雙饋感應發(fā)電機模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙饋感應發(fā)電機模型，屬于電力【技術領域】，以便于對雙饋風電系統(tǒng)進行分析、設計和改進。該雙饋感應發(fā)電機模型，包括定子電路模型和轉子電路模型；所述定子電路模型包括三相的定子繞組電路，每相所述定子繞組電路用于模擬定子繞組匝間電容的影響；所述轉子電路模型包括三相的轉子繞組電路，每相所述轉子繞組電路用于模擬轉子繞組匝間電容的影響。本發(fā)明可用于雙饋風電系統(tǒng)。
【專利說明】雙饋感應發(fā)電機模型
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力【技術領域】，具體地說，涉及一種雙饋感應發(fā)電機模型。
【背景技術】
[0002] 交流勵磁雙饋感應發(fā)電機（Doubly Fed Induction Generator,簡稱DFIG)的變速 恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)（簡稱雙饋風電系統(tǒng)）具有成本低、體積小、功率損耗低等優(yōu)點，因此已 被十分廣泛的應用。
[0003] 雙饋風電系統(tǒng)通常由雙饋感應發(fā)電機、交-直-交背靠背變流器及電纜等部件構 成，在雙饋風電系統(tǒng)工作時，發(fā)電機的定子側和轉子側都有能量饋送。由變流器中的逆變器 共模電壓所引起的放電電流，通過發(fā)電機內部寄生電容會產(chǎn)生流入地線的漏電流，高頻漏 電流過大將產(chǎn)生電磁干擾（EMI)。另外，為了降低開關損耗，通常會加快變流器中半導體設 備的開關速度，開關速度的提高將使輸出電壓的上升時間變短，導致反射波在變流器和發(fā) 電機之間來回運行，也稱為電壓反射現(xiàn)象。該反射波經(jīng)過多次反射會在發(fā)電機端疊加出幅 值和頻率很高的過電壓，該過電壓通過電機的寄生電容形成軸電壓，軸電壓過高可能會造 成發(fā)電機的絕緣失效，損壞發(fā)電機的軸承，而影響系統(tǒng)運行的可靠性。
[0004] 因此，需要建立一個準確的雙饋感應發(fā)電機的模型，特別是高頻模型，以便于對雙 饋風電系統(tǒng)進行分析、設計和改進。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙饋感應發(fā)電機模型，以便于對雙饋風電系統(tǒng)進行分 析、設計和改進。
[0006] 本發(fā)明提供一種雙饋感應發(fā)電機模型，包括定子電路模型和轉子電路模型；
[0007] 所述定子電路模型包括三相的定子繞組電路，每相所述定子繞組電路用于模擬定 子繞組匝間電容的影響；
[0008] 所述轉子電路模型包括三相的轉子繞組電路，每相所述轉子繞組電路用于模擬轉 子繞組匝間電容的影響。
[0009] 優(yōu)選的，每相所述轉子繞組電路包括并聯(lián)的轉子繞組匝間電容c"、c"的等效電阻 R?和轉子漏感k。
[0010] 進一步，該雙饋感應發(fā)電機模型還包括連接于所述定子電路模型與所述轉子電路 模型之間的共模拓撲電路。
[0011] 優(yōu)選的，所述雙饋感應發(fā)電機包括定子繞組、轉子鐵芯和轉子繞組；
[0012] 所述共模拓撲電路包括定子繞組對轉子鐵芯的寄生電容COT，轉子繞組對轉子鐵芯 的寄生電容，以及定子繞組與轉子繞組之間的寄生電容C ws ;Cg和串聯(lián)，Cws并聯(lián)在Ca 和Cw:r兩端。
[0013] 進一步，所述雙饋感應發(fā)電機還包括軸承；
[0014] 所述共模拓撲電路還包括軸承等效電容cb，cb的一端連接于與之間，c b的 另一端接地。
[0015] 進一步，所述雙饋感應發(fā)電機還包括機殼；
[0016] 所述共模拓撲電路還包括轉子鐵芯與機殼之間的寄生電容Crf，（；f的一端連接于 Cs,與C"之間，C,f的另一端接地。
