CN104158363B - 双馈感应发电机模型 - Google Patents

双馈感应发电机模型 Download PDF

Info

Publication number
CN104158363B
CN104158363B CN201410394611.9A CN201410394611A CN104158363B CN 104158363 B CN104158363 B CN 104158363B CN 201410394611 A CN201410394611 A CN 201410394611A CN 104158363 B CN104158363 B CN 104158363B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
stator
rotor
model
stator winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410394611.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104158363A (zh
Inventor
支永健
范祝霞
王坚
李江红
陈致初
元约平
闵建军
杨德勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Original Assignee
CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSR Zhuzou Institute Co Ltd filed Critical CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Priority to CN201410394611.9A priority Critical patent/CN104158363B/zh
Publication of CN104158363A publication Critical patent/CN104158363A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104158363B publication Critical patent/CN104158363B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双馈感应发电机模型，属于电力技术领域，以便于对双馈风电系统进行分析、设计和改进。该双馈感应发电机模型，包括定子电路模型和转子电路模型；所述定子电路模型包括三相的定子绕组电路，每相所述定子绕组电路用于模拟定子绕组匝间电容的影响；所述转子电路模型包括三相的转子绕组电路，每相所述转子绕组电路用于模拟转子绕组匝间电容的影响。本发明可用于双馈风电系统。

