CN109871556A

CN109871556A - 一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法及系统

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Publication number: CN109871556A
Application number: CN201711261478.XA
Authority: CN
Inventors: 陈薛梅; 蔡梅园; 刘瑾; 聂思宇; 杨立; 杜炜; 韩花丽; 兰涌森; 温俊伟; 杨静; 廖雪松; 柯余东
Original assignee: China Shipbuilding Heavy Industry Offshore Wind Power Ltd By Share Ltd
Current assignee: China Shipbuilding Heavy Industry Offshore Wind Power Ltd By Share Ltd
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: CN109871556B

Abstract

本发明公开了一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，包括：获取动态参数；其中，动态参数包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度；根据动态参数，计算转子绕组温度；本发明通过动态参数计算转子绕组温度，可以利用在双馈异步发电机在运行过程中采集的包含有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度的动态参数，计算出动态的转子绕组温度，在不增加硬件成本的基础上，可以实现对转子绕组温度的实时监测。此外，本发明还公开了一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统及计算机可读存储介质，同样具有上述有益效果。

Description

一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法及系统

技术领域

本发明涉及双馈异步发电机技术领域，特别涉及一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

随着现代社会科技的发展，双馈异步发电机在风电行业中得到了广泛的运用。双馈异步发电机与其余种类发电机最大的不同在于其转子也可发电、输出。国内外双馈型风力发电机组只对定子绕组温度进行监测，并未对转子绕组温度进行监测。目前国内大多数业主、整机厂家、发电机厂家开始关注转子绕组温度，由于转子属于旋转部件，对于转子绕组温度的获得相对于定子绕组温度要难很多。

现有技术中，获得转子绕组温度的方法有三种。一是通过PT100测量，这种测量方法最准确，但因转子为旋转部件不能直接将PT100温度信号输出，需要在转子侧增加一个滑环将温度信号输出，控制系统需要增加相应的PLC模块，这种方法会带来成本增加；二是通过在转子绕组上贴测温纸测取转子温度，这种方法无法直接输出，需要将发电机拆检后通过将测温纸与标准版进行对比得出温度。在风场运行的发电机无法采用这种方法；三是通过获得转子绕组电阻值计算出转子绕组温度，而在运行状态的发电机是无法获得动态的转子绕组电阻值，因此无法计算出动态的转子绕组温度值。因此，如何在不增加硬件成本的基础上，计算获取动态的转子绕组温度，以实现对转子绕组温度的实时监测，是现今亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法、系统及计算机可读存储介质，以利用获取的动态参数计算出对应时刻的转子绕组温度，可以得到动态的转子绕组温度，实现对转子绕组温度的实时监测。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，包括：

获取动态参数；其中，所述动态参数包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度；

根据所述动态参数，计算转子绕组温度。

可选的，所述根据所述动态参数，计算转子绕组温度，包括：

根据所述动态参数，利用预设转子绕组温度计算公式计算所述转子绕组温度。

可选的，所述预设转子绕组温度计算公式，具体为：

其中，P为所述有功功率，Q为所述无功功率、U_grid为所述电网电压、cosφ为所述功率因数、n为所述转速，T_s为所述定子绕组温度，T_k＝T_rN/T_sN，T_rN为预设的转子设计温升值，T_sN为预设的定子设计温升值，U_open为预设的转子开口电压，I_f0为预设的转子空载励磁电流，k为预设的电压比。

可选的，所述获取动态参数，包括：

按预设时间间隔获取所述动态参数。

本发明还提供了一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统，包括：

获取模块，用于获取动态参数；其中，所述动态参数包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度；

计算模块，用于根据所述动态参数，计算转子绕组温度。

可选的，所述计算模块，包括：

计算子模块，用于根据所述动态参数，利用预设转子绕组温度计算公式计算所述转子绕组温度。

可选的，所述计算子模块，包括：

计算单元，用于根据所述动态参数，利用

计算所述转子绕组温度；

可选的，所述获取模块，包括：

获取子模块，用于按预设时间间隔获取所述动态参数。

此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法的步骤。

本发明所提供的一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，包括：获取动态参数；其中，动态参数包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度；根据动态参数，计算转子绕组温度；

可见，本发明通过根据动态参数，计算转子绕组温度，可以利用在双馈异步发电机在运行过程中采集的包含有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度的动态参数，计算出动态的转子绕组温度，在不增加硬件成本的基础上，可以实现对转子绕组温度的实时监测。此外，本发明还提供了一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统及计算机可读存储介质，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法的流程图。该方法可以包括：