[0017] 優(yōu)選的，每相所述定子繞組電路包括第一部分定子漏感ηLls、定子繞組電阻艮、第 二部分定子漏感a- η)Lls、定子繞組與轉子繞組之間的寄生電容Csw和Csw的等效電阻R sw ;
[0018] 其中，nLls、RdP (l-n)Lls 串聯(lián)，CSW、RSW 與（l-n)Lls 并聯(lián)。
[0019] 優(yōu)選的，3%彡η彡10%。
[0020] 優(yōu)選的，每相所述定子繞組電路還包括定子繞組與機殼之間的寄生電容Csf和C sf 的等效電阻Rsf;
[0021] 其中，Csf的一端與Rsf的一端連接，Csf的另一端連接在η Lls與Rs之間，Rsf的另 一端接地。
[0022] 進一步，所述定子電路模型還包括定子外殼電阻Rf和定子外殼電感Lf ;
[0023] Rf和Lf串聯(lián)在每相所述定子繞組電路中的Rsf與地之間。
[0024] 本發(fā)明帶來了以下有益效果：本發(fā)明提供的雙饋感應發(fā)電機模型中，包括定子電 路模型中的三相的定子繞組電路，以及轉子電路模型中的三相的轉子繞組電路，能夠模擬 雙饋風電系統(tǒng)在高頻工作狀態(tài)下，定子側和轉子側產(chǎn)生的軸電壓及電磁干擾，從而有利于 對雙饋風電系統(tǒng)進行分析、設計和改進。
[0025] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利 要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要的 附圖做簡單的介紹：
[0027] 圖1是本發(fā)明實施例提供的雙饋感應發(fā)電機模型的示意圖；
[0028] 圖2是雙饋感應發(fā)電機的共模干擾的容性耦合的示意圖；
[0029] 圖3是圖2的共模拓撲電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用 技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明 的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合， 所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種雙饋感應發(fā)電機模型，包括定子電路模型和 轉子電路模型。定子電路模型包括A、B、C三相的定子繞組電路，，每相定子繞組電路用于模 擬定子繞組匝間電容的影響。轉子電路模型包括A、B、C三相的轉子繞組電路，每相轉子繞 組電路用于模擬轉子繞組匝間電容的影響。
[0032] 其中，每相轉子繞組電路包括并聯(lián)的轉子繞組匝間電容C"、C"的等效電阻R"和 轉子漏感Lw主要模擬轉子繞組匝間電容的影響。C"、1?"和k的數(shù)值可通過阻抗分析測 量獲得。
[0033] 本發(fā)明實施例提供的雙饋感應發(fā)電機模型中，包括定子電路模型中的三相的定 子繞組電路，以及轉子電路模型中的三相的轉子繞組電路，能夠模擬雙饋風電系統(tǒng)在高頻 工作狀態(tài)下，定子側和轉子側產(chǎn)生的軸電壓及電磁干擾。并且，轉子耦合產(chǎn)生的軸電壓在 雙饋風電系統(tǒng)中占主要地位，而本實施例中能夠模擬每一相的轉子繞組匝間電容的影響。 因此，本發(fā)明實施例提供的雙饋感應發(fā)電機模型有利于對雙饋風電系統(tǒng)進行分析、設計和 改進，并且該雙饋感應發(fā)電機模型所適用的頻率范圍很寬，低頻可達到100Hz，高頻可達到 10MHz〇
[0034] 進一步，本發(fā)明實施例提供的雙饋感應發(fā)電機模型中，還包括連接于定子電路模 型與轉子電路模型之間的共模拓撲電路。
[0035] 如圖2所示，雙饋感應發(fā)電機包括定子繞組1、轉子繞組3、轉子鐵芯4、機殼2、軸 承5等部件，而雙饋感應發(fā)電機在高頻工作狀態(tài)下會發(fā)生容性耦合現(xiàn)象，具體包括：定子繞 組1對轉子鐵芯4的寄生電容C sp轉子繞組3對轉子鐵芯4的寄生電容，定子繞組1與 轉子繞組3之間寄生電容Cws，定子繞組1與機殼2之間的寄生電容C sf，轉子鐵芯4與機殼 2之間的寄生電容Crf，轉子繞組3與機殼2之間的寄生電容C wf，軸承5的滾珠與外瓦之間 的寄生電容Cbl，軸承5的滾珠與內瓦之間的寄生電容C b2。這些參數(shù)均可通過阻抗分析測量 獲得。
