兆瓦級雙饋式變速恒頻變漿風力發電機組雷電防護探討

　　摘 要：本文介紹雙饋式變漿變速恒頻發電機組的整體防雷方案，對風力發電機的外部防雷和內部防雷作了詳細的介紹。對目前的風力發電機組目前存在的問題，提出了幾點疑問供各位同行商榷。
關鍵詞：發電機組；塔基柜；機艙柜；變漿控制柜；并網變流器柜
　　引 言
　　在過去20多年中，水平軸上風向風力發電機的直徑和額定功率快速增加。例如，在1983年，一臺風力機的直徑為15m，發電機功率為55kW;而到了2009年，德國REPOWER公司的風力發電機組功率達6MW，風輪直徑達 126m。
　　目前風力發電機有3種技術路線：雙饋式發電機組 、永磁直驅發電機組 、以及半直驅發電機組。
　　雙饋式發電機組技術最為成熟，但結構復雜，傳動路線為葉輪、主軸、齒輪箱、發電機，其電路控制部分也最為復雜，機艙控制柜、塔基控制柜、并網變流器控制柜及輪轂變漿控制系統等；永磁直驅型及半直驅型發電機組結構簡單，維護量小，目前海上風力發電機以這兩種形式為主。
　　本文重點介紹雙饋式變速變漿恒頻風力發電機組的整體防雷設計，其它類型風力發電機組可參考本類型設計方法。
　　.雙饋式變速恒頻發電機介紹
　　1.1 發電機原理介紹
　　電機轉子由兩個“背靠背”連接的電壓型PWM變換器（分別稱做機側變換器和網側變換器）進行勵磁，雙PWM變換器向轉子繞組饋入所需的勵磁電流，實現最大風能捕捉和定子輸出無功的調節。當電機亞同步速運行時，往轉子中饋入能量，網側作整流器運行，轉子側變換器作逆變器運行，提供勵磁電流；當電機超同步速運行時，電機同時由定子和轉子發出電能給電網；處于同步運行狀態時，發電機作為同步電機運行，變流系統向轉子提供直流勵磁。

　　1.2．電氣控制系統介紹
　　（1）變漿控制系統
　　變漿控制系統主要功能是根據當前的風速、風向經過PLC的計算，使風力發電機的葉片根據當前工況達到最佳，從而使葉片繞其軸向自轉，最大角度可達91度角。
 

　　（2）偏航控制系統
　　借助電動機轉動機艙，以使轉子葉片調整風向的最佳切入角度。偏航裝置由電子控制器操作，電子控制器可以通過風向標來探知風向。通常，在風改變其方向時，風電機一次只會偏轉幾度。值得注意的是，小功率級別的風電機都是通過統一的偏航裝置調整所有葉片的角度，而最新的風電機大都是每個葉片設置單獨的偏航系統。
　　  （3）滑環系統
　　主要作用是給變槳系統提供電源和傳輸變槳系統的信號。
  　　（4）機艙柜
　　起到連接輪轂變漿系統及塔基柜控制系統的樞紐。
 　　 （5）塔基柜：
　　主要負責與并網變流器通訊，并與塔基柜PLC通訊，檢測各種信號并根據風機當前的工況，進行參數調整。         
 　　 （6）并網變流器控制柜
　　并網變流器主要的作用是向風力發電機塔筒底部的塔基柜輸送電源及向發電機定子、轉子側輸送電流，起到變頻發電等作用。