 朱宏涛 电网数据采集系统建模与数据压缩品质影响 的研究 D 哈尔滨 哈尔滨工业大学 2010 收稿日期 2011 10 08 0 0 r 2 0 这就是频率控制的原理 第二步 计算出定子电压的相角0一电网电压的 相角0 然后取其差值 舶 0 一 即是补偿相角 取0 0 7r 2 0 offs 这个相角即可使定子电 压的相位同步 变流器从第一步进入第二步 是有条件的 那就 是变流器先检测定子电压的d q分量是否满足要求 从轴伸端看 B厂家的发电机转子绕组a b C 为顺时针排列 定子电压为负序 经d q变换后的为 二倍频正弦 不能满足变流器进入第二步的条件 变 流器始终停留在第一步 而不能进人第二步进行相位 同步操作 任意调换定子的两根接线后 相位不同步 的问题得以解决 3结语 分析了一例双馈发电机的实验故障 总结出变流 器的软件配置与双馈发电机配置两者的兼容非常重 要 如果变流器的软件配置与发电机的配置不兼容 可能导致发电机无法并网 或者并网后对发电机造成 损害 2 3 参考文献 苑国锋 柴建云 李永东 变速恒频风力发电机组励磁变 频器的研究 J 中国电机工程学报 2 105 25 8 9o一94 郎永强 交流励磁双馈电机风力发电系统控制技术研 究 D 哈尔滨 哈尔滨工业大学 2007 王永 沈颂华 关淼 新颖的基于电压空问矢量三相双向 整流器的研究 J 电工技术学报 2006 21 1 104 110 收稿日期 2011 08 31 1j J 1J J J j rf r