一种用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法技术

本发明专利技术涉及一种用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、计算六相同步风力发电系统在多种不同调制方式下的开关频率谐波电流脉动的统一表达式；步骤2、对比分析得到在整个调制区域内电流脉动幅值最小的最优PWM调制策略。步骤3、在机侧变流器不外接电抗器的情况下，按照最优PWM调制策略进行开环调节，记录电机定子绕组温升；步骤4、当电机发热量与散热系统导热量达到平衡时，记录电压调制比m1；步骤5、将m1和相应调制方式的最大调制比mmax代入外接电抗器的选型求解公式，求解得出外接电抗器的选型参数。本发明专利技术既保证了六相电机风电系统安全运行，又兼具了电抗器选型的经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，涉及六相同步电机，尤其是一种用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法。
技术介绍
近年来，随着风电技术的发展和对电力运行成本的考虑，大容量风力发电机组已经成为一个主要发展趋势。采用多相发电机是增大发电机组容量的一个有效途径。相比于三相电机，多相电机应用于风电系统中具有转矩脉动小、容错性能好等优点，有利于延长机组寿命、减小机组维护量，这对于新型发电方式例如海上风电等具有重要意义。本专利技术针对的对象是中性点分离的相移30°双Y型六相同步风力发电机，其定子绕组结构如图1所示。此类型电机的6m±1(m＝1,3,5…)次谐波流通路径等效电感要远远小于三相电机的等效电感，因此更容易产生大量的谐波电流。这些谐波电流的次数主要与开关频率相关，可以统称为开关频率电流谐波。开关频率电流谐波是引起电机绕组发热最重要的因素，大量的开关频率谐波对电机和变流器的散热系统提出了更大的挑战，因此必须对其进行抑制。目前，对于开关频率谐波电流的抑制可以采取优化调制算法、提高功率器件开关频率和外接电抗器等调制策略进行。但并不是所有的调制策略能够将谐波电流水平抑制到额定水平下。在特定调制策略下开关频率电流谐波若超过散热系统能够承受的最大电流谐波水平，同时开关频率不能继续增大的条件下，则需要外接电抗器进行开关电流谐波抑制。在传统电抗器选型中，交流电抗器的作用主要为吸收变频器输出的谐波，且其选取方法通常为经验选取或实验反复试凑。在经验选取中，并没有考虑散热系统的散热能力；而在反复试凑中，虽然可以获得较为理想的效果，但选取合适的交流电抗器所需的选型时间长，也没有一定的公式可以遵从，浪费大量人力物力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、简便易行且省时省力的用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法，包括以下步骤：步骤1、通过数值分析，计算得到六相同步风力发电系统在多种不同调制方式下的开关频率谐波电流脉动的统一表达式为：Ihrms2(m)=ΔψN2(kf)2(1Lαβ2HDFαβ+1Lz1z22HDFz1z2)]]>其中，ΔΨN为标幺化基值，为一个定值；kf为程序中断周期；Lαβ和Lz1z2分别为αβ子平面和z1z2子平面的等效电机电感；HDFαβ和HDFz1z2分别为αβ子平面和z1z2子平面的谐波畸变因子；m为电压调制比；a、b、c、d和e分别为对应不同调制方式的常数。步骤2、根据步骤1的开关频率谐波电流脉动的统一表达式，作图得到不同调制方式下电流脉动曲线，通过对比分析得到在整个调制区域内电流脉动幅值最小的最优PWM调制策略。步骤3、在机侧变流器不外接电抗器的情况下，按照最优PWM调制策略进行开环调节，在实验系统开环运行条件下，采用最优PWM调制策略进行温升实验并记录电机定子绕组温升；步骤4、当电机发热量与散热系统导热量达到平衡时，记录电压调制比m1；步骤5、根据所述电压调制比m1和最优PWM调制策略的开关电流谐波峰值处的最大调制比mmax，根据如下所示的外接电抗器的选型求解公式，求解得出外接电抗器的选型参数；1Lαβ2HDFαβ(m1)+1Lz1z22HDFz1z2(m1)=1(Lαβ+Lext)2HDFαβ(mmax)+1(Lz1z2+Lext)2HDFz1z2(mmax)]]>而且，所述步骤5的建立外接电抗器的选型求解公式的具体步骤包括：(1)在机侧变流器与六相电励磁同步电机之间外接一组电抗器，根据如下计算公式求解外接电抗器后电机的等效电感；L′αβ＝Lαβ+LextL′z1z2＝Lz1z2+Lext上式中，Lext表示外接电抗器的电感值；(2)将热平衡时的调制比m1代入步骤1的开关频率谐波电流脉动的统一表达式，得到散热系统允许的最大开关电流谐波：Ihrms2(m)=ΔψN2(kf)2(1Lαβ2HDFαβ(m1)+1Lz1z22HDFz1z2(m1))]]>(3)在接入外接电抗器后，令在最大调制比mmax处的开关电流谐波与散热系统允许的最大开关电流谐波相同，即：Ihrms2(m1)=ΔψN2(kf)2(1(Lαβ′)2HDFαβ(mmax)+1(Lz1z2′)2HDFz1z2(mmax))]]>(4)由所述步骤5的第(2)步和第(3)步，可以得到外接电抗器的选型求解公式为：1Lαβ2HDFαβ(m1)+1Lz1z22HDFz1z2(m1)=1(Lαβ+Lext)2HDFαβ(mmax)+1(Lz1z2+Lext)2HDFz1z2(mmax)]]>本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术根据开关电流谐波的数学表达式，结合六相电机风电系统原有的散热系统特性，进行电抗器的参数选择。