CN113381596A - 一种降低风力发电机侧滤波器过电压的方法 - Google Patents

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支永健
孙锦林
朱柄全
曾鸣
杨德勇
袁科亮
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Abstract

本发明公开了一种能有效的解决由于风力发电***长电缆传输线导致电机侧电压过高的问题，同时性价比更高的降低风力发电机侧滤波器过电压的方法，即：在风力发电***中与发电机相连的变流器的直流侧的正负两条母线上各增加一个Y电容，Y电容的一端与母线相连，另一端接地；同时在变流器的机侧与风力发电机长电缆之间设置LCR滤波器；通过Y电容与LCR滤波器相组合的结构来降低风力发电***电机侧的过电压。作为改进，每个Y电容后串联有一个阻尼电阻。

Description

一种降低风力发电机侧滤波器过电压的方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体是指一种降低风力发电机侧滤波器过电压的方法。
背景技术
目前风力发电运用较为广泛，在风力发电***中，由永磁同步发电机的定子侧直接与变流器相连，通过机侧变流器把发电机产生的功率传到变流器直流侧，然后通过网侧变流器把功率直接并入电网，实现了清洁能源的利用。
在风力发电***的日常维护与***改进研究过程中，现有技术中的风力发电***存在如下问题：即风力发电机位于整个发电***的塔筒顶部，而变流器位于塔筒的底部，两者之间相距有将近一个塔筒的高度，对于一些较高的风力发电塔，这个高度大约在100米左右，这使得风力发电机的叶片和变流器之间要通过长电缆进行电能传输连接，而机侧变流器高速的电力电子开关单元会产生高dv/dt的共模电压和差模电压，这些电压会经过长传输线传播到风力发电机端口，其中高dv/dt的差模电压会导致长线传输时电机端电压及电缆内的电压加倍升高，对电机和电缆绝缘构成严重威胁，甚至会烧毁电机。
针对上述问题，常规的解决方法如下：进一步结合附图1，即在风力发电机（即附图1中的M）与变流器之间的长线电缆上设置一个LCR滤波器（即附图1中的dv/dt滤波器）来滤除过电压；由于dv/dt滤波器有一定的电压处理范围，如果想要增加滤波范围，就得增加滤波器电感量，从而需要增加滤波器的体积和成本。业内的常规方法是综合考虑滤波器的体积和成本，选用相对匹配的滤波器，当风力发电机侧受到过电压影响时，再去现场调整dv/dt滤波器的参数，增加其的电压过滤上限；或者更换性能更好的dv/dt滤波器；本专利申请发明人通过实践发现，调整dv/dt滤波器的参数，增加其的电压过滤上限的方式很多情况下并不能有效的解决问题，而更换性能更好的dv/dt滤波器所耗费的成本太高，不具备普遍适用性。然而，随着风力发电***的设计风机塔筒高度越来越高，加上电机的减配与老化等情况，电机遭受过电压的情况开始增加，但目前缺少一种行之有效，且性价比高的处理方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能有效的解决由于风力发电***长电缆传输线导致电机侧电压过高的问题，同时性价比更高的降低风力发电机侧滤波器过电压的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种降低风力发电机侧滤波器过电压的方法，即：在风力发电***中与发电机相连的变流器的直流侧的正负两条母线上各增加一个Y电容，Y电容的一端与母线相连，另一端接地；同时在变流器的机侧与风力发电机长电缆之间设置LCR滤波器；通过Y电容与LCR滤波器相组合的结构来降低风力发电***电机侧的过电压。
作为改进，每个Y电容后串联有一个阻尼电阻。
采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：