步骤101：获取动态参数；其中，动态参数包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度。

可以理解的是，本步骤中的动态参数可以为双馈异步发电机在运转过程中的测量获取的各项指标的参数。对于获取的动态参数的具体内容，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如可以包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度；也可以包括其他指标的参数；还可以包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度中的一项或多项，只要可以根据获取的参数，计算出转子绕组温度，本实施例对此不做任何限制。

需要说明的是，本步骤中动态参数的具体获取方式，可以采用与现有技术相似的方式测量获取，也可以采用其他方式获取，本实施例对此不做任何限制。

具体的，由于本实施例的目的可以为获取动态的转子绕组温度，也就是双馈异步发电机在运转过程中的实际的转子绕组温度。因此，获取的动态参数与计算得到的转子绕组温度存在时间上对应关系。为了实现对转子绕组温度的实时监控，本步骤可以为按预设时间间隔获取动态参数，对应的可以通过步骤102计算获取每个预设时间间隔的动态参数对应的转子绕组温度。对于预设时间间隔的具体设置，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，本实施例对此不做任何限制。

步骤102：根据动态参数，计算转子绕组温度。

其中，本步骤的目的可以为利用获取的双馈异步发电机在运转过程中的动态参数，计算实际的转子绕组温度。对于根据动态参数，计算转子绕组温度的具体方式，可以由设计人员根据实用场景和用户求自行设置，如可以根据动态参数，利用预设转子绕组温度计算公式计算转子绕组温度；也可以根据动态参数，利用预设的数学模型计算转子绕组温度。只要可以利用获取的动态参数，计算出实际的转子绕组温度，本实施例对此不做任何限制。

具体的，预设转子绕组温度计算公式可以为：

可以理解的是，根据动态参数，利用预设转子绕组温度计算公式计算转子绕组温度时，预设转子绕组温度计算公式可以为如式1的公式；也可以与式1相似的其他公式，如式1的数值1.5可以设置为其他数值。只要可以利用预设转子绕组温度计算公式，计算动态参数对应的实际的转子绕组温度，对于预设转子绕组温度计算公式的具体内容，本实施例不做任何限制。

具体的，如式1的预设转子绕组温度计算公式可以通过如下方式得到，通过对额定转速下不同功率等级(1200KW-2500KW)的15个温升试验数据(包括功率因数为1和0.95工况)的统计分析，可以确定转子绕组温度与定子电流、转子电流和定子绕组温度之间可近似为如下关系式：

T_r＝(T_rN/T_sN)*(I_r/I_s)*T_s (式2)

式2中，T_r为实际的转子绕组温度，单位℃；T_s为实际的定子温度，单位℃；I_r为转子电流，单位A；I_s为定子电流，单位A；T_rN为预设的转子设计温升值，T_sN为预设的定子设计温升值。

由于变频器没有将定、转子电流上传至主控，因此定、转子电流需要根据已有的功率、转速计算得出。在计算定子电流时考虑发无功的情况。

P_r＝P*s/(1-s) (式3)

P_s＝P/(1-s) (式4)

其中，P为有功功率，单位kW；P_r为转子侧有功功率，单位kW；P_s为定子侧有功功率，单位kW；s为转差率，s＝(1500-n)/1500，n为实际转速。

式5中，U_grid为电网电压，单位V；cosφ为发电机功率因数。

由于转子电流的计算比较复杂，考虑到发无功的情况，必须先将此时的无功电流计算得出。

式6中，Irp为转子侧有功电流，单位A；U_open为转子开口电压，单位V。

电压比k＝U_open/U_N，U_N为发电机额定电压，U_N与U_open均为相电压。

定子测无功电流为：

转子侧无功电流：

I_rq＝I_sq/k＝Q*1000/(U_grid*k) (式8)

转子侧电流为：

式9中，转子励磁电流I_f＝I_f0+I_rq，单位A；I_f0为转子空载励磁电流，可以通过空载试验得出，单位A。

转子设计温升值为：

T_rN＝((θ_Fe2+θ_i2)*l_w2+θ_A2(0.5l_w2-l_t2))/0.5l_w2 (式10)