[0036] 圖3為圖2的拓撲結構電路，并將圖2中的Cbl和Cb2等效為可變電容C b與一開關 并聯(lián)。表示當輸出電壓較低時，相當于開關閉合，將Cb短路，即Cb的大小等于0 ;當輸出電 壓達到一定閾值時，相當于開關斷開，并且的Cb大小還會隨輸出電壓的變化而變化。
[0037] 如圖1所示，本實施例中，共模拓撲電路也相應的包括定子繞組對轉子鐵芯的寄 生電容Cy轉子繞組對轉子鐵芯的寄生電容，以及定子繞組與轉子繞組之間的寄生電容 C ws。其中，(；,和(；，串聯(lián)，Cws并聯(lián)在(；,和(；,兩端。而轉子繞組與發(fā)電機的機殼之間的寄 生電容C wf的耦合作用很小，可以忽略不計。
[0038] 進一步，共模拓撲電路還包括軸承等效電容Cb，以及轉子鐵芯與機殼之間的寄生 電容Q。其中，Cb和Crf的一端均連接于Q與之間，Cb和Crf的另一端接地（定子外 殼）。
[0039] 共模拓撲電路模擬了雙饋風電系統(tǒng)中的共模電壓，是發(fā)電機的三相電壓中共有的 成分，也稱為零序電壓，其對電機的機-電能量轉換沒有直接影響。但是，由于雙饋風電系 統(tǒng)的高頻特性和電壓的快速變化，共模電壓將產(chǎn)生有害的電磁干擾、漏電流和軸承電流。因 此，對共模拓撲電路進行建模，能夠更好的對雙饋風電系統(tǒng)進行分析、設計和改進。
[0040] 作為一個優(yōu)選方案，本實施例中，每相定子繞組電路包括第一部分（定子繞組的 前幾匝）定子漏感nL ls、定子繞組電阻&、第二部分定子漏感（l-il)Lls、定子繞組與轉子 繞組之間的寄生電容c sw和csw的等效電阻rsw，nLls、艮和a-n)L ls串聯(lián)，并且csw、1^與 (1- η) Lls 并聯(lián)。
[0041] 其中，η的取值范圍在3%至10%之間，通?？蛇x為5%，即第一部分定子漏感為 5%定子繞組的漏感，第二部分定子漏感為其余的95%定子繞組的漏感。Lls、Csw和R sw的數(shù) 值可通過阻抗分析測量得到，主要模擬轉子繞組匝間電容的影響。
[0042] 本實施例中，將Lls分為了 111^和（l-il)Lls兩部分，因為定子繞組的前幾匝比較 容易發(fā)生絕緣失效而被擊穿，所以本實施例中的nL ls考慮到定子繞組的前幾匝的對地漏 電容及寄生電容，能夠有效預測定子繞組的前幾匝被擊穿或燒毀的現(xiàn)象。
[0043] 進一步，每相定子繞組電路還包括定子繞組與發(fā)電機的機殼之間的寄生電容Csf 和csf的等效電阻Rsf。Csf的一端與Rsf的一端連接，形成串聯(lián)，C sf的另一端連接在η Lls與 Rs之間，Rsf的另一端接地（機殼）。Csf是沿著定子繞組長度方向與機殼的容性耦合的分布 參數(shù)，C sf及Rsf的數(shù)值可通過阻抗分析測量獲得。
[0044] 此外，定子電路模型還可以包括定子外殼電阻Rf和定子外殼電感Lf，R f和Lf串聯(lián) 在每相定子繞組電路中的Rsf與地之間。Rf和L f的數(shù)值可通過發(fā)電機制造商獲得，比如查 看發(fā)電機的銘牌、出廠說明書等。
[0045] 本發(fā)明實施例提供的雙饋感應發(fā)電機模型，能夠模擬雙饋風電系統(tǒng)在高頻工作狀 態(tài)下，定子側和轉子側產(chǎn)生的軸電壓及電磁干擾，還利用共模拓撲電路模擬了共模電壓產(chǎn) 生的電磁干擾、漏電流和軸承電流，并且考慮到定子繞組的前幾匝的對地漏電容及寄生電 容的影響。因此，本發(fā)明實施例提供的雙饋感應發(fā)電機模型，能夠模擬每一相的轉子繞組匝 間電容和共模電壓的影響，并能夠有效預測定子繞組的前幾匝被擊穿或燒毀的現(xiàn)象，以便 于對雙饋風電系統(tǒng)進行分析、設計和改進。
