（国华（赤城）风电有限公司 张家口 075000）
摘要：双馈风力发电机组网测回路为避免网侧电流震荡，一般采用滤波回路进行滤波。华锐SL1500机组网测回路设计有1Ω阻尼滤波电阻，该电阻发热过大大导致频繁烧毁，并连带回路中350A保险等器件烧毁，严重时甚至导致IGBT击穿，极大影响机组可利用率。本文对该滤波回路进行优化，将原1Ω滤波电阻更换为0.5Ω，以提高机组运行性能，并对其可行性进行验证。
关键词：SL1500机组；滤波电阻；华锐风电；网测回路
1、引言
双馈异步风力发电机是风电领域主要机型之一，目前国内装机量已接近10万台。这种机型发电机定子侧直接与电网连接，发电机转子侧通过变频器与电网连接。变频器通过计算滑差率调整励磁电流的频率和幅值，保证转子电磁转速与实时的转子旋转转速相加等于同步转速，以此确保定子侧工频工压。变频器在双馈异步发电机工作中，起到不可或缺的重要作用。
双馈异步风力发电机启动时，首先对变频器电容进行预充电，之后吸合网侧接触器，变频器运行至同步状态后，检测频率、电压、相位符合并网要求，则吸合定子并网开关。双馈风力发电机组转子有三种不同的工作状态分别是亚同步，同步以及超同步。转子工作转速范围一般是0.5-1.2倍同步转速，1-1.2倍同步转速为超同步状态，0.5-1倍同步转速为亚同步状态，当低于0.5倍同步转速时，双馈发电机转子侧电压会超过变频器IGBT耐压而产生击穿。在亚同步状态下，能量由变频器流向发电机转子侧；在超同步状态下，能量则由发电机转子侧流向变频器，此时变频器又起到整流逆变的作用，使电流以工频工压流入电网。
在超同步状态下，受变频器IGBT桥臂斩波、发电机电动力、电网波动及系统间的固有频率等因素影响，由网测回路汇入电网的电流会携带谐波，为保证电能质量，一般在网测设计滤波回路，如下图所示。
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图1双馈异步发电机并网回路单线图
2、华锐SL1500滤波回路问题
华锐SL1500风力发电机网测LCR滤波回路中，设计有1Ω滤波电阻。当转子侧电流发生高频振荡时，滤波电阻可以起到阻尼的作用，在极短时间内将振荡消耗掉，避免发生共振，导致对滤波回路造成破坏。其消耗高频谐振的速度与滤波电阻的阻值成正比，滤波电阻越高，则消耗速度越快。
华锐风机网侧滤波回路采用电阻为UXP600 1Ω电阻，要求底板中心温度＜85℃。滤波电阻安装于滤波板上，夏天冷却液温度最高约50℃。在机组长期运行时，滤波电阻温升速度较快，并频繁烧毁。当滤波电阻烧毁时，瞬间的过电流将直接导致网测350A保险烧毁，严重时甚至会导致变频器损坏。
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图2滤波电阻烧毁导致变频器烧毁
3、滤波电阻损坏原因分析
华锐1.5MW机组网侧滤波回路采用LC+LRC拓补，LC回路共有3个33.4μf电容，LCR回路有两个1Ω电阻并联，再接3个33.4μf电容，如下图所示，主要作用是滤除变流器输出谐波。
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图3华锐SL1500机组滤波电阻电路图
在理想电网情况下（假设电网只有50HZ基波，没有高次谐波），流过电阻的总电流：
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基波流过每个电阻的电流为18.8A，基波导致每个电阻发热功率约为353W。实际电网包含比较丰富的高次谐波分量，其主要谐波为5次、7次、11次、13次、15次。高次谐波含量越高，电容容抗越小，滤波电阻上损耗越大，电阻越容易损坏。
原1Ω滤波电阻选型较高，按计算仿真，将其降低为0.5Ω一样可以完好的实现设计功能，且不会导致谐波过大。
4、解决方案
由上述可知，滤波回路中，电流受滤波电阻阻值影响极小，而滤波电阻发热量为=I²×1Ω，将其降低为0.5Ω，发热量可以降低一倍。所以将回路中将原先机组水冷滤波板上的6个1Ω电阻，更换为6个0.5Ω电阻，应可降低滤波电阻发热量，解决滤波电阻频繁烧毁的问题。
同时，滤波电阻安装位置过于紧密，6个发热量较大的滤波电阻紧密排列在水冷板上侧，水冷板内部水道为S型铜管，相当于单一水道内冷却液快速通过6块滤波电阻，无法充分将其热量带走，因此将其分散布置，可提升冷却板对滤波电阻的冷却能力，也是避免滤波电阻过热的有效手段。
为验证方案可行性，于机组上进行试验测试。通过集控SCADA监控软件监测更换滤波电阻前后的滤波板温度、网侧电抗温度、机侧电抗温度、发电机功率等相关参数。在机组电网侧安装电能质量分析仪监测更换滤波电阻前后电能质量。
