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1、,双馈式变速恒频风电机组变流器 林资旭 2013-3-10,双馈式变速恒频风力发电机组变流器,内容简介 一 变流器应用范围 二 变流器的主要功能 三 变流器的性能指标 四 变流器控制的基本原理 五 变流器拓扑结构 六 变流器运行的典型波形,变流器应用范围,风力发电系统是一种将风能转换为机械能，再有机械能转换为电能的装置。机械能转换为电能由发电机完成。双馈式风力发电机组是指机械能转换为电能部分有双馈发电机完成，常见拓扑结构如图所示： 在该系统中，变流器 一端与电网相连，一 端与双馈电机转子相 连，通过变流器实现 对双馈发电机的性能 控制。由于变流器能 根据转速的变化动态 调节双馈发电机转子 侧电
2、流的相位、频率 大小，使得传动系统由刚性系统转换为柔性系统。,变流器的主要功能,变流器能够实现：通过控制转子对发电机激磁。在指定的速度范围内将发电机与电网同步。 并网/脱网操作。 产生所需要的转矩/功率。 产生所需要的无功功率。 通过Crowbar电路，在电网故障时，能提供对变流器的保护。,变流器控制的基本原理,由交流异步发电机的原理可得下面关系式： 其中 为定子电流频率，为转速，为电机极对 数， 为转子励磁电流频率，由该公式可知，当发 电机 转速变化时，若控制转子供电频率 相应变 化，可使 保持不变，与电网电压保持一致，这 就是交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理。,变流器控制的基本原理,变
3、流器对双馈发电机控制的基本原理 双馈发电机是交流异步发电机的一种，适用上述原则。由于双馈发电机定子与电网相连，频率为50Hz，由上述公式可知，转子侧电流频率随转速变化而变化。在风力发电系统中，由于风速的变化而引起双馈电机转速变化时，变流器能够根据双馈电机转速的变化而改变转子侧的电压和电流的频率，以保证双馈电机定子输出频率不变，这也就是通常所说的双馈电机的机械转速与电网频率之间是一种“柔性”关系，也是双馈型风力发电机实现变速恒频运行的机理。,变流器控制的基本原理,双馈式风电机组能量流向,上图中，no代表同步速。n代表当前转速。当nno时，双馈发电机工作在超同步状态，此时双馈发电机吸收机械能，转换
4、的电能Pm一部分Ps通过定子输送至电网，一部分Pr通过转子输送至变流器，由变流器经过频率幅值变换后输送至电网； Pm=Ps+Pr； 当nno时，双馈发电机工作在亚同步状态，此时双馈发电机通过轴上吸收机械能，转子侧吸收电能，二者能量之和转换为电能，输送至电网。Pm=Ps-Pr；,变流器控制的基本原理,变流器内部能量走向 在双馈式机组，变流器一般采用背靠背的拓扑结构，如下图所示,与电网相连部分：电网侧变换器；与双馈发电机转子侧相连部分：转子侧变换器；在亚同步时，网侧变流器工作在整流状态，机侧变流器工作在逆变状态，能量由电网流向双馈发电机转子。超同步时，网侧变流器工作在逆变状态，机侧变流器工作在整流
5、状态，能量由双馈发电机转子流向电网。网侧变流器与机侧变流器通过直流侧电容相连，电容起到稳压与能量缓冲的作用,变流器拓扑结构,变流器拓扑结构 变流器由网侧变流器与机侧变流器组成，二者一般采用三相电压型PWM整理器拓扑相连，如下图所示：,变流器拓扑结构,网侧变流器组成 IGBT功率单元 LC滤波回路 直流侧电压、交流侧电压、交流侧电流测试回路 网侧变流器功能 实现交直变换，为机侧变流器提供稳定的直流母线电压 网侧电流波形控制，通过LC回路回路及控制实现网侧电流正弦化，降低网侧电流THD 网侧功率因数控制：通过检测交流侧电压相位，实现交流侧电流与电压相位差的控制，即功率因数的控制 能量双向流动,变流
6、器拓扑结构,机侧变流器构成 IGBT功率单元 LC滤波回路 定子电压、电网电压、转子电流、直流侧电压检测 机侧变流器功能 实现直交变换，为双馈发电机转子提供频率交变的励磁电流 控制定子侧有功功率、无功功率的输出,变流器拓扑结构,变流器其他回路组成 框架断路器 并网接触器 冷却风扇 配电变压器 电网侧防雷 加热装置 充电装置 测量回路 IO回路 对外电源输出 对外通讯线（232通讯接口） 直流快熔,变流器拓扑结构,用于控制的变流器测量 转子速度，通过脉冲编码器接口。 三相转子电流。 直流母线电压。 电网侧变流器三相线电流。 定子电压。 电网电压。 发电机定子两相线电流。 电网进线三相电流,变流器
7、的性能指标,网侧变流器性能指标 额定容量：400kVA, （690+10%） 额定交流电流：305 A连续值，最高温度40摄氏度 最大电流：510 A。取决于温度。 IGBT电压等级：1700伏。 最大连续操作直流电压1100伏 额定连续直流电压：1050伏。 提供对变流器的接地保护。 机侧变流器性能指标 额定容量：762kVA（697kVA）（690+10%） 额定电流：580A（530A） 最大电流：640A。取决于温度。 最大可控制的连续转子电压：660伏。 IGBT电压等级：1700伏。 最大连续操作直流电压：1100伏。 额定连续直流电压：1050伏。,变流器的典型运行波形,网侧变流器典型运行波形,变流器的典型运行波形,机侧变流器典型运行波形 并网时定子电压、定子电流与转子电流波形,变流器的典型运行波形,机侧变流器典型运行波形 正常运行时定子电压、电流与转子电流、电压波形,谢 谢！,
