双馈电机低风速时，将定子短路变成鼠笼电机的疑问

懒惰的石头

       最近听一同事说，有双馈整机厂商在低风速时将定子绕组短路（需要增加短路功能模块），使其变为全功率的鼠笼电机运行，并且说好像有实际应用，效果还不错。
    请各位大侠一起讨论下这种技术的可行性及原理等问题。

yjhou

定子短接，也就是说功率从变流器流出？这样岂不是降功率很严重？

Edwin_Sun

大约一年前，襄樊一厂曾经咨询过类似问题，原理我不太懂

但是你说的全功率鼠笼电机，但是双馈转子挂的是变频器的功率大约为1/3功率呀，所以不太懂你的意思？

懒惰的石头

Edwin_Sun 发表于 2012-10-22 19:39
大约一年前，襄樊一厂曾经咨询过类似问题，原理我不太懂

但是你说的全功率鼠笼电机，但是双馈转子挂的是 ...

只是在低风速下，当全功率鼠笼，此时整机功率不会大于变频器容量，当达到一定风速自动转化为双馈工况。

懒惰的石头

yjhou 发表于 2012-10-22 19:23
定子短接，也就是说功率从变流器流出？这样岂不是降功率很严重？

这样做的目的是增大发电机发电的转速范围，以1.5MW双馈为例，转速范围1000rpm~2000rpm，如果增加这个功能，可以在700rpm左右就开始以全功率鼠笼状态运行发电，达到某设定值（比如1000rpm）后再转化为双馈状态。并且听我同事说，业主说这个机组效果不错，确实能增加发电量。

yjhou

懒惰的石头 发表于 2012-10-23 08:26
这样做的目的是增大发电机发电的转速范围，以1.5MW双馈为例，转速范围1000rpm~2000rpm，如果增加这个功能 ...

这样的话，变流器应该也要做一些改动吧？目前的双馈电机，变流器在1100rpm左右才有并网指令的。
这样的话，结构上是不是也要做改动。因为并网开关是接在发电机的定子那边的，现在是不是要在变流器的网侧也加一个并网开关？

懒惰的石头

yjhou 发表于 2012-10-23 09:55
这样的话，变流器应该也要做一些改动吧？目前的双馈电机，变流器在1100rpm左右才有并网指令的。
这样的话 ...

这个主要的变动就是变频器这块，发电机不需要改动，变频器里面要增加一个定子短路模块，并且控制也需要修改，增加全功率鼠笼这个工况的控制等等。我现在对发电机这块有点没想明白，这种情况发电机能正常工作不？

yjhou

懒惰的石头 发表于 2012-10-23 11:06
这个主要的变动就是变频器这块，发电机不需要改动，变频器里面要增加一个定子短路模块，并且控制也需要修 ...

定子短接，应该是三角形接法。转子接变频器，同时在主轴的带动下旋转，按理说是可以工作的。但是我就不清楚这个时候能不能发电？

懒惰的石头

yjhou 发表于 2012-10-23 11:12
定子短接，应该是三角形接法。转子接变频器，同时在主轴的带动下旋转，按理说是可以工作的。但是我就不清 ...

嗯，我也有这个疑问，我为此请教过一位电机厂的设计人员，他说这时相当于转子即输入动能，又输出电能，他个人认为是不可行的，但是实际好像确实又有应用，所以到坛子里来请教各位大侠。

yjhou

懒惰的石头 发表于 2012-10-23 11:30
嗯，我也有这个疑问，我为此请教过一位电机厂的设计人员，他说这时相当于转子即输入动能，又输出电能，他 ...

现在我已经不能用理论来解释了。需要请技术团队队长标哥和资深技术老张来分析一下。另外，要是能够借助仿真软件来仿真计算一下，应该比较好。

懒惰的石头

yjhou 发表于 2012-10-23 11:33
现在我已经不能用理论来解释了。需要请技术团队队长标哥和资深技术老张来分析一下。另外，要是能够借助仿 ...

嗯，期待技术团队大神们的答疑解惑！

标准答案

首先感谢楼主提出了一个极有意义的话题!!!
1 这种方式是完全可行，而且正像楼主所说，可以大大增大风电机组的转速范围，提高发电量！
2 关于变频器容量问题，一般双馈电机的变频器容量大概是机组容量的1/3~1/2，但由于风含功率与风速的3次方成正比（如风速为减小1/2时，功率就只有原来的1/8了），在低风速时，发电功率会很小，变频器输出全功率已经容量足够了，因此变频器容量是没有问题的。
3 再说说发电机的问题，首先双馈异步机本身就是一个绕线式的异步电机，定转子都是三相绕组，理论上将转子短路定子供电或定子短路转子供电都可以做异步机运行，而且通过四象限变频器供电，可以实现异步机即可作发电运行也可作电动运行，由于正常运行时变频器在转子侧，因此在低风速时将定子短路，在转子侧通过变频器供电是硬件线路变动最小最可行的转换方案。正常配置的变频器就是双PWM四象限变频器，因此转换工作模式时变频器硬件不需改动即可满足要求。
4 关于具体的转换方案。在硬件方面，需要增加一套定子短路装置，主控系统需要增加一套逻辑判断和模式转换线路；软件方面，需要增加一套异步电机全功率控制软件，当判断风速小于某设定值时，启动模式转换程序，将定子主回路断网，同时将定子短路，变频器开始运行全功率发电控制程序，此时就是一台异步电机带全功率变频器的风电机组，当风速恢复到大于某一设定值时，再将运行模式转换成正常运行模式。
综上所述，这个方案是完全可行且很好的方案！本人也是第一次听说这个办法，不禁眼前一亮！再次感谢楼主分享！另外请问楼主，不知哪个厂采用了这一技术？又是在哪个风场用过？用了多少？

