WP4000变频功率分析仪在双馈异步风力发电机试验台中的应用

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一、双馈异步发电机工作原理
　　双馈异步发电机的转子受外部变流器控制，变流器给转子绕组供电，在转子中会形成一个旋转磁场，该旋转磁场与转子的机械转速产生的旋转磁场相叠加，转速随风速变化而变化，但是，只要转速在一定范围内，调节转子频率，总能使叠加磁场的旋转速度等于定子的同步转速，从而在定子绕组中感应出固定频率（工频）的电压。
　　当发电机的转速低于同步转速时，变流器提供正相序交流励磁，转子从变流器吸收电能；当发电机的转速高于同步转速时，变流器提供负相序交流励磁，转子通过变流器向电网馈电；当发电机的转速等于同步转速时，变流器提供直流励磁。

双馈异步风力发电机组

　　通过调节双馈异步发电机转子的频率、幅值、相序，不但可以稳定发电机定子输出频率，还可调节发电机输出的有功功率和无功功率，实现发电机的最大风能跟踪控制和并网的功率因数。

二、双馈异步发电机试验台测点分析
　　WP4000变频功率分析仪在双馈异步发电机试验台中的应用双馈异步风力发电机试验台中，一般主要关注的有定子，转子和网侧三个测点的电参数。
　　此外，变流器的网侧谐波也是我们关注的。因此，部分用户在上述三个测点的基础上，增加了变流器网侧的测点。

　　双馈风力发电机的转子频率相当于转差频率，频率较低，理论上可可低至零，并且直接与变流器相连，谐波含量较大。转子的电参量测量采用SP系列变频功率传感器。

　　双馈风力发电机的定子频率为工频，且输出电压为正弦波，定子的电参量测量可采用互感器。

　　变流器与双馈风力发电机一起作为风力发电机组，变流器的性能和效率直接影响机组的性能和效率，因此，双馈异步风力发电机试验台通常还需测量变流器的性能和效率。变流器网侧电压为正弦波，电流含有谐波，且谐波为试验关注对象，采用SP系列变频功率传感器。

　　电网侧电压工频正弦波，可以采用电压互感器测量，电流含有来自变流器的谐波，一般测量可采用电流互感器，对测量精度要求高的场合，尤其是关注谐波含量的场合，推荐采用SP变频功率传感器。

　　不考虑线路压降时，考虑到变流器网侧的电压与电网电压相同，而有功功率可以采用算术叠加的方式计算，电流可以采用矢量叠加的方式计算。

　　本双馈异步风力发电机试验台选择发电机定子，发电机转子，变流器网侧三个测点进行实际测量。
　　在WP4000变频功率分析仪内部，可以对发电机定子的电流与变流器网侧电流进行瞬时值相加（求矢量和），可以得到网侧总电流。在同步采样的前提下，直接将定子有功功率与转子变流器网侧的有功功率算术就和即可得到网侧总功率。
　　相比四测点法，上述方案节约了电网侧的测点。相比网侧、定子侧、转子侧的方案，本方案具有下述优点：
　　1、转子网侧的电流比电网总电流小，传感器成本降低；
　　2、转子网侧的电流含有谐波，直接测量较为准确；
　　3、计算转子变流器效率值较为准确；

　　WP4000变频功率分析仪最多可配置6个功率单元，若三个测点均采用二瓦计法，一台分析仪即可实现三个测点的同步测量。
　　对于变流器转子侧的电参量，考虑到电容电流的影响，可以增加一台变频功率传感器只用于第三相电流的测量，也可采用三台变频功率传感器，采用虚拟中性点的方式按照三瓦计法进行测量。此时，共有7个功率单元，需要两台WP4000变频功率分析仪，利用WP4000变频功率分析仪的同步时钟接口，将两台分析仪采用同步光纤相连，也可实现所有电参量的严格同步测量。

三、双馈异步发电机试验台原理及主线路
　　双馈异步发电机试验台的原理及主线路如下图：

双馈异步风力发电机试验台

图：双馈异步风力发电机试验台的原理及主线路

　　高压电网(10kV/50Hz)经高压进线柜1G、高压馈电柜4G、降压变压器1B（10kV/690V）、低压出线柜3P变换为690V/50Hz给试验系统主回路供电；10kV/50Hz电网经高压馈电柜3G、低压配电变压器2B(10kV/0.4kV)，低压控制柜1P、低压配电柜2P为低压设备及控制回路供电。2G为高压进线互感器测试柜。
　　3B、4B为12脉整流变压器，分别为拖动变频器2BP、3BP提供12脉整流输入，主要目的是降低谐波电流对电网的影响。其缺点是增加的变压器降低了整体效率，增加了耗能。用户根据自身情况，也可选择IGBT整流的四象限变频器，省去两个变压器。
2BP为拖动变频器，作为拖动机变频驱动用；
　　1BP为转子变频器；
　　SP1为被试电机转子侧测试点变频功率传感器，用于测试转子侧变频电功率参数及谐波参量的测试；
　　SP2为被试电机定子侧测试点变频功率传感器（或电压及电流互感器加DT系列数字变送器），用于测试定子侧工频电功率参数；
　　SP3为转子变频器网侧测试点变频功率传感器，用户测试转子侧并网电功率参数及谐波等电能质量参数；
　　T-N为扭矩转速传感器，用于测试机械扭矩及转速，运算被试机组的机械功率输入。
　　4KM为被试电机定子侧并网开关，受转子变频器1BP控制；
　　JX1为被试电机转子侧接线箱，内部安装SP1测点变频功率传感器；
　　JX2为被试电机定子侧接线箱，内部安装SP2测点变频功率传感器；
　　JX3为转子变频器网侧接线箱，内部安装SP3测点变频功率传感器；
　　PGS为60Hz机组，为60Hz额定频率的双馈风电机组试验提供690V/60Hz电网，由12脉整流变压器4B、拖动变频器3BP、异步拖动电机及同步发电机构成。若无需进行60Hz试验，该部分可省略。