本专利技术仅需要测定散热系统最大的谐波电流承受能力，将参数代入开关电流谐波的数学表达式即可得到电抗器的参数，简便易行，省去了大量的仿真实验实测步骤，对于工程应用具有很大的实用价值。2、本专利技术结合散热系统能够承受的最大谐波电流与谐波电流表达式进行电抗器选型，而传统电抗器选型方案并不考虑散热系统的承受能力，因此本专利技术的选型方案更为可靠。3、本专利技术只需通过对电机等效电感参数进行逆向推算，便可快捷得到电抗器参数，从而省去了对不同的电机参数均进行仿真及实验分析的步骤。本专利技术为工程应用中的电抗器选型提供了快捷有效的选型手段。4、本专利技术的电抗器选型方法只需进行一次实验测定散热系统能够承受的最大谐波电流，而无需进行重复繁琐的仿真和实验验证，有利于工程应用，实用性高。5、本专利技术结合散热系统的实际情况进行电抗器选型的反推算，电抗器选型结果适中，经济性更高。由于传统电抗器选型方案只考虑谐波含量，而不考虑实际散热系统能力，选型结果往往偏离实际的电抗器需求值。若选型参数过大，则经济性不高；若选型参数过小，则散热系统又不能带走所有热量，导致系统过热停机。本专利技术综合考虑六相电机风电系统原有的散热系统特性，进行电抗器的参数选择，既保证了六相电机风电系统安全运行，同时又兼具了电抗器选型的经济性。附图说明图1是本专利技术的六相同步电机定子绕组结构示意图；图2是本专利技术的六相同步电机风力发电系统结构示意图；图3是本专利技术的αβ子平面的外接电抗器等效电路图；图4是本专利技术的z1z2子平面的外接电抗器等效电路图；图5是本专利技术的六相同步电机外接电抗器的选型方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：本专利技术利用六相电励磁同步发电机、两电平六相机侧变流器、网侧变流器、PT100温度送变器、Mathmatic运算软件、Matlab画图软件，组成电抗器选型的实施系统。并利用该实施系统进行本专利技术的用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型，其具体方法如下：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、通过数值分析，计算得到六相同步风力发电系统在多种不同调制方式下的开关频率谐波电流脉动的统一表达式为：其中，ΔΨN为标幺化基值，为一个定值；kf为程序中断周期；Lαβ和Lz1z2分别为αβ子平面和z1z2子平面的等效电机电感；HDFαβ和HDFz1z2分别为αβ子平面和z1z2子平面的谐波畸变因子；m为电压调制比；a、b、c、d和e分别为对应不同调制方式的常数；步骤2、根据步骤1的开关频率谐波电流脉动的统一表达式，作图得到不同调制方式下电流脉动曲线，通过对比分析得到在整个调制区域内电流脉动幅值最小的最优PWM调制策略；步骤3、在机侧变流器不外接电抗器的情况下，按照最优PWM调制策略进行开环调节，在实验系统开环运行条件下，采用最优PWM调制策略进行温升实验并记录电机定子绕组温升；步骤4、当电机发热量与散热系统导热量达到平衡时，记录电压调制比m1；步骤5、根据所述电压调制比m1和最优PWM调制策略的开关电流谐波峰值处的最大调制比mmax，建立如下所示的外接电抗器的选型求解公式，求解得出外接电抗器的选型参数；

【技术特征摘要】
1.一种用于谐波抑制的六相同步电机外接电抗器的选型方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、通过数值分析，计算得到六相同步风力发电系统在多种不同调制方式下的开关频率谐波电流脉动的统一表达式为：其中，ΔΨN为标幺化基值，为一个定值；kf为程序中断周期；Lαβ和Lz1z2分别为αβ子平面和z1z2子平面的等效电机电感；HDFαβ和HDFz1z2分别为αβ子平面和z1z2子平面的谐波畸变因子；m为电压调制比；a、b、c、d和e分别为对应不同调制方式的常数；步骤2、根据步骤1的开关频率谐波电流脉动的统一表达式，作图得到不同调制方式下电流脉动曲线，通过对比分析得到在整个调制区域内电流脉动幅值最小的最优PWM调制策略；步骤3、在机侧变流器不外接电抗器的情况下，按照最优PWM调制策略进行开环调节，在实验系统开环运行条件下，采用最优PWM调制策略进行温升实验并记录电机定子绕组温升；步骤4、当电机发热量与散热系统导热量达到平衡时，记...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍现旭，赵洪磊，王瑶，李国栋，于建成，蒋菱，庄剑，梁哓虎，张奇，张志刚，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津;12