基于双馈风力发电机组轴电流抑制与释放的研究

裴兆芹，荆海城，郭晓东

(国家电投东北新能源发展有限公司，辽宁 沈阳 110181)

随着世界能源技术革命的转型发展，风力发电技术日渐成熟。双馈型变速恒频风力发电机组因其具有追踪最大风能的控制优势[1]，得到了广泛的应用，已经成为目前风电行业的主流技术之一。

双馈异步风力发电机组的并网通过两电平电压型PWM变频器实现，使发电机的调速性能显著提高。但是，PWM变频器本身共模电压在发电机内部耦合电容作用下形成轴电流，已经严重威胁机组的安全稳定运行。

近年来，因轴电流导致发电机轴承损坏的情况呈逐年上升的趋势，特别是随着PWM变频器广泛使用IGBT等高性能器件而以惊人的速度增加[2]，引起业内广泛关注与研究。

1 轴电流的成因分析

发电机运行时，转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差构成回路，形成轴电流。双馈型变速恒频风力发电机组中的轴电流主要有以下4个类型(见图1)：高频电流(HF Current)、静电放电电流(EDM Current)、环流(Circular Current)和转子轴电流(Rotor Shatt Current)[3]。

图1 双馈发电机轴电流类型

1.1 共模电压产生的高频电流

目前双馈异步风力发电系统中广泛应用的转子励磁变换器采用脉宽调制技术(PWM)，由2个完全相同的两电平、电压型、三相PWM变换器通过直流母线连接而成(见图2)。

图2 两电平电压型PWM变频器

由于发电机输出的电压为非标准正弦波，电压的频率、幅值、相位都在随时间变化，因三相电压矢量和不为零而发生零点漂移，在发电机与变频器系统中产生零序电压，即共模电压[4]。……