CN102280897A - 在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，包括：计算60Hz风电机组在60Hz下额定转速n_N时的转差；根据在50Hz下的同步转速、转差，计算在50Hz下的额定转速；将60Hz风电机组连接到50Hz电网上，并减小电流；逐渐增加转速和转矩，测量风电机组在所能承受的转矩下所达到的功率P’，计算60Hz风电机组在60Hz电网上可达到的功率P。本发明对60Hz风电机组并入50Hz电网后的参数特性进行分析，在50Hz电网条件下进行实际测试，等效得出60Hz风电机组的并网性能，从而解决在没有60Hz电源情况下进行60Hz风电机组测试的难点，与其它方法相比成本降低很多。

Description

在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法

技术领域

本发明涉及一种风电机组并网性能的检测方法，特别是涉及一种在50Hz电网条件下检测60Hz风电机组并网性能的方法。

背景技术

由于中国大陆电网的频率全部是50Hz，所以60Hz风电机组不能进行实际并60Hz电网全功率试验。如果将60Hz风电机组运出国外进行并网测试试验，成本将会很高。为此许多厂家都在寻找一种在国内就能检测60Hz风电机组并网性能的方法。

国内相关专家提出了许多不同的方法来检测60Hz风电机组并网性能，如将发电机组定子直接接到水电阻，通过双馈风电机组转子变流器控制定子输出60Hz电能消耗在水电阻上，间接来模拟风电机组并网性能。还有专家提出搭建小型60Hz电网，来实现测试用的60Hz电源，该种方法也有多种实现方案，如用全功率变流器将50Hz电源与60Hz风电机组连接。

上述的检测方法，虽可在中国大陆实现对60Hz风电机组并网性能的检检测，但是成本非常高，如何能创设一种利用风电机组特性，进行理论推导，在50Hz电网条件下进行实际测试，利用所得测试数据等效得出60Hz风电机组并网性能的方法，实属当前本领域的重要研究课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，使其在没有60Hz电源的情况下，基于发电机理论推导和风力发电机组特性等效得出60Hz风电机组的并网性能，以保证风电机组的并网特性，并克服现有的60Hz风电机组并网性能检测方法的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，包括以下步骤：A.根据60Hz风电机组在60Hz下的同步转速n₁、额定转速n_N，计算在额定转速n_N时的转差s；B.根据60Hz风电机组在50Hz下的同步转速n₂’、转差s，计算60Hz风电机组在50Hz下的额定转速n_N’；C.将60Hz风电机组连接到50Hz电网上，并减小电流以平衡60Hz风电机组因在50Hz下运行所导致的铁损增加；D.逐渐增加转速和转矩，测量风电机组在所能承受的转矩下所达到的功率P’，计算60Hz风电机组在60Hz电网上可达到的功率P，计算依据为P’∶P＝n_N’∶n_N。

作为本发明的一种改进，所述的检测是在风电机组全功率测试实验台上进行，60Hz风电机组的定子直接连接到50Hz电网上，转子通过变流器连接到50Hz电网上。

所述的60Hz风电机组的转子通过传动轴与拖动电动机连接。

采用这样的设计后，本发明在50Hz电网条件下，根据发电机自身的特性以及风力发电机组发电特性进行分析，主要根据风电机组转速等效、风电机组发电机磁通分析、风电机组功率分析、风电机组转矩分析等四个方面对60Hz风电机组并入50Hz电网后的参数特性进行分析，在50Hz电网条件下进行实际测试，利用所得测试数据等效得出60Hz风电机组的并网性能，从而解决在没有60Hz电源情况下进行60Hz风电机组测试的难点，并通过实际测试检验了这种方法的可行性，同时与其它构建60Hz电源进行测试的方法相比成本降低很低，更加适于实用。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法的应用系统连接示意图。