其中，θ_Fe2为转子铁芯温升，θ_Fe2＝[(Q_Fe2+0.5Q_D)*10⁵/(π*D₂*l_t2)+(AS₂j₂/4000)]*C_Fe2/(1+0.01τ)；θ_i2为转子线圈绝缘温度降，θ_i2＝(AS₂j₂/4000)*(t₂/L₂)*(δ_i2/0.016)；θ_A2为转子线圈端部表面温升，θ_A2＝(AS₂j₂/2850)*(C_s2/(1+0.01τ))；l_w2为转子线圈每匝平均长；l_t2为转子铁芯总长；Q_Fe2为转子铁耗，空载试验分离可以得出Q_Fe2＝0.1Q_Fe；Q_D为杂散损耗，Q_D＝0.005P_N；AS₂为转子线负荷；j₂为转子电流密度；C_Fe2为转子散热特性系数，C_Fe2＝C_Fe1*(D_a/D_i)；D_a为定子铁芯外径；D_i为定子铁芯内径；t₂为转子齿距；L₂＝2(b_n2+h_n2)，b_n2和h_n2分别为转子槽宽和槽深；δ_i2为转子线圈单面绝缘厚；C_s2为转子线圈端部散热特性系数，转子绕组电压不超过1000V时，可取330；τ为极距。

T_sN＝((θ_Fe1+θ_i1)*l_t2+(θ_i1+θ_A1)*(0.5l_w1-l_t1))/0.5l_w1 (式11)

其中，θ_Fe1为定子铁芯温升，θ_Fe1＝[(Q_Fe1+0.5Q_D)*10⁵/(π*D_i*l_t1)+(AS₁j₁/4000)]*C_Fe1/(1+0.01τ)；θ_i1为定子线圈绝缘温度降，θ_i1＝(AS₁j₁/4000)*(t₁/L₁)*(δ_i1/0.016)；θ_A1为定子线圈端部表面温升，θ_A1＝(AS₁j₁/2850)*(C_s1/(1+0.01τ))；l_w1为定子线圈每匝平均长；l_t1为定子铁芯总长；Q_Fe1为定子铁耗，空载试验分离可以得出Q_Fe1＝0.9Q_Fe；AS₁为定子线负荷；j₁为定子电流密度；C_Fe1为定子散热特性系数，C_Fe2＝150；t₁为定子齿距；L₁＝2(b_n1+h_n1)，b_n2和h_n2分别为定子槽宽和槽深；δ_i1为定子线圈单面绝缘厚；C_s1为定子线圈端部散热特性系数，可取750。

通过将式5和式9代入式2，且令T_k＝T_rN/T_sN，可以得到式1。

本实施例中，本发明实施例通过动态参数计算转子绕组温度，可以利用在双馈异步发电机在运行过程中采集的包含有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度的动态参数，计算出动态的转子绕组温度，在不增加硬件成本的基础上，可以实现对转子绕组温度的实时监测。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统的结构图。该系统可以包括：

获取模块100，用于获取动态参数；其中，动态参数包括有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度；

计算模块200，用于根据动态参数，计算转子绕组温度。

可选的，计算模块200，包括：

计算子模块，用于根据动态参数，利用预设转子绕组温度计算公式计算转子绕组温度。

可选的，计算子模块，包括：

计算单元，用于根据动态参数，利用

计算转子绕组温度；

其中，P为有功功率，Q为无功功率、U_grid为电网电压、cosφ为功率因数、n为转速，T_s为定子绕组温度，T_k＝T_rN/T_sN，T_rN为预设的转子设计温升值，T_sN为预设的定子设计温升值，U_open为预设的转子开口电压，I_f0为预设的转子空载励磁电流，k为预设的电压比。

可选的，获取模块100，包括：

获取子模块，用于按预设时间间隔获取动态参数。

本实施例中，本发明实施例通过计算模块200根据动态参数，计算转子绕组温度，可以利用在双馈异步发电机在运行过程中采集的包含有功功率、无功功率、电网电压、功率因数、转速和定子绕组温度的动态参数，计算出动态的转子绕组温度，在不增加硬件成本的基础上，可以实现对转子绕组温度的实时监测。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法、系统及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，其特征在于，包括：

根据所述动态参数，计算转子绕组温度。

2.根据权利要求1所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，其特征在于，所述根据所述动态参数，计算转子绕组温度，包括：

3.根据权利要求2所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，其特征在于，所述预设转子绕组温度计算公式，具体为：

4.根据权利要求1至3任一项所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法，其特征在于，所述获取动态参数，包括：

按预设时间间隔获取所述动态参数。

5.一种双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据所述动态参数，计算转子绕组温度。

6.根据权利要求5所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统，其特征在于，所述计算模块，包括：

7.根据权利要求6所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统，其特征在于，所述计算子模块，包括：

计算单元，用于根据所述动态参数，利用

计算所述转子绕组温度；

8.根据权利要求5至7任一项所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算系统，其特征在于，所述获取模块，包括：

获取子模块，用于按预设时间间隔获取所述动态参数。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的双馈异步发电机的转子绕组温度计算方法的步骤。