[0046] 雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發(fā)明而采 用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術領域】內的技術人員，在不脫離本 發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化， 但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1. 一種雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，包括定子電路模型和轉子電路模型； 所述定子電路模型包括三相的定子繞組電路，每相所述定子繞組電路用于模擬定子繞 組匝間電容的影響； 所述轉子電路模型包括三相的轉子繞組電路，每相所述轉子繞組電路用于模擬轉子繞 組匝間電容的影響。
2. 如權利要求1所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，每相所述轉子繞組電路包 括并聯(lián)的轉子繞組匝間電容C"、C"的等效電阻R"和轉子漏感Lp
3. 如權利要求1所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，還包括連接于所述定子電 路模型與所述轉子電路模型之間的共模拓撲電路。
4. 如權利要求3所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，所述雙饋感應發(fā)電機包括 定子繞組、轉子鐵芯和轉子繞組； 所述共模拓撲電路包括定子繞組對轉子鐵芯的寄生電容COT，轉子繞組對轉子鐵芯的寄 生電容，以及定子繞組與轉子繞組之間的寄生電容Cws 和串聯(lián)，C ws并聯(lián)在Q和 Cwl·兩端。
5. 如權利要求4所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，所述雙饋感應發(fā)電機還包 括軸承； 所述共模拓撲電路還包括軸承等效電容cb，Cb的一端連接于Ca與之間，cb的另一 端接地。
6. 如權利要求4或5所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，所述雙饋感應發(fā)電機還 包括機殼； 所述共模拓撲電路還包括轉子鐵芯與機殼之間的寄生電容Crf，Crt的一端連接于C#與 c"之間，(；f的另一端接地。
7. 如權利要求6所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，每相所述定子繞組電路包 括第一部分定子漏感nLls、定子繞組電阻&、第二部分定子漏感（l-ii)L ls、定子繞組與轉 子繞組之間的寄生電容Csw和Csw的等效電阻R sw ; 其中，
串聯(lián)，
并聯(lián)。
8. 如權利要求7所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，3η < 10%。
9. 如權利要求7所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，每相所述定子繞組電路還 包括定子繞組與機殼之間的寄生電容Csf和C sf的等效電阻Rsf ; 其中，Csf的一端與Rsf的一端連接，Csf的另一端連接在nL ls與Rs之間，Rsf的另一端 接地。
10. 如權利要求9所述的雙饋感應發(fā)電機模型，其特征在于，所述定子電路模型還包括 定子外殼電阻Rf和定子外殼電感L f; Rf和Lf串聯(lián)在每相所述定子繞組電路中的Rsf與地之間。
【文檔編號】H02K17/12GK104158363SQ201410394611
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權日:2014年8月12日
【發(fā)明者】支永健, 范祝霞, 王堅, 李江紅, 陳致初, 元約平, 閔建軍, 楊德勇 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司