[發明專利]風力發電雙繞組發電機系統共模電壓抑制方法

有效

• 申請號: 201711348815.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107968435B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 劉勇;鄧恒;庫爾特·安徒生;劉佳
• 申請（專利權）人: 遠景能源有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M5/458;H02M1/12;H02M1/44
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發明涉及一種風力發電雙繞組發電機系統共模電壓抑制方法，雙繞組風力發電機每套繞組連接機側變流器，將頻率變化的交流電能變換為直流電能，再經過網側變流器將直流電能變換為固定頻率的交流電能，最后通過變壓器升壓傳輸到電網，雙繞組風力發電機具有兩套繞組，4個變流器均采用電壓脈寬調制PWM信號對變流器進行控制，通過兩個機側變流器控制生成PWM信號所選用的載波相位反相；兩個網側變流器控制生成PWM信號所選用的載波相位反相的方法，降低系統共模電壓。此方法對已制造的大型電機和變流器，不需不改變電機結構和其他任何硬件，即可降低系統的共模電壓，延長電機繞組的絕緣使用壽命，減小系統電磁干擾的危害，符合電磁兼容標準要求。

技術領域

本發明涉及一種電機控制技術，特別涉及一種風力發電雙繞組發電機系統共模電壓抑制方法。

背景技術

隨著風力發電技術的發展，單個風力發電機組功率愈來愈大，在相同電壓等級下，電流要求成比例不斷增大。通過設計具有雙繞組的發電機，可以使功率增加的條件下，電流平均分配保持在允許的容量內。

典型的雙繞組風力發電機控制系統如圖1所示，每套繞組連接兩個硬件結構類似，軟件功能不同的變流器，分別稱為機側變流器（generator-side converter）和網側變流器（grid-side converter）。 首先風電機組通過葉片捕獲風能轉化為旋轉的機械能，旋轉的機械能經過發電機轉化為頻率變化的交流電能，然后經過機側變流器將頻率變化的交流電能變換為直流電能，再經過網側變流器將直流電能變換為固定頻率的交流電能，最后通過變壓器升壓傳輸到電網。如圖1所示，與兩套繞組連接的變流器分別為，機側變流器1(generator-side converter 1)和網側變流器1 (grid-side converter 1 )；機側變流器2 (generator-side converter 2)和網側變流器2 (grid-side converter 2 )。

雙繞組電機中一套繞組連接的變流器（generator-side converter 1和grid-side converter 1）與另一套繞組連接的變流器（generator-side converter 2和grid-side converter 2）的控制是對應相同的。 現以一套繞組為例說明，其控制示意圖如圖2所示。 其中PWM模塊的作用是比較調制波(電壓給定)和控制器內部產生的載波信號，生成變流器的功率開關信號，如圖3所示調制波和載波信號比較生成PWM開關信號圖，其中carrier為載波信號，PHA、PHB、PHC為三相調制波信號。

兆瓦級風力發電機和變流器系統，因采用電壓脈寬調制(PWM)導致系統的共模電壓高, 引起過高的軸電流, 容易造成軸承電腐蝕損壞；共模電壓過高還會對電機繞組絕緣造成損壞，影響電機繞組絕緣壽命和失效率。共模電壓過高也可能造成電氣系統電磁干擾(EMI)和電磁兼容(EMC)的問題；如果有大量零序電流流通還會引起不必要的系統零序電流損耗。

發明內容

本發明是針對雙繞組電機采用電壓脈寬調制導致系統共模電壓高的問題，提出了一種風力發電雙繞組發電機系統共模電壓抑制方法，通過改變控制策略，降低兆瓦級風力發電機和變流器系統的共模電壓，從而大大降低發電機軸承電腐蝕的發生，延長電機繞組的絕緣使用壽命，減小系統電磁干擾的危害，符合電磁兼容標準要求。

本發明的技術方案為：一種風力發電雙繞組發電機系統共模電壓抑制方法，雙繞組風力發電機每套繞組連接機側變流器，將頻率變化的交流電能變換為直流電能，再經過網側變流器將直流電能變換為固定頻率的交流電能，最后通過變壓器升壓傳輸到電網，雙繞組風力發電機具有兩套繞組，4個變流器均采用電壓脈寬調制PWM信號對變流器進行控制，PWM信號為比較調制波和控制器內部產生的載波信號而生成的變流器的功率開關信號，兩個機側變流器控制器中生成PWM信號的載波相位反相；兩個網側變流器控制器中生成PWM信號的載波相位反相，降低系統共模電壓。