Description

双馈感应发电机模型
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体地说，涉及一种双馈感应发电机模型。
背景技术
交流励磁双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator，简称DFIG)的变速恒频风力发电系统(简称双馈风电系统)具有成本低、体积小、功率损耗低等优点，因此已被十分广泛的应用。
双馈风电系统通常由双馈感应发电机、交-直-交背靠背变流器及电缆等部件构成，在双馈风电系统工作时，发电机的定子侧和转子侧都有能量馈送。由变流器中的逆变器共模电压所引起的放电电流，通过发电机内部寄生电容会产生流入地线的漏电流，高频漏电流过大将产生电磁干扰(EMI)。另外，为了降低开关损耗，通常会加快变流器中半导体设备的开关速度，开关速度的提高将使输出电压的上升时间变短，导致反射波在变流器和发电机之间来回运行，也称为电压反射现象。该反射波经过多次反射会在发电机端叠加出幅值和频率很高的过电压，该过电压通过电机的寄生电容形成轴电压，轴电压过高可能会造成发电机的绝缘失效，损坏发电机的轴承，而影响系统运行的可靠性。
因此，需要建立一个准确的双馈感应发电机的模型，特别是高频模型，以便于对双馈风电系统进行分析、设计和改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双馈感应发电机模型，以便于对双馈风电系统进行分析、设计和改进。
本发明提供一种双馈感应发电机模型，包括定子电路模型和转子电路模型；
所述定子电路模型包括三相的定子绕组电路，每相所述定子绕组电路用于模拟定子绕组匝间电容的影响；
所述转子电路模型包括三相的转子绕组电路，每相所述转子绕组电路用于模拟转子绕组匝间电容的影响。
优选的，每相所述转子绕组电路包括并联的转子绕组匝间电容Crw、Crw的等效电阻Rrw和转子漏感Llr。
进一步，该双馈感应发电机模型还包括连接于所述定子电路模型与所述转子电路模型之间的共模拓扑电路。
优选的，所述双馈感应发电机包括定子绕组、转子铁芯和转子绕组；
所述共模拓扑电路包括定子绕组对转子铁芯的寄生电容Csr，转子绕组对转子铁芯的寄生电容Cwr，以及定子绕组与转子绕组之间的寄生电容Cws；Csr和Cwr串联，Cws并联在Csr和Cwr两端。
进一步，所述双馈感应发电机还包括轴承；
所述共模拓扑电路还包括轴承等效电容Cb，Cb的一端连接于Csr与Cwr之间，Cb的另一端接地。
进一步，所述双馈感应发电机还包括机壳；
所述共模拓扑电路还包括转子铁芯与机壳之间的寄生电容Crf，Crf的一端连接于Csr与Cwr之间，Crf的另一端接地。
优选的，每相所述定子绕组电路包括第一部分定子漏感ηLls、定子绕组电阻Rs、第二部分定子漏感(1-η)Lls、定子绕组与转子绕组之间的寄生电容Csw和Csw的等效电阻Rsw；
其中，ηLls、Rs和(1-η)Lls串联，Csw、Rsw与(1-η)Lls并联。
优选的，3％≤η≤10％。
优选的，每相所述定子绕组电路还包括定子绕组与机壳之间的寄生电容Csf和Csf的等效电阻Rsf；
其中，Csf的一端与Rsf的一端连接，Csf的另一端连接在ηLls与Rs之间，Rsf的另一端接地。
进一步，所述定子电路模型还包括定子外壳电阻Rf和定子外壳电感Lf；
Rf和Lf串联在每相所述定子绕组电路中的Rsf与地之间。
本发明带来了以下有益效果：本发明提供的双馈感应发电机模型中，包括定子电路模型中的三相的定子绕组电路，以及转子电路模型中的三相的转子绕组电路，能够模拟双馈风电系统在高频工作状态下，定子侧和转子侧产生的轴电压及电磁干扰，从而有利于对双馈风电系统进行分析、设计和改进。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是本发明实施例提供的双馈感应发电机模型的示意图；
图2是双馈感应发电机的共模干扰的容性耦合的示意图；
图3是图2的共模拓扑电路的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明实施例提供一种双馈感应发电机模型，包括定子电路模型和转子电路模型。定子电路模型包括A、B、C三相的定子绕组电路，，每相定子绕组电路用于模拟定子绕组匝间电容的影响。转子电路模型包括A、B、C三相的转子绕组电路，每相转子绕组电路用于模拟转子绕组匝间电容的影响。
其中，每相转子绕组电路包括并联的转子绕组匝间电容Crw、Crw的等效电阻Rrw和转子漏感Llr，主要模拟转子绕组匝间电容的影响。Crw、Rrw和Llr的数值可通过阻抗分析测量获得。
本发明实施例提供的双馈感应发电机模型中，包括定子电路模型中的三相的定子绕组电路，以及转子电路模型中的三相的转子绕组电路，能够模拟双馈风电系统在高频工作状态下，定子侧和转子侧产生的轴电压及电磁干扰。并且，转子耦合产生的轴电压在双馈风电系统中占主要地位，而本实施例中能够模拟每一相的转子绕组匝间电容的影响。因此，本发明实施例提供的双馈感应发电机模型有利于对双馈风电系统进行分析、设计和改进，并且该双馈感应发电机模型所适用的频率范围很宽，低频可达到100Hz，高频可达到10MHz。
进一步，本发明实施例提供的双馈感应发电机模型中，还包括连接于定子电路模型与转子电路模型之间的共模拓扑电路。
如图2所示，双馈感应发电机包括定子绕组1、转子绕组3、转子铁芯4、机壳2、轴承5等部件，而双馈感应发电机在高频工作状态下会发生容性耦合现象，具体包括：定子绕组1对转子铁芯4的寄生电容Csr，转子绕组3对转子铁芯4的寄生电容Cwr，定子绕组1与转子绕组3之间寄生电容Cws，定子绕组1与机壳2之间的寄生电容Csf，转子铁芯4与机壳2之间的寄生电容Crf，转子绕组3与机壳2之间的寄生电容Cwf，轴承5的滚珠与外瓦之间的寄生电容Cb1，轴承5的滚珠与内瓦之间的寄生电容Cb2。这些参数均可通过阻抗分析测量获得。
图3为图2的拓扑结构电路，并将图2中的Cb1和Cb2等效为可变电容Cb与一开关并联。表示当输出电压较低时，相当于开关闭合，将Cb短路，即Cb的大小等于0；当输出电压达到一定阈值时，相当于开关断开，并且的Cb大小还会随输出电压的变化而变化。
如图1所示，本实施例中，共模拓扑电路也相应的包括定子绕组对转子铁芯的寄生电容Csr，转子绕组对转子铁芯的寄生电容Cwr，以及定子绕组与转子绕组之间的寄生电容Cws。其中，Csr和Cwr串联，Cws并联在Csr和Cwr两端。而转子绕组与发电机的机壳之间的寄生电容Cwf的耦合作用很小，可以忽略不计。
进一步，共模拓扑电路还包括轴承等效电容Cb，以及转子铁芯与机壳之间的寄生电容Crf。其中，Cb和Crf的一端均连接于Csr与Cwr之间，Cb和Crf的另一端接地(定子外壳)。
共模拓扑电路模拟了双馈风电系统中的共模电压，是发电机的三相电压中共有的成分，也称为零序电压，其对电机的机-电能量转换没有直接影响。但是，由于双馈风电系统的高频特性和电压的快速变化，共模电压将产生有害的电磁干扰、漏电流和轴承电流。因此，对共模拓扑电路进行建模，能够更好的对双馈风电系统进行分析、设计和改进。
作为一个优选方案，本实施例中，每相定子绕组电路包括第一部分(定子绕组的前几匝)定子漏感ηLls、定子绕组电阻Rs、第二部分定子漏感(1-η)Lls、定子绕组与转子绕组之间的寄生电容Csw和Csw的等效电阻Rsw，ηLls、Rs和(1-η)Lls串联，并且Csw、Rsw与(1-η)Lls并联。
其中，η的取值范围在3％至10％之间，通常可选为5％，即第一部分定子漏感为5％定子绕组的漏感，第二部分定子漏感为其余的95％定子绕组的漏感。Lls、Csw和Rsw的数值可通过阻抗分析测量得到，主要模拟转子绕组匝间电容的影响。
本实施例中，将Lls分为了ηLls和(1-η)Lls两部分，因为定子绕组的前几匝比较容易发生绝缘失效而被击穿，所以本实施例中的ηLls考虑到定子绕组的前几匝的对地漏电容及寄生电容，能够有效预测定子绕组的前几匝被击穿或烧毁的现象。
进一步，每相定子绕组电路还包括定子绕组与发电机的机壳之间的寄生电容Csf和Csf的等效电阻Rsf。Csf的一端与Rsf的一端连接，形成串联，Csf的另一端连接在ηLls与Rs之间，Rsf的另一端接地(机壳)。Csf是沿着定子绕组长度方向与机壳的容性耦合的分布参数，Csf及Rsf的数值可通过阻抗分析测量获得。
此外，定子电路模型还可以包括定子外壳电阻Rf和定子外壳电感Lf，Rf和Lf串联在每相定子绕组电路中的Rsf与地之间。Rf和Lf的数值可通过发电机制造商获得，比如查看发电机的铭牌、出厂说明书等。
本发明实施例提供的双馈感应发电机模型，能够模拟双馈风电系统在高频工作状态下，定子侧和转子侧产生的轴电压及电磁干扰，还利用共模拓扑电路模拟了共模电压产生的电磁干扰、漏电流和轴承电流，并且考虑到定子绕组的前几匝的对地漏电容及寄生电容的影响。因此，本发明实施例提供的双馈感应发电机模型，能够模拟每一相的转子绕组匝间电容和共模电压的影响，并能够有效预测定子绕组的前几匝被击穿或烧毁的现象，以便于对双馈风电系统进行分析、设计和改进。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (1)

