摘要：近年来，我国的风力发电有了很大进展，对双馈异步风力发电机的应用也越来越广泛，其结构主要由转子、定子、轴承三部分组成。转子的组成部分在运转的过程中，主要通过电流之间产生的磁势，而进行正常运行的。在风力发电机中转子在工作中出现匝间短路的现象，就说明了定子中的分支电流的电压是不相同的，从而会引起双馈式风力发电机的电流出现不平衡的现象，通过对双馈异步风力发电机建立多回路模型，这就可以根据时间的变化计算出双馈异步风力发电机所需要的电气量。
关键词：双馈式风力发电机；转子绕组；匝间短路
引言
双馈发电机以其价格优势在风力发电中应用较多，但因其运行环境复杂，风力发电行业对发电机的在线监测和故障诊断技术不够重视，双馈风力发电机易发生多种故障。据统计，定子绕组故障占双馈风力发电机电气故障的37％，主要包括匝间短路、相间短路和相对地短路。其中，相邻线圈匝间绝缘损坏而使不同匝线圈发生短路造成的匝间短路，因其不易察觉危害较大。因为定子绕组短路的线圈之间产生环流，引起温度升高，进而可能引发更多匝线圈的短路，甚至出现相间短路或相对地短路。因此，对双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障进行研究，提取故障特征信号，对于预防和及早发现故障，尽快提出应对策略，具有重要意义。
1故障时定子并联支路环流特性分析
双馈式风力发电机在进行正常运行的过程，其谐波电流的影响不会受到定子绕组和转子绕组的变化而进行相应的变化，如果发电机在进行正常工作中出现匝间短路的现象，就会造成匝数数量减少的现象，其中的磁动势中就会出现不对称的现象，如果出现不对称的现象，那么，双馈式风力发电机中的定子绕组就会出现谐波电势不断增加的现象。在风力发电机中转子在工作中出现匝间短路的现象，就说明了定子中的分支电流的电压是不相同的，从而会引起双馈式风力发电机的电流出现不平衡的现象，因此，就会产生风力发电机内部出现谐波环流的现象。谐波环流在正常运行的过程中，出现ω1=ω2，La1=La2的现象，在双馈式风力发电机的定子并联的电压出现为0的现象是，则说明奇次谐波电势不会出现电子环流的现象，如果出现线路内部故障的现象，说明该分支的感应数会出现大小相同的现象，因此，它的道理与奇数次谐波环流时大致相同的。双馈式风力发电机中的转子在出现短路的现象时，定子绕组就会出现内部环流的现象，这种现象的产生是由于转子的电流在其他的分子中所产生的感应势力是不相同的，因此，就造成了差异的现象，其中风力发电机的匝间短路现场导致；转子的运转磁场出现1/P奇偶数次谐波以及次等分数次空间谐波两种现象的产生。
2风电场电压升高原因
(1)风电场自身引起的电压升高。当电网电压骤降时，因风电场HVRT能力不足导致风机相继脱网，使得风电机组系统内部无功功率过高，即便低压引起的脱网过程结束，风机由于不具备HVRT能力而引起更大范围的脱网，因而说风机的高低压穿越是彼此关联的。除此之外，在电网正常情况下，风电场也可能由于无功电压调整能力不足、电容器投切不当而引起电压骤升。(2)接入电网引起的电压升高。电网正常运行下，负载的突然变化会引起风电场电压的升高。当电网发生单相接地故障时非故障相电压升高至线电压;当发生两相接地故障时非故障相电压可升高至其额定值的1．5倍。可见，风电场电压骤升现象普遍存在，研究双馈风机的HVRT性能对整个风电系统的稳定运行意义重大。
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3多回路理论建立电机模型
在建立双馈异步风力发电机数学模型的过程中，其建立发电机的基础思想是按照定子的绕组以及转子的绕组之间的实际回路进行对双馈异步风力发电机的电压和磁链的填写。在进行双馈异步风力发电机运用多回路理论进行实验的过程中，需要对双馈异步风力发电机的回路参数进行计算，这就需要对双馈异步风力发电机中每一个线圈的参数进行计算，在对双馈异步风力发电机线圈回路参数进行计算的过程中，可以从双馈异步风力发电机中的单个线圈出发进行回路参数的计算，得到双馈异步风力发电机中单个线圈回路参数的情况下，就需要根据双馈异步风力发电机中各个回路实际的构成情况，从而能够进行对双馈异步风力发电机中线圈回路参数的计算工作，这就在一定程度上保证双馈异步风力发电机线圈回路参数数据的准确性。在双馈异步风力发电机进行运行的过程中，对于双馈异步风力发电机中的定子和转子之间是由相对运动的，而对双馈异步风力发电机中的互相感应是根据时间而变化的，这就可以根据时间的变化计算出双馈异步风力发电机所需要的电气量。在对双馈异步风力发电机建立多回路模型的过程中，需要根据双馈异步风力发电机运行的实际情况进行研究分析。对双馈异步风力发电机中的定子绕组进行实验的过程中，而对于定子绕组每一个相并联支路的数量是2，而对于每一条相并联支路线圈的数量是6个，这就说明了在双馈异步风力发电机中支路的数量是6条；而在双馈异步风力发电机中的转子进行实验的过程中，而对于转子绕组每一个相并联支路的数量是1，而对于每一条相并联支路线圈的数量是8个，这就说明了在双馈异步风力发电机中支路的数量是3条。4故障后发电机不同运行工况下气隙磁密的谐波分析定子匝间短路故障选取短路程度为1%的情况。其中电网三相电压不平衡工况下，取电压不平衡度为6.1%，低电压穿越工况取电压跌落至23%，使发电机气隙磁密曲线发生明显畸变，便于分析。
4仿真分析
在对双馈异步风力发电机中转子绕组的连接方式是星性连接，而在双馈异步风力发电机中的转子绕组发生匝间短路的过程中，对双馈异步风力发电机中的转子绕组中的支路故障进行假设，假设转子绕组中的a相支路发生故障的过程中，如图1所示，这就需要对双馈异步风力发电机中转子绕组的线圈增加一条支路，其对于双馈异步风力发电机中转子绕组新增的支路短路电流是id，而对于转子绕组中的a相剩下的支路会成为双馈异步风力发电机中的一条新的支路。在对双馈异步风力发电机中转子绕组进行探究的过程中，在对双馈异步风力发电机中转子绕组侧面所连接的变频器进行思考的过程中，是把双馈异步风力发电机中转子绕组侧面所连接的变频器看成一个整体进行思考，这就没有对双馈异步风力发电机中转子绕组侧面多连接变频器内部的实际情况进行充分的死牢，这就会导致双馈异步风力发电机的匝间出现短路故障的现象。
结语
综上所述，双馈式风力发电机在进行正常运行的过程，其谐波电流的影响不会受到定子绕组和转子绕组的变化而进行相应的变化，如果发电机在进行正常工作中出现匝间短路的现象，就会造成匝数数量减少的现象，其中的磁动势中就会出现不对称的现象，在进行双馈异步风力发电机运用多回路理论进行实验的过程中，需要对双馈异步风力发电机的回路参数进行计算，这就需要对双馈异步风力发电机中每一个线圈的参数进行计算，在对双馈异步风力发电机线圈回路参数进行计算的过程中，可以从双馈异步风力发电机中的单个线圈出发进行回路参数的计算。
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论文作者:王旭
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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