1、通过在变流器直流侧的正负母线之间，增加Y电容接地，并串联阻尼电阻的方式，以减小直流母线电压的波动，从而实现降低由于风力发电***长电缆传输线导致电机侧电压过高的目的。
2、通过增加Y电容接地的方式，减小机侧滤波器电抗器电感量的大小，从而降低机侧滤波器的体积和成本。
综上所述，本发明提供了一种能有效的解决由于风力发电***长电缆传输线导致电机侧电压过高的问题，同时性价比更高的降低风力发电机侧滤波器过电压的方法。
附图说明
图1是现有技术中降低风力发电机一侧过电压的方法对应的电路拓扑结构图；
图2是本发明中降低风力发电机侧滤波器过电压的方法所对应的电路拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图2，一种降低风力发电机侧滤波器过电压的方法，即：在风力发电***中与发电机相连的变流器的直流侧的正负两条母线上各增加一个Y电容，Y电容的一端与母线相连，另一端接地；同时在变流器的机侧与风力发电机长电缆之间设置LCR滤波器；通过Y电容与LCR滤波器相组合的结构来降低风力发电***电机侧的过电压。
作为改进，每个Y电容后串联有一个阻尼电阻。该阻尼电阻可以有效降低***对地的漏电流和***的环流，进一步提高***的稳定性。
本专利申请在具体实施时，除了创新点中涉及的Y电容（即附图2中的机侧变流器与网侧变流器中间后面分别连接有一个电阻后再接地的那个电容）和LCR滤波器及其电连接关系外，其他与创新点无关的部件，比如变流器，发电机和变压器等部件及部件之间的连接关系均和现有技术中的常规技术一致。另外对于旧的风力发电***，可以直接以本专利的方案进行改造，即根据原来的滤波器参数来配置Y电容参数，对于新建的风力发电***，则可以适当下调滤波器的参数，提高Y电容的电压波动抑制性能，从而进一步控制***的成本，提高性价比。
本专利申请中涉及的方法的工作原理如下：
进一步结合附图2，假设***直流母线的额定直流电压为1100V，经过逆变单元和长电缆传输后，要求在电机侧的电压不超过1600V，在***实际运行过程中，中间直流母线电压会出现波动，现场实测中间母线电压峰值可到1250V，再经过长电缆传输后，到达电机侧的电压峰值可到1750V，本发明在直流母线增加Y电容，可以有效抑制直流母线上的电压波动，进一步配合机侧的滤波器，能使达到电机侧的电压峰值小于1600V，从而达到降低风力发电机侧过电压，保护电机的有益效果，同时没有对电路进行大改，也没有增加高成本配件，性价比高。
同时本专利申请涉及的方法还有通过现场工况环境下的对比检测，列举一组对比记录如下：
新疆某风场，风机机型3MW，风机塔筒高度100米，***电路拓扑采用的附图1中的方案，技术要求电机侧过电压不高于1600V。其中机侧LCR滤波器参数为：电抗器电感：68uH；电容容值：220nF；电阻阻值：30Ω。经过现场各种调试后，实测机侧过电压最高还是达到了1750V，高于了电机的电压上限。在传统方法无法解决问题后，本专利申请的发明人，采用本专利方法，即附图2中的方案，进行试验，相关参数如下：机侧LCR滤波器参数为：电抗器电感：30uH；电容容值：220nF；电阻阻值：30Ω。增加的直流母线Y电容容值：4.7uF，串联阻尼电阻阻值：0.1Ω。然后实测机侧过电压最高为1460V，有效的将过电压控制在了电机的技术要求内，解决了电机容易出故障的问题。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种降低风力发电机侧滤波器过电压的方法，其特征在于：在风力发电***中与发电机相连的变流器的直流侧的正负两条母线上各增加一个Y电容，Y电容的一端与母线相连，另一端接地；同时在变流器的机侧与风力发电机长电缆之间设置LCR滤波器；通过Y电容与LCR滤波器相组合的结构来降低风力发电***电机侧的过电压。
2.根据权利要求1所述的降低风力发电机侧滤波器过电压的方法，其特征在于：每个Y电容后串联有一个阻尼电阻。
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