双馈风力发电机雷电电磁干扰研究

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近些年来随着人们对可再生能源开发意识的不断提高和政府的政策支持,风力发电机技术发展的非常迅猛。随着风电机组装机容量的不断增加和风电场建设规模的不断扩大,其在电网中所占的比重也显得越来越大,风电机组的安全运行问题也越来越受到人们的重视,其中雷击已成为威胁风电机组安全的主要因素。风电机组一般安装于开阔的野外、山地或者滩涂地区,由于风电机组的塔筒和叶片较高,容易造成风电机组遭受雷击。当风机遭受雷击时,巨大的雷电流将沿着引下线穿过主轴和机舱,再经塔筒的接地线将其引入大地。在此过程中,由于雷电流的波头陡度高,变化快,所携带的能量大,会在所经过的周围产生强大的突变电磁场,通过辐射、感应和耦合的方式对风电机组的电机电磁场和电力电子设备产生影响,对风电机组的安全可靠运行产生威胁。本文以1.5MW的双馈风力发电机为对象进行建模和研究,并结合新疆风电场高海拔多山地和戈壁的风机安装情况对风力发电机遭受雷击是的电磁干扰进行分析和研究。首先,分别根据双馈风力发电机和雷电流的相关理论,对风机的数学模型进行研究。并对风机的叶片、塔筒、机舱模型的电阻,电感,电容参数等进行等效和计算,然后将其导入到电磁暂态计算软件EMTP中,对风电机组遭受雷击的瞬态过程中雷电流对风机各部件所受影响进行仿真。然后利用ANSYS有限元软件对双馈风力发电机的塔筒和电机部分进行实体物理建模,利用ANSYS强大的计算和分析能力对发电机正常工作时内部的电磁场进行仿真和分析。最后发电机和塔筒遭受雷击时的内部磁场进行仿真和研究,并通过其内部磁场云图和气隙磁通密度的变化分析雷击对其造成的影响。通过分析和研究对风电机组的防雷保护提出了一些改进措施,最大程度上的降低雷电对风力发电机组造成的危害,对风电机组的防雷保护有一定的改进作用。
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