1.一种双馈感应发电机模型，其特征在于，包括定子电路模型和转子电路模型；
所述定子电路模型包括三相的定子绕组电路，每相所述定子绕组电路用于模拟定子绕组匝间电容的影响；
每相所述定子绕组电路包括第一部分定子漏感ηLls、定子绕组电阻Rs、第二部分定子漏感(1-η)Lls、定子绕组与转子绕组之间的寄生电容Csw和Csw的等效电阻Rsw，其中，ηLls、Rs和(1-η)Lls串联，Csw、Rsw与(1-η)Lls并联，3％≤η≤10％；
所述转子电路模型包括三相的转子绕组电路，每相所述转子绕组电路用于模拟转子绕组匝间电容的影响；
每相所述转子绕组电路包括并联的转子绕组匝间电容Crw、Crw的等效电阻Rrw和转子漏感Llr；
所述双馈感应发电机模型还包括连接于所述定子电路模型与所述转子电路模型之间的共模拓扑电路；
所述双馈感应发电机包括定子绕组、转子铁芯和转子绕组；
所述共模拓扑电路包括定子绕组对转子铁芯的寄生电容Csr，转子绕组对转子铁芯的寄生电容Cwr，以及定子绕组与转子绕组之间的寄生电容Cws；Csr和Cwr串联，Cws并联在Csr和Cwr两端；
所述双馈感应发电机还包括轴承；
所述共模拓扑电路还包括轴承等效电容Cb，Cb的一端连接于Csr与Cwr之间，Cb的另一端接地；
所述双馈感应发电机还包括机壳；
所述共模拓扑电路还包括转子铁芯与机壳之间的寄生电容Crf，Crf的一端连接于Csr与Cwr之间，Crf的另一端接地；
每相所述定子绕组电路还包括定子绕组与机壳之间的寄生电容Csf和Csf的等效电阻Rsf，Csf的一端与Rsf的一端连接，Csf的另一端连接在ηLls与Rs之间，Rsf的另一端接地；
所述定子电路模型还包括定子外壳电阻Rf和定子外壳电感Lf；Rf和Lf串联在每相所述定子绕组电路中的Rsf与地之间。
CN201410394611.9A 2014-08-12 2014-08-12 双馈感应发电机模型 Active CN104158363B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410394611.9A CN104158363B (zh) 2014-08-12 2014-08-12 双馈感应发电机模型

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410394611.9A CN104158363B (zh) 2014-08-12 2014-08-12 双馈感应发电机模型