电能质量分析仪安装位置如图4所示：
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图4 电能质量分析仪安装位置
图4中，KA为并网开关（即：定子接触器），KB为主接触器（即：网侧接触器），KC为软启动开关（即：预充电接触器），G为发电机，AC/DC为网侧变频器，DC/AC为机侧变频器。
5、试验操作
5.1滤波电阻更换及位置调整
断开机舱主电源开关和蓄电池开关，断开24V UPS电源。拆下滤波板上中间两个1Ω电阻和47Ω电阻的固定螺丝（一个电阻2个固定螺丝，总共8个螺丝，固定铜排和外接线的螺丝不用拆）。把滤波底板上安装上述4个电阻的部位清理干净，把拆下的4个滤波电阻散热底板清理干净。在拆下的4个滤波电阻其中两个1 Ω的更换成0.5Ω滤波电阻并散热底板上均匀的涂抹一层导热硅脂。将涂抹好导热硅脂的2个47 Ω电阻安装在上方，另外2个0.5Ω电阻安装在下方，即与拆之前互换位置，并将另外两组（即4个）1 Ω的滤波电阻更换成0.5Ω滤波电阻。拧紧固定螺丝，绑好外接线缆，不要将线缆搭在滤波板或铜排上，防止长时间外绝缘皮高温导致线缆老化。如下图所示：
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图5 滤波电阻位置调整操作方式
5.2测试步骤
在运行机组中，筛选出近期滤波版温度偏高的机组，选定测试机组。
将风机设置为服务且远程禁止操作的模式下登机，使用红外测温仪检查滤波板温度，确保与控制面板显示的滤波板温度一致。
检查水冷系统，确保水压在1.8～2.2bar；
断开箱变低压侧690VAC断路器并在断路器下端挂好接地保护装置；
使用万用表检查确保690VAC确实已经断开；
按照测试方案中图4所示位置，安装电能质量分析仪，设置分析仪相关参数；
送箱变低压侧690VAC电，恢复机组运行，监测恢复运行后不同风况、功率阶段的滤波板温度、电能质量分析仪相关数据，监测时间为2天。
将风机设置为服务且远程禁止操作的模式下登机，把滤波板上的6个1Ω电阻，更换为6个0.5Ω电阻，确保滤波电阻底部均匀涂抹导热硅胶，确保滤波电阻及外接线固定螺丝紧固。
恢复机组运行，监测不同风况、功率阶段的滤波版温度、电能质量分析仪数据，监测时间为6天。
对更换滤波电阻前后的电能质量分析仪数据及SCADA记录数据进行分析对比，确保电能质量符合标准，SCADA记录数据无异常。
6、数据分析
6.1SCADA记录数据分析：
更换0.5Ω滤波电阻前后，滤波板温度变化情况及其它相关数据如下：
使用1Ω电阻时，滤波版温度及相关数据曲线如图6所示（横轴为时间，左纵轴为温度，右纵轴为功率）：
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图6 使用1Ω滤波电阻时温度及功率曲线图
使用0.5Ω电阻后，滤波板温度及相关数据曲线如图7所示：
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图7 使用0.5Ω滤波电阻后温度及功率曲线图
由监控软件记录的数据及曲线图形可见，滤波电阻更换到0.5Ω后，滤波板最高温度能够下降20℃左右，且对网侧电抗、机侧电抗最高温度没受影响。
6.2电能质量分析仪数据分析
使用1欧姆滤波电阻时，并网运行谐波图形如图8所示：
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图8 使用1Ω滤波电阻时的谐波图形
更换为0.5欧姆滤波电阻后，并网运行谐波图形如图9所示：
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图9 使用0.5Ω滤波电阻后的谐波图形
由电能质量分析仪记录的数据图形可见，滤波电阻更换到0.5Ω后，对谐波并没有太大影响，能够满足电能质量要求。
结论
SL1500风力发电机组使用0.5Ω滤波电阻在现场不同工况下能够稳定运行，不影响输出电能的质量，在滤波板温度方面，最高温度比1Ω电阻能够下降20℃左右，经仿真计算与现场测试，用0.5Ω滤波电阻替换1Ω滤波电阻，不会导致电抗器温度升高，不会对电能质量产生影响，可以实现等效替换。而替换后滤波板温度大幅降低，其温度基本等于水冷系统出水温度，已可与控制柜水冷系统形成热平衡，不会再因自身发热量过大而导致烧毁。
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