一种双馈式风电变流器的老化试验方法.pdf

47卷第6期
电力电子技术
Vol47. No
2013年6月
Power Electronics
种双馈式风电变流器的老化试验方法
陆震宇,蔡旭,田红纬
(上海交通大学,电子信息与电气工程学院,上海200240)
摘要:针对传统双馈式风力发电变流器老化测试方法,介绍了一种对测试设备配置要求低、投资小、操作简
便、有利于工厂大规模生产的新型测试方法。从老化试验的实质和理论出发,证明该方法能有效检测双馈式
风电变流器的装配质量,然后运用 Matlab/ Simulink对该测试方法进行仿真分析,最后通过试验证明该测试方法
有效、可行
关键词:变流器;双馈式;老化试验;损耗
中图分类号:TM46
文就标识码:A
文章编号:1000-100X(2013)06-0103-03
One Heat Run Test Method of Double Feed Wind Power Converter
LU Zhen-yu. CAL Xu. TIAN Hong-wei
( Shanghai aotong University, Shanghai 200240, China
Abstract: Compared to traditional heat run test method, the new heat run test method introduced has the advantages
of easy to set up the test bench with low investment and convenient for operation. This paper begins with making the
verification of effectiveness to check the assemble quality with this method and then makes the simul ation with this
method. In the end, the results of heat run test prove it is feasibly to do heat run test with this method
1引言
侧和转子侧电流来实现老化试验。在该方法中,由
老化试验是风电变流器出厂前的一项重要检于使用了电抗器作为负载,因此整个试验能量消
测。通过老化试验,可以得到变流器的温升性能及耗非常小,能量只在电容和电抗器间交换。该老化
发现装配中存在的问题。采用有效、筒便的测试方试验方法对于设备要求较低,仅需一台直流电源
法对变流器的质量及生产成本非常关键。
和一套专门用于检测的软件即可,操作简单且损
耗低,适合大规模生产使用。
2老化测试试验方法介绍
网侧
转子侧
2.1试验原理
目前常用老化试验方法是通过搭建模拟实验
直流电源
平台,使变流器在满功率下运行,如图1所示。其
图2新型老化试验原理图
损耗小,功率在测试回路内循环,电网只需提供发
Fig. 2 New heat run test method schematic diagram
电机和变流器损耗即可。但该方法对设备和场地2.2试验方法有效性分析
要求较高,需制造商配备双馈式发电机和相关控
老化试验的实质是通过检测变流器损耗来判
制设备,维护和操作较复杂,资金投入也很高。
断变流器装配质量。因此只要能保证测试时影响
双馈电机
损耗的因素与正常运行时一致,即可检测变流器
的装配质量。对变流器而言,损耗主要分电抗器损
m网側转子侧一
耗及功率模块组件上的损耗两部分。
图1传统老化试验原理图
2.2.1电抗器损耗
Fig. 1 Traditional heat run test method schematic diagram
电抗器损耗分为铁心损耗和铜损,铁心损耗
图2为提出的新型风电变流器老化试验方法主要包括磁滞损耗(由磁滞引起的损耗)和涡流损
原理图,该方法使用电抗器作为负载,分别控制网耗(由涡流引起的损耗),铁损计算公式为1-1
Ptp=0M/, Vn+FBR V.
定稿日期:2013-01-08
式中:の1,。为与铁心材料有关的系数f为电源频率,单
作者筒介:陆震字(1981-),男,上海人,硕士研究生,研究位为Hz;Ba为铁心中磁感应强度的最大值,单位为T;Vn为
方向为电力电子技术。
铁心材料的体积,单位为mm3
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第47卷第6期
电力电子技术
Vol47. No6
013年6月
Power Electronics
une 2013
由式(1)可见,对于一台生产好的电抗器,铁
对电容器而言,存在等效串联电阻(ESR)是
损与电流频率及磁感应强度相关。由安培环路定产生损耗的主要原因。ESR会随温度和频率的变
理可知,磁感应强度与电流大小相关。因此,只要化而变化叫,为保证试验时影响温度的纹波与正常
测试时流经电抗器的电流大小、频率与额定工况工况时一致,直流电源需使用与变流器网侧或转
时一致,则铁损也一致
子侧相同的PWM整流器。
电抗器铜耗是指绕组的直流损耗,其大小为
由上述分析可知,采用新型老化试验方法进
P=PR,该损耗与电流大小和谐波含量相关,因此行老化试验时,只要保证电流、开关频率、直流母
只要保证测试时电流及其诺波含量与正常工况下线电压与正常运行时一致,即可得到变流器在额
一“致,则损耗一致。
定工况下的损耗
2.2.2功率模块损耗
3系统模型
对于功率模块来说,损耗通常包含功率器件
损耗和电容器组损耗两部分。
双馈式风电变流器由两个“背靠背”连接的电
功率器件包含绝缘栅双极型晶体管(ICBT)和压型PWM变换器组成,由于两个变换器主电路
续流二极管(FWD)。ICB损耗分为开关损耗和导完全相同,所以仅对网側变换器进行详缃分析,典
通损耗。开关损耗是指CBT在开通和关断过程中型变流器网側拓扑结构如图3所示。
产生的损耗,计算公式为:
Pw=(1/w[Ew( P+ Esw(P] (J /IN)(Ua/UCEN(2)
水夲
式中:a为额定工作电流;Ua、为额定工作电压;Ewrm)P,
Ewp为lo和Umx时ICBT开通、关断一次损失的能量
Ua为直流母线电压;Ip为电流最大值。
由式(2)可知,开关损耗由直流母线电压、开
关频率、工作电流和IGBT特性决定。只要直流母
图3网侧变流器拓扑结构
线电压、电流及开关频率与正常工况时一致,则开
Fig. 3 Converter grid side topological structure
关损耗就一致
假定不考虑并网逆变器直流母线两端电压波
而导通损耗是指IGBT在导通时的通态损耗,动,三相电网电压对称且主电路开关元器件为理
计算公式为:
想开关元件,根据基尔霍夫电压电流定律和三相
电压源型PWM并网逆变器工作原理,可得到网
ug()ic(t)r(な)dt
侧PWM逆变器开关函数数学模型为:
式中:uo