2.3MW雙饋異步風力發(fā)電機的設(shè)計

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1、2.3MW雙饋異步風力發(fā)電機的設(shè)計趙澗波張修兵（東方電氣（樂山）新能源設(shè)備有限公司，四川樂山，614000）摘要：兆瓦級雙饋異步風力發(fā)電機用于并網(wǎng)的大型風力發(fā)電機組，解決了風速變化、上網(wǎng)頻率不穩(wěn)定的問題，是目前世界各國風力發(fā)電機技術(shù)最為成熟、生產(chǎn)量最多的一種型式。在目前技術(shù)水平上1.5MW、2.0MW雙饋異步風力發(fā)電機組運行穩(wěn)定、綜合效益好。為滿足市場需要，我公司新研制了2.3MW雙饋異步風力發(fā)電機。關(guān)鍵詞：雙饋風力發(fā)電機電磁設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計0.引言風力發(fā)電與其他種類發(fā)電相比，具有能源可再生、無污染、對周邊生態(tài)系統(tǒng)破壞較小的優(yōu)點。國家正大力發(fā)展風力發(fā)電，隨著風電的進一步發(fā)展，全國各地興建的風力發(fā)電

2、場將越來越多，對風力發(fā)電機的需求量會越來越多，2.3MW雙饋異步風力發(fā)電機是適應(yīng)市場而開發(fā)設(shè)計的。1.運行原理雙饋異步發(fā)電機實質(zhì)上是一種繞線式轉(zhuǎn)子電機，由于其定、轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故簡稱雙饋電機。雙饋電機雖然屬于異步機的范疇，但是由于其具有獨立的勵磁繞組，可以象同步電機一樣施加勵磁，調(diào)節(jié)功率因數(shù)，所以又稱為交流勵磁電機。交流勵磁電機的可調(diào)量有三個：一是可調(diào)節(jié)的勵磁電流幅值；二是可改變勵磁頻率；三是可改變相位。這說明交流勵磁電機比同步電機多了兩個可調(diào)量。改變轉(zhuǎn)子勵磁的相位時，由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場在氣隙空間的位臵上有一個位移，這就改變了發(fā)電機電勢與電網(wǎng)電壓相量的相對位移，也就改變了電機的功率

3、角。這說明電機的功率角也可以進行調(diào)節(jié)。所以交流勵磁不僅可調(diào)節(jié)無功功率，還可以調(diào)節(jié)有功功率。頻率關(guān)系如下：pn1f?1（1）60n1=n±n2=常數(shù)（2）pnp(n?n)pnn?n2111f?????fS21（3）606060n1注：f1電網(wǎng)頻率，n1同步轉(zhuǎn)速，f2轉(zhuǎn)子磁場頻率，n2轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)速，n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，S轉(zhuǎn)差率，p極對數(shù)在異步電機轉(zhuǎn)子以變化的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，只要在轉(zhuǎn)子的三相對稱繞組中通入轉(zhuǎn)差頻率（即f1S）的電流，則在雙饋電機的定子繞組中就能產(chǎn)生50Hz的恒頻電勢。所以根據(jù)上述原理，只要控制好轉(zhuǎn)子電流的頻率就可以實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電了。根據(jù)雙饋電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋發(fā)電機可有以下三種運行狀態(tài)：1

4、）亞同步運行狀態(tài)：在此種狀態(tài)下n＜n1，由轉(zhuǎn)差頻率為f2的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相同，變流器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，定子輸出電能給電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)吸收能量；2）超同步運行狀態(tài)：在此種狀態(tài)下n＞n1，改變通入轉(zhuǎn)子繞組的頻率為f2的電流相序，則其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n2與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方向相反，發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子同時向電網(wǎng)輸出能量；3）同步運行狀態(tài)：在此種狀態(tài)下n=n1，這表明此時通入轉(zhuǎn)子繞組的電流頻率為0，也即直流電流，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁，與普通的同步電機一樣。2.發(fā)電機運行環(huán)境環(huán)境運行溫度-35℃～+50℃（機艙內(nèi)部）環(huán)境生存溫度-45℃～+70℃（機艙內(nèi)部）相對濕度5%

5、～95%（機艙內(nèi)部）海拔高度＜2000m3.基本參數(shù)電機類型雙饋異步發(fā)電機（DFIG）額定功率2450kW中心高630mm定子電壓（線電壓）690V轉(zhuǎn)子開口電壓（線電壓）1830V額定頻率50Hz相數(shù)3額定轉(zhuǎn)速1200rpm旋轉(zhuǎn)方向CW（從驅(qū)動端看）極數(shù)6運行模式S1（連續(xù)運行）定子繞組連接類型Y轉(zhuǎn)子繞組連接類型Y絕緣等級H級冷卻方式IC616安裝方式IM1001（IMB3）防護等級IP54（電機本體）；IP23（滑環(huán)室）發(fā)電機軸的軸功率2526kW（S1）額定工況效率≥97%4.發(fā)電機的電磁設(shè)計：電磁設(shè)計是發(fā)電機的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計時充分考慮：1）海拔高度對發(fā)電機散熱的影響，隨著海拔高度的增加，

6、發(fā)電機的散熱能力降低，本發(fā)電機電磁設(shè)計時溫升限制降低10K;2）高原發(fā)電機繞組會出現(xiàn)電暈的情況，因此應(yīng)合理采用絕緣系統(tǒng)；3）滿足電網(wǎng)寬頻寬壓運行的要求，本發(fā)電機運行電壓690V±15%，運行頻率范圍47.5Hz～51.5Hz，電磁設(shè)計時應(yīng)取較低的磁負荷及熱負荷；4）風力發(fā)電機功率因數(shù)運行范圍寬（-0.95～+0.95），電磁設(shè)計時應(yīng)增大發(fā)電機容量，按2579kVA進行電磁設(shè)計；5）轉(zhuǎn)子采用變頻器供電時發(fā)電機諧波的影響，引起轉(zhuǎn)子鐵耗和定轉(zhuǎn)子銅耗的增加，引起繞組溫升的增加，設(shè)計時降低發(fā)電機的熱負荷。綜合考慮以上因數(shù)，電磁設(shè)計結(jié)果如下：定子鐵心外徑/內(nèi)徑Da/Di:1100/815mm轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑D

7、o:470mm氣隙δ:2.2mm定轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z1/Z2:72/54定轉(zhuǎn)子鐵心總長Lt1/Lt2:800/800mm定轉(zhuǎn)子接法:Y/Y氣隙磁密:6984GS定子齒磁密：16006GS定子軛磁密:14712GS轉(zhuǎn)子齒磁密：15141GS轉(zhuǎn)子軛磁密：14598GS效率：97.2%2定子電流密度：3.23A/mm定子線負荷:605A/cm2轉(zhuǎn)子電流密度：3.16A/mm轉(zhuǎn)子線負荷644A/cm5.發(fā)電機的結(jié)