Edwin_Sun

懒惰的石头 发表于 2012-10-23 08:21
只是在低风速下，当全功率鼠笼，此时整机功率不会大于变频器容量，当达到一定风速自动转化为双馈工况。

可行应该是可行的，也是能够发电的，转子测变频器也可以根据转速的不同来调节发出电的频率，然后经过逆变后回馈电网～

只要风机能够输入有功功率这个就应该是能够工作的～确实能够起到低风速也能发电的作用，但是我不知道这个损耗与发出电的比率如何，要取决于定转子的设计了

标准答案

Edwin_Sun 发表于 2012-10-23 18:12
可行应该是可行的，也是能够发电的，转子测变频器也可以根据转速的不同来调节发出电的频率，然后经过逆变 ...

是的！原理是可行的！
我想，实用时主要是在增大转速范围方面有意义，因为原来正常的模式在特别低的转速时转差过大，导致转子电压太高，所以不得不切出，如果采用该技术可扩大转速范围，一般能扩大到与永磁机一样的范围也就可以了，但如果风速过低就没有意义了，因为那时输出功率会很小，以致于不能满足本身的用电和损耗，那只有切出了。

Edwin_Sun

标准答案 发表于 2012-10-23 18:08
首先感谢楼主提出了一个极有意义的话题!!!
1 这种方式是完全可行，而且正像楼主所说，可以大大增大风电机组 ...

2011年的春天，襄樊一家企业曾咨询过我们，但是我不知道那家公司有没有采用这套方案～有空我可以联系看看～

我只是觉得定子先短路，然后再接入电网，冲击会如何，如何去控制，定转子的损耗和效率如何？双馈的控制本来就够复杂的了，这样又会引入其它的故障点，这些都需要折中考虑

elastic123

其实没什么希奇的，就是这双馈电机在设计的时候就要考虑这种工况，
整机控制逻辑也要做点修改，实际效果很难有想象中的那么好，总归是值得尝试

标准答案

Edwin_Sun 发表于 2012-10-23 19:49
2011年的春天，襄樊一家企业曾咨询过我们，但是我不知道那家公司有没有采用这套方案～有空我可以联系看看 ...

控制复杂、效率、损耗、可靠性等的确是值得考虑的事情，至于冲击我想应该技术上能解决。但在低风速时是否值得这么折腾，确实值得商榷。所以我问哪个厂这么做了？做了多少？运行效果如何？

yjhou

标准答案 发表于 2012-10-23 20:34
控制复杂、效率、损耗、可靠性等的确是值得考虑的事情，至于冲击我想应该技术上能解决。但在低风速时是否 ...

    标哥，孙博和许总基本上从技术的可行性上把这个问题阐述清楚了，我来说说这个方案的具体意义。参见下面的表格：
大多数双馈1.5MW机组的并网风速是3.5～4m/s。我们且以3m/s的风速来计算一下这个时候并网能发多少电。表格中，Cp我们姑且按照理论最大值来计算(当然实际是没有这么大的)，空气密度取标准大气压密度。其中，Pair是风轮吸收的空气功率,Pg为经过传动链后到发电机转子的机械功率,Pe为输送到电网的电功率,yita_driveTrain为传动链效率，姑且取99%,Yita_Generator为发电机效率，小功率下发电机效率较低，姑且取97%,Yita_Inverter为变流器效率，姑且取99%。这样在3m/s的风速下实际能并网的电功率只有46.86Kw，而实际风机的用电就在60Kw以上，发的电不够自身损耗。就算是3.5m/s的风，也只有74.41Kw，而2.5m/s的风只有区区27.12Kw。加上改造的费用，这个方案实在是没有什么经济性可言。
    相反，该方案要变流器既要为电机转子提供励磁，同时要承担整流逆变，无形当中增加了控制难度，那么就会带来相关的潜在故障。
    综上所述，这个方案在技术上我不怀疑，但是考虑到实际情况，我觉得这个方案没有什么经济性。
    限于个人知识有限，文中难免有纰漏，欢迎大家指正。

240018

电机在原理上可行，但要考虑此种工艺况下电机的温升，转子从电网吸收电网无功励磁，同时将动能转化为电能送入电网

yjhou

就是不知道目前有没有实际的产品在应用啊?
发电增加了多少？
成本有多少？
系统稳定不稳定？