兆瓦级双馈式变速恒频变浆风力发电机组雷电防护探讨

　　引 言

　　在过去20多年中，水平轴上风向风力发电机的直径和额定功率快速增加。例如，在1983年，一台风力机的直径为15m，发电机功率为55kW;而到了2009年，德国REPOWER公司的风力发电机组功率达6MW，风轮直径达 126m。

　　目前风力发电机有3种技术路线：双馈式发电机组 、永磁直驱发电机组 、以及半直驱发电机组。

　　双馈式发电机组技术最为成熟，但结构复杂，传动路线为叶轮、主轴、齿轮箱、发电机，其电路控制部分也最为复杂，机舱控制柜、塔基控制柜、并网变流器控制柜及轮毂变浆控制系统等;永磁直驱型及半直驱型发电机组结构简单，维护量小，目前海上风力发电机以这两种形式为主。

　　本文重点介绍双馈式变速变浆恒频风力发电机组的整体防雷设计，其它类型风力发电机组可参考本类型设计方法。

　　1.双馈式变速恒频发电机介绍

　　1.1 发电机原理介绍

　　电机转子由两个“背靠背”连接的电压型PWM变换器(分别称做机侧变换器和网侧变换器)进行励磁，双PWM变换器向转子绕组馈入所需的励磁电流，实现最大风能捕捉和定子输出无功的调节。当电机亚同步速运行时，往转子中馈入能量，网侧作整流器运行，转子侧变换器作逆变器运行，提供励磁电流;当电机超同步速运行时，电机同时由定子和转子发出电能给电网;处于同步运行状态时，发电机作为同步电机运行，变流系统向转子提供直流励磁。

　　1.2.电气控制系统介绍

　　(1)变浆控制系统

　　变浆控制系统主要功能是根据当前的风速、风向经过PLC的计算，使风力发电机的叶片根据当前工况达到最佳，从而使叶片绕其轴向自转，最大角度可达91度角。

　　(2)偏航控制系统

　　借助电动机转动机舱，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。值得注意的是，小功率级别的风电机都是通过统一的偏航装置调整所有叶片的角度，而最新的风电机大都是每个叶片设置单独的偏航系统。

　　(3)滑环系统

　　主要作用是给变桨系统提供电源和传输变桨系统的信号。

　　(4)机舱柜

　　起到连接轮毂变浆系统及塔基柜控制系统的枢纽。

　　(5)塔基柜：

　　主要负责与并网变流器通讯，并与塔基柜PLC通讯，检测各种信号并根据风机当前的工况，进行参数调整。

　　(6)并网变流器控制柜