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行业新闻

浅谈电动变桨系统中不起眼的致命器件——制动电阻

作者:唐山柴油发电机组 来源:未知 发布时间:2020-06-27 16:46

兆瓦级风力发电机组中,变桨系统拥有着转速调节和平安保障的主要感化。跟着电动变桨手艺的络续前进,电动变桨系统由原先的直流离散式成长到现在的交流集成式,其焦点器件变桨驱动器的集成度也越来越交流集成式变桨系统的靠得住性较直流离散式变桨系统的靠得住性有了质的飞越。今天我们来谈谈变桨的不起眼的致命部件-制动电阻。 

01

制动电阻失效=致命?

制动电阻失效后,驱动器将面临周全失效,导致桨叶无法平安顺桨,最终轻易引刮风机超速甚至是倒塔事故。以下为风机因变桨故障导致的超速起火和倒塔事故相关图片,仅供参考。

注:以上图片来自收集

1.1 制动电阻的感化和集成式驱动器拓扑

图1-1所示为典型交流集成式变桨驱动器的拓扑,首要功率回路如下所示:400V电网电压经半控整流至直流母线,直流母线上装配有母线电容稳压蓄能,而且装配了制动电阻进行母线过压时的能量泄放,别的集成式变桨驱动器的内置24VDC电源凡是从直流母线取电,直流母线的最后端为拖动电机的逆变单元。

图1-1 集成式变桨驱动器拓扑

1.2 制动电阻感化1——变桨电机发电模式能量损耗

图1-2 变桨系统转速-转矩散点图

图1-2所示为某陆上2MW风电机组变桨系统转速-转矩散点图,图中红色框内部门为变桨电机发电模式,其能量需要回馈至直流母线,并经由制动电阻进行消费。从图中或许看出,变桨系统发电模式时,其变桨电机最大转速可达1800rpm,最大转矩可达55Nm。

凭据该2MW发电模式可计较出发电模式下,制动电阻最大能量泄放功率可达:

按照制动电阻常规40倍过载系数拔取,则陆上2MW风电机组在变桨电机发电模式下制动电阻额定功率最小拔取为259W,考虑陆优势电机组至少20%的降额,则陆上2MW风电机组制动电阻额定功率需大于323W。

现今海优势电机组根基从4MW起步,在变桨系统发电模式下,其变桨电机最大转速约为1500rpm,最大转矩可达80Nm摆布,则发电模式下制动电阻最大能量泄放功率可达:

按照制动电阻常规40倍过载系数拔取,则海上4MW风电机组在变桨电机发电模式下制动电阻额定功率最小拔取为314W,考虑海优势电机组至少30%的降额,则海上4MW风电机组制动电阻额定功率需大于449W。

1.3 制动电阻感化2——变桨电机减速能量耗损

以图1-2所示某2MW风机为例,其电机和负载总滚动惯量为0.024kg?m^2,变桨电机最大转速为1800RPM,减速时间为0.2s,若其在最大转速时进入减速模式,将转速降至0,则其发生的制动转矩为:

其制动时间内最大功率为:

按照制动电阻常规40倍过载系数拔取,则变桨电机减速能量泄放模式下制动电阻额定功率最小拔取为100.65W,考虑20%降额至少拔取126W。在自力变桨或者频仍快速变桨的应用场合,至少考虑50%降额至201.3W以确保平安。

1.4 制动电阻感化3——电网过压能量耗损

我国风电机组高穿尺度的最大电压为130%过压维持200ms风机不脱网运行,可是往往多少风电场电能质量极差,经常显现140%的高压,海优势电机组甚至显现过170%的短暂超高压,以140%过压为例,制动电阻能量泄放功率为(制动电阻阻值一样为12Ω):

按照制动电阻短时最大70倍过载系数拔取,则在电网过压状况下制动电阻额定功率最小拔取为680W。

是以,电网过压时,小功率制动电阻完全无法承受,驱动器整流侧必需具有电网调压功能,以包管网侧电压的升高不会导致制动电阻失效。

02

制动电阻失效的风险

图2-1 制动电阻销毁的风险

如上所述,制动电阻在变桨系统中有着极其主要的感化,其功率选择一样在320W至1000W之间,若制动电阻选择过小导致制动电阻销毁,则图2-1中所示的母线电容会过压失效,驱动器内置24V电源也会面临失效,则整个驱动器损毁,该轴桨叶无法顺桨。下面以上述2MW风机变桨参数进行制动电阻销毁后的母线过压失效争论。

普通驱动器母线电容为容值为1600 uF,母线电容失效电压为900V,母线正常工作电压为560V,则电机减速导致母线电容失效的能量为:

以变桨电机从转速n(rpm)减速至0rpm来较量制动电阻失效后的最大制动速度差,则最大转速差n为:

1737rpm转速小于最大转速1800rpm,是以直流母线会损毁失效。

是以,制动电阻损毁后,只要一次减速过程则会让整个驱动器失效,进而导致桨叶无法平安顺桨,对风电机组风险极大。

03

结论及制动电阻设计建议

1、2MW以优势电机组变桨系统单轴制动电阻功率额定应至少在323W以上,跟着风电机组的容量增大,制动电阻额定功率也应响应变大;

2、海上4MW以优势电机组变桨系统单轴制动电阻功率额定应至少在449W以上,跟着风电机组的容量增大,制动电阻额定功率也应响应变大;若海优势电电网波动较大,则需要进一步考虑制动电阻40%的降额,制动电阻额定功率应至少在523W以上;

3、为了包管变桨系统的平安性,制动电阻必需进行双电阻冗余设计,以包管其单个电阻失效后,不至于驱动器周全损毁,或许继续平安顺桨;

4、为了防止制动电阻过载销毁,驱动器整流侧应有响应的调压办法,以包管网侧电压的升高不会导致母线电压升高,也就不会投入制动电阻进行能量耗损;

5、驱动器加减速过程中的减速时间不该设置过小,减速时间值需要针对制动电阻可以承受的功率进行合理争论,以包管制动电阻的平安。在自力变桨或者频仍快速变桨的应用场合,应接纳更大幅度的降额以确保平安。




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