[发明专利]风力发电双绕组发电机系统共模电压抑制方法

说明书

本发明涉及一种风力发电双绕组发电机系统共模电压抑制方法，双绕组风力发电机每套绕组连接机侧变流器，将频率变化的交流电能变换为直流电能，再经过网侧变流器将直流电能变换为固定频率的交流电能，最后通过变压器升压传输到电网，双绕组风力发电机具有两套绕组，4个变流器均采用电压脉宽调制PWM信号对变流器进行控制，通过两个机侧变流器控制生成PWM信号所选用的载波相位反相；两个网侧变流器控制生成PWM信号所选用的载波相位反相的方法，降低系统共模电压。此方法对已制造的大型电机和变流器，不需不改变电机结构和其他任何硬件，即可降低系统的共模电压，延长电机绕组的绝缘使用寿命，减小系统电磁干扰的危害，符合电磁兼容标准要求。

技术领域

本发明涉及一种电机控制技术，特别涉及一种风力发电双绕组发电机系统共模电压抑制方法。

背景技术

随着风力发电技术的发展，单个风力发电机组功率愈来愈大，在相同电压等级下，电流要求成比例不断增大。通过设计具有双绕组的发电机，可以使功率增加的条件下，电流平均分配保持在允许的容量内。

典型的双绕组风力发电机控制系统如图1所示，每套绕组连接两个硬件结构类似，软件功能不同的变流器，分别称为机侧变流器（generator-side converter）和网侧变流器（grid-side converter）。 首先风电机组通过叶片捕获风能转化为旋转的机械能，旋转的机械能经过发电机转化为频率变化的交流电能，然后经过机侧变流器将频率变化的交流电能变换为直流电能，再经过网侧变流器将直流电能变换为固定频率的交流电能，最后通过变压器升压传输到电网。如图1所示，与两套绕组连接的变流器分别为，机侧变流器1(generator-side converter 1)和网侧变流器1 (grid-side converter 1 )；机侧变流器2 (generator-side converter 2)和网侧变流器2 (grid-side converter 2 )。

双绕组电机中一套绕组连接的变流器（generator-side converter 1和grid-side converter 1）与另一套绕组连接的变流器（generator-side converter 2和grid-side converter 2）的控制是对应相同的。 现以一套绕组为例说明，其控制示意图如图2所示。 其中PWM模块的作用是比较调制波(电压给定)和控制器内部产生的载波信号，生成变流器的功率开关信号，如图3所示调制波和载波信号比较生成PWM开关信号图，其中carrier为载波信号，PHA、PHB、PHC为三相调制波信号。

兆瓦级风力发电机和变流器系统，因采用电压脉宽调制(PWM)导致系统的共模电压高, 引起过高的轴电流, 容易造成轴承电腐蚀损坏；共模电压过高还会对电机绕组绝缘造成损坏，影响电机绕组绝缘寿命和失效率。共模电压过高也可能造成电气系统电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)的问题；如果有大量零序电流流通还会引起不必要的系统零序电流损耗。

发明内容

本发明是针对双绕组电机采用电压脉宽调制导致系统共模电压高的问题，提出了一种风力发电双绕组发电机系统共模电压抑制方法，通过改变控制策略，降低兆瓦级风力发电机和变流器系统的共模电压，从而大大降低发电机轴承电腐蚀的发生，延长电机绕组的绝缘使用寿命，减小系统电磁干扰的危害，符合电磁兼容标准要求。

本发明的技术方案为：一种风力发电双绕组发电机系统共模电压抑制方法，双绕组风力发电机每套绕组连接机侧变流器，将频率变化的交流电能变换为直流电能，再经过网侧变流器将直流电能变换为固定频率的交流电能，最后通过变压器升压传输到电网，双绕组风力发电机具有两套绕组，4个变流器均采用电压脉宽调制PWM信号对变流器进行控制，PWM信号为比较调制波和控制器内部产生的载波信号而生成的变流器的功率开关信号，两个机侧变流器控制器中生成PWM信号的载波相位反相；两个网侧变流器控制器中生成PWM信号的载波相位反相，降低系统共模电压。