具体实施方式

本发明在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，主要包括以下步骤：

步骤A，根据60Hz风电机组在60Hz下的同步转速n₁、额定转速n_N，计算在额定转速n_N时的转差s。

步骤B，根据60Hz风电机组在50Hz下的同步转速n₂’、转差s，计算60Hz风电机组在50Hz下的额定转速n_N’。

步骤C，将60Hz风电机组连接到50Hz电网上，并减小电流以平衡60Hz风电机组因在50Hz下运行所导致的铁损增加。

步骤D，逐渐增加转速和转矩，测量风电机组在所能承受的转矩下所达到的功率P’，计算60Hz风电机组在60Hz电网上可达到的功率P，计算依据为P’∶P＝n_N’∶n_N。

以下就转速等效、磁通等效、功率分析和转矩分析四个方面，对本发明在50Hz电网条件下，利于风电机组特性的等效性方法，测试60Hz风力发电机组并网性能的方法，做进一步说明。

首先，在转速等效方面：60Hz双馈电机极数为6极，在60Hz下的同步转速n₁是1200r/min，额定转速n_N是1440r/min，在1440r/min时的转差而在50Hz电网情况下6极发电机的同步转速n′₁是1000r/min，根据转差-0.2可以得到在50Hz情况下的额定转速n′_N＝(1-s)n′₁＝(1+0.2)*1000＝1200。

其次，在磁通等效方面：主磁通是由励磁电流产生的，主磁通的量值大小受到外施电压及电路参数的制约，其公式为：

其中，

为磁通，K_E为绕组压降系数，U为电机相电压，f为电机频率，Z为每相串联导体数，K_dp1为绕组系数。

当电机选定后磁通

可以近似认为与电机相电压U成正比，与频率成反比关系：

其中μ代表其它参数关系。

发电机接入690V/60Hz电网所产生的磁通

发电机接入690V/50Hz电网所产生的磁通为

磁通公式可以看出，

要大于换句话说发电机接入50Hz电网后所产生的

是60Hz电网所产生的

的1.2倍，增加了20％。发电机设计时，电机的磁性材料是要考虑饱和现象的，其饱和程度决定于铁芯的磁通密度B_m，磁密正比于磁通。电机在设计时为了实现电机的最优使用，一般会将电机正常工作点设计到饱和点附近，正常设计时电机所预留到饱和点的值比较小。发电机的磁密如果超过了电机设计值时铁芯就会过饱和，这样励磁电流就会迅速增大，导致铁耗急剧增大，引起发电机严重发热，从而影响发电机输出效率。

再次，在功率分析方面：发电机所产生的总功率包括定子功率、转子功率、总铜耗、总铁耗等(忽略其它一些比较小的损耗)，P＝P₂+P₂+p_cu+p_Fe。

其中，P为原动机输入发电机总的功率，P₁为定子输出功率，P₂为转子输出功率，p_cu为总铜耗，p_Fe为总铁耗。

发电机在运行时受到温度的限制，比如定子绕组温度，转子绕组温度，铁芯温度。温度的升高是由电流流过绕组时产生的热决定的，所以当发电机接入50Hz电网时，励磁电流增大导致铁损p_Fe增加，为了保证发电机的温度不超过限定值，通过减小电流来减小温度上限值，电流减小的幅度可根据具体情况来确定，只要在实验中不要超过计算的最大电流即可。

最后，在转矩分析方面：在稳态下，根据转矩平衡方程式：T₂＝T+T₀，其中，T₂为电机输入机械转矩，T为电磁转矩，T₀空载制动转矩，是机械损耗和附加损耗产生的制动转矩，其空载时就存在的。

而P＝T*Ω，其中Ω为机械转速。

根据上述的转速分析以及变流器所能提供的最大转差功率限制，转速选定在1200r/min，与60Hz发电机的额定转速1440r/min相比为额定转速的83％，所以根据公式P＝T*Ω，在T不变的情况下，P’＝0.83P。

由以上转速与转矩分析可以得出，如果60Hz发电机在50Hz网上发电能达到83％的功率，说明该机组可以承受这时的转矩，那么在60Hz电网下，转速升高至1440r/min时可以达到100％的功率。

