一例双馈发电机的并网故障分析

2012-12-05胡文胜

四川电力技术 2012年1期

关键词：磁势变流器励磁

袁炜，胡文胜，赵宇

(许昌许继风电科技公司，河南许昌 461000)

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

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。

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，无法对外环的电压进行自动调整。

图1 变流器的空载励磁控制原理图

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a1、b1、c1在空间上是固定的，以a1轴为坐标参考轴。转子绕组轴线a2、b2、c2随转子旋转，a2与a1轴间的电角度θ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·r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［3］，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:①a-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;②d-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°;③d-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。