浅谈变频器对风电系统轴电压和轴电流的影响

吴玉贵 响水长江风力发电有限公司 江苏盐城 224600

【文章摘要】

风电系统中变频器的应用对于整个系统的运行具有十分重要地意义， 与此同时也能够带来一系列问题，其中最为典型的问题就是会给风电系统带来轴电流问题，这一问题一旦产生就会整个系统以及发电机轴承等机械部件的性能造成严重影响，正是因为如此今后工作中就需要不断加强这方面的研究。实际工作中大量高频电力电子器件在系统中得到了应用，对于这些电子器件本身应该进行深入研究。为了确定其对轴电流的影响就需要精确分析发电机内部电容参数。本文将重点探讨变频器会对风电系统轴电压以及轴电流会产生怎样影响。

【关键词】

风电系统；轴电流；轴电压

随着可持续发展理念的深入人心，人们对经济社会的要求越来越高，一系列清洁能源得到了充分利用，风力发电就是其中的典型形式。在风电系统中主要是通过变频器来实现供电的，随着科学技术的发展人们的风电系统中变频器本身带来的电磁兼容等负面影响的关注程度也越来越高，系统实际运行过程中变频供电本身产生的共模电流对风电系统会产生较大影响。为了保证其正常运行，实际工作中就需要对风力发电中发电机电容参数进行精确计算，只有这样才能够适应实际需要。

1 风力发电系统的共模模型

在实际工作过程中对于变频器对轴电流轴电压的影响，本文将首先是要分析其风电系统的电力结构也就是共模模型，然后再通过这一模型建立起轴承电容等效模型，从而实现对电容的有效分析，最终将能够确定其影响。实现这一目的首先就需要对共模模型以及耦合参数等进行认真分析。

（1）对耦合参数的分析。在实际工作中对耦合参数的分析具有十分重要地意义，今后工作中对此应该不断加强研究，当前变频供电系统中广泛采用的是PWM 策略，采用这种策略将有助于在电机定子绕组中性点形成高频工模电压，这一电压的出现是导致产生轴电压以及轴电流的重要因素，对此在今后工作中必须要引起高度重视。实际工作中对此应该不断加强研究才能够适应实际需要。

对于耦合参数的分析主要是分析风机系统中风力发电机内部耦合电容的情况。实际工作中定子绕组耦合在电机定子铁芯槽内能，有槽绝缘将会把两者有效隔开，定子绕组与转子主要是通过空气、槽楔等同转子隔离开来的。

（2）对共模模型的分析。风电系统运行过程中高频状态，电机内部本身也将会产生容性耦合，由此就会形成相应的电流流通路径。对此应该引起高度重视。只有不断加强这方面的研究才能够适应实际需要。从实际情况来变频供电状态下，电机定子绕组中性点电压是不会成为零的，该电压将会通过电机定子绕组到达机壳，实际工作电机内部的共模流通路径主要是通过转子到机壳、绕组到转子的形式实现的。对于这样一种结构应该不断加强研究。

2 耦合电容情况

为了深入分析变频器对轴电流的影响，实际工作中对于风电系统的耦合电容参数必须要进行深入细致的分析。风电系统内部的耦合参数主要指的是定子绕组到转子之间的电容、转子与定子铁芯之间的电容以及定子绕组到机壳之间的电容。对于这三方面的电容应该不断加强研究才能够适应实际需要。

定子绕组到转子之间的电容主要是通过等效分析的方式来实现，两者之间的电容实际上是能够等效为三个电容的串联。转子同定子铁芯之间的电容是一种重要形式，对于这种形式的电容进行深入分析就显得非常重要，从当前电枢绕组的设计来看，可以发现绕组都是要放置在开槽定子铁芯当中的，之所以要设计开槽是因为其能够发挥重要作用。在工作中采用开槽将能够有效改善气隙磁场的耦合，与此同时还能够对电机内部能量造成影响，正是因为如此，最终将能够影响到系统耦合电容。实际工作中对于这方面的情况必须要引起高度重视。只有充分了解开槽的重要性，才能够准确评估开槽对电机产生的影响。今后对此要不断加强研究。为了有效分析其影响实际工作中就可以引入卡氏系数，该系数的引入对于精确分析定子同转子之间的电容具有十分重要地意义。在今后工作中对于这方面情况必须要引起高度重视。实际工作中对于定子绕组同机壳之间的电容则是需要考察风力发电电机定子槽同绕组之间的结构关系，定子绕组同定子槽之间是需要进行等效处理的。通过等效处理的方式将有助于解决当前存在的问题，对此今后工作过程中应该引起重视。对于绕组同定子铁芯之间的电容是可以看作平板电容的。

3 轴电流的形成机理

在今后工作中对于轴电流的形成机理也应该引起高度重视，了解轴电流的形成机理是深入分析变频器对轴电流影响的重要一步。今后工作中对此应该不断加强研究，实际工作中当前大部分风电系统是由PWM 构成的，在这种风电系统中自然是要受到共模参数的影响，这一点是我们在今后工作中需要引起注意的。工作中在共模参数的影响下，电机内部分布参数将会出现耦合，从而会使得整个系统共模电流会产生流通路径，此时当电流通过轴承的，轴承本身将会出现损毁。

在经过对共模模型的深入分析之后， 工作人员就会发现电机内部之所以会出现循环轴电流，一个非常重要地原因就在于电机内部有着杂散电容，这些杂散电容的存在将会使得高频电压出现通路，这样就导致了电机内部磁的不平衡，一旦出现这种情况就非常容易出现循环轴电流的情况，这一点是我们在今后工作中必须要引起高度重视的。实际工作中轴电流也会出现泄露情况，这种情况的出现同耦合电容是有密切联系的。那些轴承油膜击穿时流过轴承的等效电阻电流以及轴承油膜未击穿时流过等效电容的电流都是泄露轴电流。这些轴电流对整个系统的运行会造成严重影响。

4 对耦合电容的电磁场分析

为了深入分析其影响，今后工作中还需要对耦合电容电磁场进行有效分析，为了实现精确分析系统中三个部分耦合形成的电容实际上是能够看作单独电容器来进行计算的。需要注意的是这这三个多导体独立系统本身中的一个对其他两个都会产生影响。定子绕组就会对定子铁芯产生影响，对于这方面的情况，在今后工作中应该引起重视。正是因为看到了这一点，今后分析过程中就需要对着三个耦合电容进行深入细致地分析。只有经过这样的分析才能够实现目的。对此应该引起注意。

工作中对于静电场存在的问题主要是利用泊松方程来进行有效科学地计算， 在利用该方程进行计算的过程中定子铁芯同机壳是可以看作参考电极的。再利用电磁场数值计算软件来对电机结构分析的时候，定子绕组就会成为整个块状导体模型。经过深入分析之后就会发现这三部分之间存在耦合电容。

变频器供电的风电系统在实际运行过程中会产生轴电流以及轴电压，轴电流轴电压的产生会对整个系统产生影响。本文通过对耦合电容的进行判断，从而对轴电流轴电压等进行了分析，今后要不断加强这方面的研究。

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