风力发电机长输电缆过电压分析研究

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1、风力发电机长输电缆过电压分析研究李东亮1,彭运洪2(1.上海电机学院电气学院,2.上海汽轮机厂，上海，201312)：在双馈风力发电机中，P变流器的输出脉冲经长输电缆励磁时产生过电压，严重时会导致风机转子和集电环的过早损坏。针对这一问题，此文分析了变流器长输电缆引起过电压的机理，提出了阻抗匹配和上升时间的相关抑制过电压方法，并据此在变流器输出侧和电机转子侧设计RLC电路，仿真结果证明了所设计电路能有效地抑制长输电缆引起的过电压。关键词：双馈风力发电机；P变流器；长输电缆；过电压；RLC电路：TM614;TM7

2、61Doublefed0cm2pt;mso-layout-grid-align:none"class=MsoNormalalign=center>LeeDongliang1,PengYunhong2(Collegeofelectricalengineering,ShanghaiDianJiUniversity,Shanghai201312,China)Abstract：Indoublyfedatureringdamage.Tosolvethisproblem,thispaperanalyzestheconve

3、rterover-voltagecausedbylongcabletransmissionmechanism,theimpedancematchingandtherisetimeoftherelatedOver-voltageSuppressionMethod,basedontheoutputsideandrotorsideconverterRLCcircuitdesign,thesimulationresultsprovethatthedesignedcircuitcaneffectivelysuppres

4、stheover-voltagecausedbylongcabletransmission.Keyissioncables;over-voltage;RLCcircuit1长缆驱动时发电机转子侧过电压机理分析双馈风力发电机组中采用P变流器驱动异步电机，其结构如图1所示。在实际应用中，双馈变流器位于塔底，双馈发电机安装在塔顶，在变流器和发电机之间采用长线电缆传输且电缆和电机阻抗不匹配时，P变流器输出脉冲经电缆传至电机时会产生电压反射现象，导致在发电机端产生过电压。过电压的大小与电缆长度、传输速度、脉冲信号的上升

5、时间以及反射系数等因素有关。图1双馈风力发电系统结构框图Fig.1Structurediagramofdoublefed1.1长输电缆引起的过电压分析P变流器转子侧输出的高频电压脉冲波经电缆传输至电机端以驱动电机。当电缆的特征阻抗与电机的等效阻抗不匹配时，P变流器输出脉冲电压在电缆上的传输可看作行波的传播，会在电机端发生反射现象。一般情况下，由于高频时电机的等效阻抗远大于电缆的特征阻抗，故此问题可看作行波在终端开路传输线上的传播。由传输线理论可知，电机端反射系数为：（1-1）式中为电机端等效阻抗，为电缆的特征

6、阻抗。定义（1-2）式中、分别为电缆单位长度电感、电容量。因为，由式（1-1）可知，，反射波与入射波叠加使电机端电压近似加倍。源端反射系数为：（1-3）式中：为源端阻抗。通常，由式（1-3）可知，，即发生负反射。由上分析可知，传输线上出现的最大电压为2U。在线路没有损耗的理想情况下，假设电缆长度为,变流器直流侧电压为，其逆变侧输出脉冲波在电缆中的速度为（约为光速的1/2)，从变流器输出侧传输至电机端需要时间。其中，由传输线理论可知，行波在传输线的传输时间和传输速度分别为：（1-4）121测试工具与解决方案20

7、16.10（1-5）则P脉冲电压的传输过程如下图2所示。图2P脉冲电压传输过程Fig.2Ppulsevoltagetransferprocess设时，开关闭合，则一个脉冲的传播过程可分为上图所示的4各阶段，具体分析如下：当时，电压行波和电流行波以速度向右传播，变频器输出脉冲经过后第一次到达电机侧，到达后电机侧电压为；当时，入射波在电机端被反射，第一次反射使电机侧电压升高，又经过时间后到达变频器输出端，在传输过程中将沿线电压提高为；当时，反射波第一次传播至变频器，由于变流器内阻（约为0ohm）与电缆特征阻抗不等

8、，会再次发生反射，产生一个负反射波（也称第二次入射波），又经时间传送到电机侧，使沿线及电机侧电压下降至；当时,经源端反射的入射波第二次到达电机侧又发生反射，使电机端电压减少到零，又经时间传送到变频器输出端。从时起又重复上述过程。由上分析可知，传输线上出现的最大电压为。1.2上升时间对过电压的影响经上述脉冲波传输过程分析可知，当电压脉冲波从变频器逆变侧传送到电机端的所需时间小于脉冲上升时间的1/3时，