工程应用介绍：1.5MW双馈风力发电机

1.5MW双馈风力发电机结构如图3-27所示。1.5MW双馈风力发电机是国内目前功率较大的双馈风力发电机，近年来占据一半市场份额，是一种技术成熟并应用广泛的机型。本节以实际工程应用为例，介绍了国外一款1.5MW 690V双馈风力发电机的设计及应用特点，为今后实际工程设计提供一定参考［37］。

图3-27　1.5MW双馈风力发电机

3.6.2.1　基本参数

1.基本参数

1.5MW双馈风力发电机基本参数见表3-6。

表3-6　1.5MW双馈风力发电机基本参数

2.发电机Y形接法时的等效电路参数

发电机Y形接法时的等效电路参数见表3-7。

表3-7　发电机Y形接法时的等效电路参数　　单位：Ω

3.6.2.2　实际工作环境要求

1.我国北方寒冷区

我国北方寒冷区发电机实际工作环境要求见表3-8。

表3-8　我国北方寒冷区发电机实际工作环境要求

2.我国南方常温区

我国南方常温区发电机实际工作环境要求见表3-9。

表3-9　我国南方常温区发电机实际工作环境要求

表3-7中海拔对于电机温升有很大影响。低温环境发电机还需要做特殊设计处理，旋转轴冷却风机须选用低温钢材料，机座端盖需进行淬火处理。内蒙古等地区还要考虑沙尘暴的影响，发电机防护等级和碳粉的排放也都需要考虑。

3.6.2.3　电气及机械参数

1.电气参数（设计值）

发电机转子绕组连接变频器。变频器瞬间冲击电压很大，且电压冲击频繁，线圈容易老化。发电机实际电气设计参数见表3-10。

表3-10　发电机实际电气设计参数

2.机械参数

双馈发电机组中，叶片带动主轴通过三级齿轮箱变速，外加刹车片，最后通过联轴器连接发电机，发电机的机械设计要满足实际传动链的要求，其机械参数见表3-11。

表3-11　发电机机械参数

3.6.2.4　工作情况(www.xing528.com)

风力发电机组安装3个叶片，它们经过多级齿轮箱驱动发电机。发电机为绕线型双馈风力发电机，转子与四象限变频器相连。

双馈风力发电机除了可以在同步转速下运行，还可以在亚同步和超同步转速情况下获得最大的风能利用效率。发电机转子的旋转磁场通过变频器矢量控制方式进行控制，使发电机运行在最佳工作点。超同步运行时，四象限变频器经过整流和逆变最多将风力发电机组额定功率的30%馈入电网。亚同步运行时，转子从电网吸收能量。发电机基本运行特性见表3-12。

表3-12　发电机基本运行特性（发电机设计需要完全满足电网恶劣工况下能安全运行）

双馈风力发电机的并网条件是发电机输出电压和电网电压的频率、幅值以及相位一致。其定子直接接到电网，被锁定状态，转子通过变频器连接到电网。其实质是转子根据电网的信息来调节发电机的励磁，以保证定子满足并网要求，并使定子输出恒定电压、恒定电网频率的交流电。

3.6.2.5　设计特点

本发电机的设计基于IEC 60034。

1.定子、转子

发电机定子铁芯由高质量硅钢片叠装而成，硅钢片两面绝缘，绕组由固定式铜导条做成，定子绕组绝缘等级为F级。真空压力浸渍后，整个定子装入机座。

发电机转子铁芯也由硅钢片叠装而成。绕组由绝缘铜条做成，端部焊接形成三相电路，绕组端部由坚固的支撑环支撑。整个转子也需真空压力浸渍，转子绕组接到一个集电环处，集电环和转子绕组之间由硅绝缘电缆在转轴中连接。

所有的绕组都经过高质量环氧树脂的真空压力浸渍。绕组经过强有力的支撑以抵挡可能存在的机械振动、电磁振动和化学腐蚀。

2.轴承

轴承为带沟球轴承，轴承绝缘以防止轴电流。此外，轴承带有接地电刷。根据GB/T 997—2008《旋转电机结构型式及接线盒位置的分类》，发电机安装方式为M1001，允许发电机在水平6°范围以内倾斜工作。

3.冷却器

发电机冷却器为空—空冷却器，位于定子顶部。发电机内部的冷却空气由装在轴上的风扇带动循环。主体防护等级为IP54，集电环的防护等级为IP23。考虑到实际转速变化较大，内风扇取消，外加二次强制冷却风机，选用离心式风机，相比轴流式风机，其整体功率更小。

4.设计难点

（1）发电机工作环境恶劣，工作环境温度最高达到50℃，最低-30℃，而且电网电能质量一般，发电机定子需要考虑±10%的电压波动。

（2）电网功率因数为0.95的感性情况下，发电机的温升也是一个难点。

（3）发电机的中心高要求为500mm，而一般的同功率电动机中心高都更高一些，这样在保证发电机有效尺寸的基础上，铁芯的长度较长，铁芯压装难度较大。

（4）定子、转子线圈要承受比普通低压电机更高的电压。通过提高电机绝缘性能、改变转子绕组的连接型式可以提高耐压能力。

（5）轴承要考虑轴电流的影响，需要绝缘处理。可采用端盖绝缘环加接地电刷的方式或者采用绝缘轴承方式。

（6）集电环的风路设计需合理，以保证碳粉的正常排出。

（7）发电机总重量应客户要求需小于7000kg，这也增加了设计难度。

（8）为保证发电机的维护时间12个月，在发电机本体上加装自动润油装置。

（9）需根据实际环境选择碳刷型号，以便碳刷匹配实际湿度，延长使用寿命。

3.6.2.6　应用案例

张北二级风电场风力发电机组运行记录见表3-13，其中叶片直径70m，统计数据为2008年7月至2009年7月整年，数据来源于风电场中运行正常的一台风力发电机组，可以较客观地反映所有风力发电机组的运行情况。风电场年发电量设计值为320万kW，实际发电量偏差在10%以内。

表3-13　张北二级风电场风力发电机组运行记录

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