本发明在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，是一个经过理论推导后进行实际测试实验并且由理论推导为依据进行实际测试数据记录和分析的过程，是一种将理论推导应用于实践的方法，依据理论与实际测试数据，可得出60Hz风力发电机组的并网性能。

以下给出本发明的一个具体应用实例。

(1)在全功率实验台进行测试，各测试用设备调试准备好。

(2)变流器采用的是ABB1.5MW双馈变流器，参数设定是按照60Hz发电机组等效50Hz参数设定的。其参数设定如下：

ABB变流器参数输入的电机参数是星星接法，所以如果电机参数是角星接法的参数则要将参数除以3后再填入99组参数。

99.02：MOTOR NOM VOLTAGE[V] 690

99.03：MOTOR NOM CURRENT[A] 1086.0

99.04：MOTOR NOM FREQ[Hz]   50

99.05：MOTOR NOM SPEED[rpm] 1010

99.06：MOTOR NOM POWER[kW]  1298.0

99.12：MOTOR NOM COSFII     1.000

99.14：MOTOR SYNC SPEED[rpm]1000

99.15：MOTOR OPEN CKT V[V]  1840

99.16：MOTOR NOM IM[A]      600.0

99.21：Rs[mohm]             2.82

99.22：X1S[mohm]           15.51

99.23：X2S[mohm]           96.27

99.24：XM[mohm]            632

99.25：Rr[mohm]            2

99.26：XM CALIBRATED[mohm] 632

99.27：MAX MEAS FLUX[Wb]   2.44

99.28：MAX MEAS IS[A]      3292.68

99.29：INU NOM POWER[kVA]  770

99.30：ISU NOM POWER[KVA]  478

99.31：HT1 TUNING[％]      120

99.32：HF1 TUNING[％]      120

设置中一些注意的地方：其中20.06参数在新机组时要改为-20，做同步时21.02要改为YES，做直流充电21.01改为9，(9是IGBT整流，1为全桥，0不工作)。

(3)起动拖动变流器来拖动电动机，将转速拖到900rpm。

(4)起动风电机组变流器，并网，逐步加大转矩到15％。

(5)拖动电动机升速到1100rpm。

(6)风电机组变流器将转矩输出到30％。

(7)拖动电动机升速到1240rpm。

(8)风电机组变流器将转矩输出到85％。

观察各状态参数，记录数据与相关波形。如果在实际计算值与上述发明内容中的理论相一致，则说明风电机组的并网性能是正常的。

请参阅图1所示，本发明的检测过程可在风电机组全功率测试实验台上进行，拖动电动机通过拖变流器连接到50Hz电网上。风电机组定子直接连接到50Hz电网上，转子通过变流器连接到50Hz电网上。拖动电动机与双馈发电机是通过传动轴相连接。拖动变频器控制拖动电动机来模拟风轮机将转矩传送到双馈风力发电机组发电机上，由发电机再将能量输送到电网上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，其特征在于包括以下步骤：

A.根据60Hz风电机组在60Hz下的同步转速n₁、额定转速n_N，计算在额定转速n_N时的转差s；

B.根据60Hz风电机组在50Hz下的同步转速n₁’、转差s，计算60Hz风电机组在50Hz下的额定转速n_N’；

C.将60Hz风电机组连接到50Hz电网上，并减小电流以平衡60Hz风电机组因在50Hz下运行所导致的铁损增加；

D.逐渐增加转速和转矩，测量风电机组在所能承受的转矩下所达到的功率P’，计算60Hz风电机组在60Hz电网上可达到的功率P，计算依据为P’∶P＝n_N’∶n_N。

2.根据权利要求1所述的在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，其特征在于所述的检测是在风电机组全功率测试实验台上进行，60Hz风电机组的定子直接连接到50Hz电网上，转子通过变流器连接到50Hz电网上。

3.根据权利要求2所述的在50Hz电网中检测60Hz风电机组并网性能的方法，其特征在于所述的60Hz风电机组的转子通过传动轴与拖动电动机连接。

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