一种具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组的制作方法

本发明属于风力发电机控制技术领域，具体涉及一种具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组。

背景技术：

双馈风电系统的发电机的定子与转子都可以与电网交换能量，定子直接与电网连接，转子通过变流器与电网连接，实现能量从定子与转子到电网的两个通道流动。

双馈发电机组核心部件为功率变流器，变流器使用快速开关低损耗igbt，igbt会在微控制器的作用下按不同顺序导通，为了防止不同的相之间短路，在切换导通晶闸管之间会存在一个死区时间，死区时间的存在会导致逆变波形失真，进而导致高频谐波出现。死区时间所导致的高频谐波是无法避免的，尤其是采用脉宽调制技术控制的逆变电路，减小因为死区时间带来的高频谐波的一种方法是选用开关性能更好的功率管，但不管什么类型的功率管，其导通与关断时间不可能为零，因而高频谐波也无法避免。

变流器产生的高频谐波涌入发电机转子侧，导致发电机轴中产生高频高峰值有害轴电压du/dt和轴电流di/dt。由于存在这些有害的电压和电流，电机端会产生过压峰值，电机轴承会磁化腐蚀，发电机轴承噪音加大、温度升高，发电机振动加剧，甚至导致发电机轴承抱死，发电机轴损坏。

技术实现要素：

为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组，能够有效抑制轴承高频共模电压，抑制轴电流对电机的破坏，从根本上避免电机频繁的维修更换，减少风机停机周期，提高可利用率，避免风电场经济损失。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组，包括双馈发电机、机侧变流器和网侧变流器，机侧变流器通过机侧电缆与双馈发电机中性点共零接地，网侧变流器通过网侧电缆与双馈发电机相连；其特征在于，机侧电缆上穿设有铁氧体磁环。

优选地，铁氧体磁环在机侧电缆上靠近双馈发电机设置。

进一步优选地，铁氧体磁环与双馈发电机转子引出线的距离为1.5m。

优选地，铁氧体磁环由若干镍锌铁氧体磁片构成。

进一步优选地，镍锌铁氧体磁片的数量为10。

优选地，铁氧体磁环的外径为170±10％mm，内径为120±10％mm，厚度为25±10％mm。

优选地，铁氧体磁环在10khz下的电感值＞60μh。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组，在网侧变流器与双馈发电机之间的电缆上增加若干铁氧体磁环，抑制高频共模电压，并把高频谐波转换成热量通过空气进行散热，以此对变流器输入至发电机转子侧的高频谐波进行共模抑制，避免高频谐波进入发电机组转子侧后在发电机轴上形成轴电压及轴电流。该结构模拟把三个绕组以相同的方向绕在一个共模磁心上形成的共模电感，它具有很高的共模阻抗和极低的差模阻抗，对共模信号起到很好的抑制作用，而对差模信号几乎没有衰减。因此，可以降低由共模电压产生的高频漏电流。该铁氧体磁环的本身特性是能吸收高频谐波，将其转化成热量，将高频谐波过滤，从而降低了变频器输出电能的谐波，提高了进入发电机转子的电能质量。该系统结构简单，造价低廉，可解决发电机轴电压和轴电流问题导致的轴承电腐蚀问题，能够在新旧风力发电机组上快速构建，从根本上避免电机频繁的维修更换，减少风机停机周期，提高可利用率，避免风电场经济损失。

进一步地，因为变流器是所有共模电流/电压产生的根源，铁氧体磁环在机侧电缆上靠近双馈发电机设置，由于转子电容本身存在寄生电容，如果磁环加装在变流器侧输出来的电能通过的导线越长，会长生的高频谐波逐渐增加，因此为减少电缆的寄生电容，共模抑制线圈越靠近发电机转子效果越好。

更进一步地，铁氧体磁环设在双馈发电机转子引出线1.5m处，通过安装共模抑制磁环，能够将变频器工作时产生的高频谐波消除，其中共模电压可以消除20％，共模电流能够消除40％，保证为转子提供的电源的电能质量，根据风机实际安装情况和布局，磁环安装在小于1.5m处是比较好的效果。

进一步地，铁氧体磁环由铁氧体磁环构成，该材质为低损耗材料，且技术成熟、成本低廉。

更进一步地，镍锌铁氧体磁片的数量为10，因为目前国内风电机组容量大部分为1.5～2mw，该数量镍锌铁氧体磁片构成的铁氧体磁环，可以将高频谐波过滤至发电机可承受范围，避免发电机轴电压造成的轴承电腐蚀等问题。

进一步地，铁氧体磁环的外径为170±10％mm，内径为120±10％mm，厚度为25±10％mm，能够满足现场安装尺寸，且具有较好的散热效果。

进一步地，铁氧体磁环在10khz下的电感值＞60μh，可以对变频器发出的高频谐波体现出有效的抑制作用，从而消除由变频器侧进入发电机的高频谐波。

附图说明

图1为本发明的具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组的整体结构示意图；

图2为未加装铁氧体磁环测量机组共模电流图像；

图3为未加装铁氧体磁环测量机组共模电压图像；

图4为加装铁氧体磁环测量机组共模电流图像；

图5为加装铁氧体磁环测量机组共模电压图像。

图中：1-双馈发电机，2-机侧变流器，3-网侧变流器，4-铁氧体磁环，5-网侧电缆，6-机侧电缆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

图1为本发明的具有轴电流抑制装置的双馈风力发电机组，包括双馈发电机1、机侧变流器2和网侧变流器3，机侧变流器2通过机侧电缆6与双馈发电机1中性点共零接地，网侧变流器3通过网侧电缆5与双馈发电机1相连；其特征在于，机侧电缆6上穿设有铁氧体磁环4。优选地，铁氧体磁环4在机侧电缆6上靠近双馈发电机1设置，可以设在双馈发电机1转子引出线1.5m处。

当机侧电缆6具有屏蔽层时，需要在铁氧体磁环4的穿设部位剥离一段屏蔽层，屏蔽层剥离位置以铁氧体磁环4中心向两侧各延伸50cm，以避免屏蔽层影响铁氧体磁环4的抑制效果。

铁氧体磁环4由若干镍锌铁氧体磁片构成，镍锌铁氧体磁片的数量优选为10。铁氧体磁环4的外径为170±10％mm，内径为120±10％mm，厚度为25±10％mm。铁氧体磁环4在10khz下的电感值＞60μh。

效果验证：

如图2～图5，为加装铁氧体磁环4和未加装铁氧体磁环4时测量机组共模电流、电压的图像。由图2和图3中可以看出，未加装铁氧体磁环4的变频器发送至发电机的电压和电流波形，其中含有大量高频谐波。由图4和图5中可以看出，加装铁氧体磁环4的变频器发送至发电机的电压和电流波形，过滤掉了大量的大量高频谐波，其可以说明铁氧体磁环在抑制发电机轴电流的效果。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。