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104158363A CN104158363A (zh) 2014-11-19
CN104158363B true CN104158363B (zh) 2018-01-09

Family

ID=51883802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410394611.9A Active CN104158363B (zh) 2014-08-12 2014-08-12 双馈感应发电机模型

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104158363B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI821546B (zh) * 2020-03-25 2023-11-11 博計電子股份有限公司 馬達電子負載模擬裝置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3560082B1 (en) * 2016-12-23 2021-09-01 Vestas Wind Systems A/S Electrical isolation mounting of electrical machine stator
EP3525348B1 (en) * 2018-02-08 2021-08-25 General Electric Technology GmbH Switching apparatus
CN110196998A (zh) * 2019-04-30 2019-09-03 北京理工大学 一种新能源汽车电机驱动系统电机高频等效电路模型的建立方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07322413A (ja) * 1994-05-24 1995-12-08 Hitachi Ltd 回転電機制御装置および電気自動車
JP3563651B2 (ja) * 1999-11-08 2004-09-08 株式会社日立製作所 回転電機
BG64930B1 (bg) * 2001-02-27 2006-09-29 Николай МУЛАДЖИКОВ Трифазен електрически генератор
CN100505469C (zh) * 2007-04-30 2009-06-24 华中科技大学 柔性交流双馈型风力发输电系统
CN101087125B (zh) * 2007-06-25 2011-05-11 中国科学院电工研究所 一种具有寿命预测功能的电动汽车电机驱动系统
JP2009171750A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Panasonic Corp モールドモータ
CN102005780B (zh) * 2010-11-23 2012-11-14 中国科学院电工研究所 一种双馈型风力发电机的故障保护和能量稳定电路
CN102006000B (zh) * 2010-11-24 2012-11-21 南京航空航天大学 非直接并网的功率绕组连接方式可变的风力发电机及方法
CN201956898U (zh) * 2011-01-30 2011-08-31 华锐风电科技(集团)股份有限公司 风电变频器pwm脉冲尖峰抑制装置
CN202586681U (zh) * 2012-05-09 2012-12-05 中国矿业大学 一种无刷双馈异步电机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI821546B (zh) * 2020-03-25 2023-11-11 博計電子股份有限公司 馬達電子負載模擬裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN104158363A (zh) 2014-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abdi et al. Performance analysis and testing of a 250 kW medium‐speed brushless doubly‐fed induction generator
Dzhankhotov et al. Passive $ LC $ filter design considerations for motor applications
Ma et al. Sub-synchronous control interaction studies between full-converter wind turbines and series-compensated AC transmission lines
CN104991161B (zh) 双馈风力发电机定子绕组匝间短路建模及特征提取方法
Larose et al. Type-III wind power plant harmonic emissions: Field measurements and aggregation guidelines for adequate representation of harmonics
CN104158363B (zh) 双馈感应发电机模型
CN103388558A (zh) 通过降低有效功率输出对弱电网的风力涡轮机控制
Faiz et al. Magnetic equivalent circuit modelling of doubly‐fed induction generator with assessment of rotor inter‐turn short‐circuit fault indices
CN204316327U (zh) 一种用于双馈风力发电系统的emi滤波器
Oraee et al. Converter rating optimisation for a brushless doubly fed induction generator
CN106972509A (zh) 一种抑制直驱式风电次同步振荡的网侧控制策略
CN105134506A (zh) 一种双馈式风力发电机组变频控制器的性能测试仿真平台
Lavanya et al. Performance analysis of three phase induction motor using different magnetic slot wedges
CN110048372B (zh) 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法
Zietsman et al. Optimal design methodology of a three phase rotary transformer for doubly fed induction generator application
CN102931685A (zh) 用于风力发电系统的变流装置
CN104808022A (zh) 一种三相三绕组变压器三侧联合运行温升试验接线方法
Abdi et al. Investigation of magnetic wedge effects in large-scale BDFMs
De Moura et al. Analysis of injected apparent power and flicker in a distribution network after wind power plant connection
Bhadane et al. Wavelet transform based power quality analysis of grid connected wind farm-An investigation of Power Quality Disturbances
Wang et al. Studies on stator single-line-to-ground faults protection for a powerformer considering the winding electromotive force distribution
CN103630771A (zh) 一种风力发电用变频器全功率的测试平台
Yuan et al. Impulse overvoltage on stator winding of direct-drive wind turbine generators
Sarma et al. Investigation of grid supply harmonic effects in wound rotor induction machines
Jun-qing et al. The research of the inter-turn short circuit of the stator windings in doubly fed induction generator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant