全功率变流器介绍

Switch变流器控制原理图

Switch变流器控制原理图 金风公司 作者： 2007年6月16日

目录 一．介绍 (3) 二．系统主拓扑 (3) 三．控制框图 (4) 四．网侧控制原理框图 (4) 五．发电机侧控制原理框图 (6) 六．总结 (7)

一．介绍 Switch 变流器采用了主动整流的方式来控制发电机以及和电网并网。其控制方式为分布式控制，这种方式和它的主电路拓扑结构相对应。即网侧和发电机侧各有独立的控制器，以一个控制器为主要控制器，通过控制器之间的联系进行相互信息交换和控制。 二．系统主拓扑 图一Switch变流器系统主拓扑结构 图中可以看到，网侧功率模块为1U1，而发电机侧有两个功率模块：2U1 和3U1。这是和发电机两套绕组相的结构相对应的。图中的4U1 和5U1 为用于制动的功率模块。采用两个功率模块的原因是单个模块的电流容量有限。在最新的系统中，这两个模块已经被一个大容量模块所代替。 这里，网侧变流器的作用是将发电机发出的能量转换为电网能够接受的形式并传送到电网上。而发电机侧功率模块则是将发电机发出的电能转换为直流有功传送到直流母线上。制动功率模块则是在当某种原因使得直流母线上的能量无法正常向电网传递时将多余的能量在电阻上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。

三．控制框图 图二控制框图 Switch变流柜中采用的功率模块都是V ACON公司生产的通用变频器。这里所说的控制器也是V ACON公司为变频器所配的控制器。这些控制器和功率模块一一对应，相互之间通过光纤/CAN总线互连。从硬件上看，这些控制器的基本配置一致，从控制角度看，1U1 的控制器是变流器主要的控制核心，通过它变流器完成和WTC之间的信息和命令交互，同时完成对其他控制器的操作。可以看到，1U1 和2U1 及3U1之间通过光纤和CAN总线连接，而4U1/5U1 之间及与其他控制器的连接通过CAN 总线实现，这是因为1U1/2U1/3U1之间需要高速通讯以满足系统正常运行所需，而制动功率模块的相应时间可以慢一些。 四．网侧控制原理框图 网侧功率单元的作用是将直流母线上的直流有功功率转换为50Hz交流有功功率传送到电网上。其控制对象为直流母线电压。其控制原理框图为：

一种全功率风力发电变流器关键技术研究

一种全功率风力发电变流器关键技术研究 发布时间：2008-11-29 10:12:00 摘要：风力发电机类型很多，本文选择了几种风力发电系统的结构进行了对比，给出了一种不控整流器加BOOST升压加PWM逆变的全功率风力发电变流器的原理、设计中采用的关键技术及试验结果。 主题词：直驱，风力发电，全功率，变流器 Key Technology research on a full power wind generator converter Zhou Weilai, Sun Jinghua, Zhang Zhe, Pei Jingbin (Harbin Jiuzhou Electric Co.,LTD,150081) Abstract：The paper compares kinds of wind turbine generaters,and introduces a kind of full power converter with inactive rectifier,BOOST circuit and PWM inverter for wind turbin generater,illustrates its principle,key technologies and testing result. Key words： direct drive；full power；wind turbine generation；converter 注：本项目受国家十一五科技支撑计划项目资助，项目编号2006BAA01A21 1.引言 我国风力发电起步较晚，目前国内40多家风力发电设备整机制造厂家中，多数只能制造1MW以下的风力发电机组。2006年开始制造1.2MW、1.5MW直驱永磁风力发电机组，开始技术主要靠引进。随着国家的引导，大功率风电机组开始升温，随之而来的就是电控部件国产化问题。到目前为止，兆瓦级以上全功率风力发电变流器主要依靠进口，所以研发自主知识产权大功率风电变流器成为当务之急。 2.几种风力发电系统结构对比 由发电机和电力电子器件或变流器构成的广泛应用的6种风力发电系统结构如图2-1所示。下面对图中的风力发电系统结构加以简单比较说明。 图a是二十世纪八十年代到九十年代被很多风机制造商应用的比较传统的结构，如使用鼠笼型转子的异步发电机的上风式、失速调节、三桨叶风力机就是这种结构。在八十年代这种结构被扩展，为补偿无功功率使用了电容器组，为平滑并网使用了电机软起动器。 图b是用全程范围或“低风速区域”大小的变频器代替了图a中的电容器组和电机软起动器。“低风速区域”大小的变流器的功率仅为发电机额定功率的20-30％，而全程范围的变流器功率大约为发电机额定功率的120％，但它能使风力发电机在所有风速下变速运行。 图c这种结构是二十世纪九十年代中期，Vestas风力机厂生产的名为“Optislip”风力机所采用的结构。这种结构的基本思想是利用电力电子变换器改变外部的转子电阻，来改变总的转子电阻，从而使转差率有10％的变化范围。

大功率光伏逆变器介绍

大功率光伏逆变器 （100kwp～500kwp） 一、光伏逆变器简介 逆变器又称电源调整器，根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正 弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器，根据有无变压器 又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。 （1）并网光伏发电系统并网式光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。光伏组件将太阳光能转换为直流电能，再由逆变器将直流电能转换为高品质的正弦波电流，直接馈入电网或者做为本地用电设备的电力来源。(2)离网光伏发电系统离网式光伏发电系统由光伏组件、控制器、蓄电池、离网逆变器及配电系统组成，与并网式光伏发电系统的工作原理十分相似，唯一不同的是离网系统输出的电力被直接消耗使用而不输送到电网中。离网式系统中配备有蓄电池，用于储存电能，可以满足阳光不足状态下的发电需求。通过控制器可以实现对蓄电池的控制。对于无法接入公共电网的偏远地区，离网式光伏发电系统是解决用电需求最完。 二、产品型号 ESI——————————光伏逆变器 5———————————额定输入电压 1.24vdc 2.48vdc 3.450vdc 3———————————输出电压 2.220vac 3.380vac B———————————变压器功能B可并联N不可并联 100——————————额定输出功率100kw、250kw、500kw X———————————厂商代码X希望电子有限公司T—— —————————T有隔离变压器N无隔离变压器 三、执行标准 .GB/T19939 光伏系统并网技术要求 .GB/T20046 光伏（PV）系统电网接口特性 .GB/T20513 光伏系统性能监测测量、数据交换和分析导则 .GB/Z19964 光伏发电站接入电力系统的技术规定 .GB/T3859.1 半导体变流器基本要求的规定 .GB/T3859.2 半导体变流器应用导则

SWITCH全功率变流器在风机中的应用

近年来，兆瓦级风机市场在以极快的速度增长着。金风公司在国内率先引导的直驱型风机，是其中很有前途的一种机型，其中主要使用的变流器是SWITCH公司的产品。在过去的两年里，SWITCH公司制造的全功率变流器和金风公司直驱型风机一同进步，逐渐成熟。 1. 简介 近年来，兆瓦级风机市场在以极快的速度增长着。金风公司在国内率先引导的直驱型风机，是其中很有前途的一种机型，其中主要使用的变流器是SWITCH公司的产品。在过去的两年里，SWITCH公司制造的全功率变流器和金风公司直驱型风机一同进步，逐渐成熟。 2. 金风直驱型风机的原理及特点 2.1. 直驱型风机之原理 兆瓦级风机市场上的主流是变浆变速风机，根据结构的不同又可以分为两种：双馈型和直驱型。双馈型采用双馈发电机，在转子绕组上串入可以四象限运行的变频器，控制定子绕组和电网之间的功率流动。这种结构对变频器的功率要求只有系统总功率的1/3左右。 图1：双馈型变流装置示意图 金风公司的直驱型风力发电机组采用永磁式发电机的形式，将电机定子绕组输出直接连接到全功率的变流器上，由变流器将电机输出变化的电压/电流转换为和接入电网电压和频率相匹配的形式。

图2：直驱型风力发电系统示意图 为了降低电机成本，希望变流器具有能够调节电机内磁场的功能，因此全功率四象限变流器就成为了直驱型风机变流器的首选。 2.2. 直驱型风机之优点及和双馈机型的异同 和双馈型风力发电机组相比，直驱型机组有如下特点： 优点包括： 省略了齿轮箱，机械系统大为简化，机械可靠性显著提高。 在发电机和电网之间采用了完全可控的全功率变流器进行功率转换，在电网侧能够自由的实现各种功能，如低电压穿越、动态无功补偿，甚至有限的谐波补偿能力。在接入网性能方面，直驱型机组具有无以伦比的优势。 由于少了齿轮箱等传动机构，且没有附加的励磁损耗，风机整体效率较双馈机组高，理论值为3%，在吉林、内蒙多个风况相同现场的实际差异则远高于此数值。 由于没有齿轮箱、碳刷等机构，机组需要定期维护的器件数量大大降低，长期维护成本较低。 由于直驱发电机的特点，使得直驱风机在低速时切入速度小于双馈机组，从而使整机的发电量和发电效率提高。

自制逆变器电路及工作原理

自制逆变器电路及工作原理 作者：本站来源：本站整理发布时间：2009-11-20 11:54:11 [收藏] [评论] 自制逆变器电路及工作原理 今天我们来介绍一款逆变器（见图1）主要由MOS场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于M OS场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍 该变压器的工作原理及制作过程。 电路图（1） 工作原理： 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 一、方波的产生 这里采用CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的震荡频率不稳。电路的震荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2x103x2.2x10—6=62.6Hz，最小频率为fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10—6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的发相器，输入端接地避免影响其它电路。

图2 二、场效应管驱动电路。 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2 将振荡信号电压放大至0~12V。如图3所示。 图3 三、场效应管电源开关电路。 场效应管是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS场效应管的工作原理。MOS场效应管也被称为MOS FET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的是增强型MOS场效应管，其内部结构见图4。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。由图可看出，对于N沟道型的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称场电压）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入 阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

全功率变流器出厂试验方法内容

全功率变流器 出厂试验项目和方法 1. 试验项目及方法与内容 1. 2. 1绝缘耐压试验 1. 2. 1. 1绝缘电阻测定试验 用兆欧表或绝缘电阻测试仪以1000 V试验电压分别测量变流器的输人电路对地、输出电路对地的绝缘电阻值。测量绝缘电阻合格后，才能进行绝缘强度试验。 1. 2. 1. 2绝缘强度测定试验 用耐压测试仪分别对变流器的输人电路对地、输出电路对地输出电路对地的绝缘电阻应不小于1 MΩ。绝缘电阻只作为绝缘强度试验参考。 绝缘强度方法将变流器的输人电路对地、输出电路对地应承受50 H:的正弦交流电压1 min，试验电压的均方根值（见表1），不击穿，不飞弧，漏电流<20 mA。试验电压应从零开始，以每级为规定值的5%的有级调整方式上升至规定值后，持续1 min。 2. 2. 1功能试验 功能试验的目的是为了验证电气线路的所有部分以及冷却系统的连接是否正确，能否与主电路一起正常运行，设备的静态特性是否能满足规定要求。 功能试验方法：出厂试验时，变流器仅在额定输人电压下运行;型式试验时，应在额定输人电压的最大值和最小值下检验。 设备的功能。试验期间，应检查控制、辅助、保护装置等的性能，应能与主电路协调工作。 功能试验内容主要包括:启动、运行、停机、通讯等。 测试方法: 通过操作界对变流器进行启动、运行、停机、通讯测试;对各电源回路、控制回路、信号检查回路功能进行测试。 测试项目： 1、380V AC电源回路 A、通电后，水泵工作是否正常; B、台外部空水冷风机工作是否正常; C、水冷系统加热器工作是否正常; 在环境温度通电2分钟水箱温升大于3K。(不启动内 循环泵)。 2、220V AC电源回路 A、电源插座供电是否正常; B、UPS供电正常; C、柜内加热膜工作是否正常; 在环境温度下通电2钟加热膜温升大于3K； D、柜内空水冷风扇工作是否正常; F、220VAC继电器接触器工作是否正常; J、网侧断路器、机侧负荷开关工作是否正常; H、功率单元供电工作是否正常; 3、24VDC电源回路 A、变流器主控板工作是否正常; B、24VDC继电器工作是否正常; 4、检测回路 A、网侧、机侧、母线电压检测回路工作是否正常; 精度为2%。

风力发电系统中大功率变流器的应用初探

风力发电系统中大功率变流器的应用初探 随着社会的不断发展，风力发电系统对中大功率变流器的需求越来越大。文章根据以往工作经验，对中大功率变流器的原理及大功率电子器件对中大功率变流器发展的影响进行总结，并从器件串并联型大功率变流器、多电平大功率变流器、并联变流器、多电平结合多重化型变流器、级联H桥型多电平变流器五方面，论述了风力发电系统中大功率变流器的具体应用。 标签：风力发电系统；大功率变流器；器件串并联；多电平 Abstract：With the development of society，the demand of wind power system for medium and large power converter is increasing. In this paper，the principle of medium and large power converters and the influence of high power electronic devices on the development of medium and large power converters are summarized. And from five aspects，i.e.，the device series-parallel type high-power converter，multi-level high-power converter，parallel converter，multi-level combined multi-heavy type converter and cascaded H-bridge multilevel converter，the application of large power converter in wind power system is discussed. Keywords：wind power system；high-power converter；device series-parallel；multilevel 前言 近年来，风力发电机的单机容量呈现出明显的增加趋势，很多风力发电拓撲也被人们开发出来，就目前实际应用情况来看，双馈型风力发电机仍然是风力发电系统中的主流。在直驱型风力发电机系统之中，电能需要经过变流器实现电网上传，这也要求相关功率器件必须具备较高的功率等级。但由于材料等因素的限制，很多功率器件的自身容量有限，为后续设计工作提升了难度。 1 中大功率变流器的原理 在1976年，人们设计出了第一台中大功率变流器，并将其命名为强迫交换相交-交变流器，该变流器也可以被称作是矩阵变流器，主要结构原理如下：在m×n个双向四象限开关阵列排列过程之中，可将n项负载搭载到m项的电网之中，而3×3个开关所组成的三相矩阵变流器则更具有代表意义。与自然型换流器相比，二者具有很强的相似性，尤其是在波形输出方面，都是按照一定的顺序进行采样之后而合成的。但强迫型变流器的采样周期是变化的，变化周期与电源有直接关系。站在另一个角度来说，电压输出波形是根据样板中电压采样周期的“切块”顺序排列而来。为了与样板更加接近，输出电压在采样率的确定上应高于输入和输出功率。在采样控制过程中，还要保证输出电压各个周期中的平均值与参考值相接近。只有这样，合成波形的频率才能进行改变，并与参考波形的低次频率保持相同。

风电变流器简介

风电变流器简介 快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有防尘、防盐雾等运行要求。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： 统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机关，目前已实现规模化的生产。 06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风进行有功和无功的独立解耦控制。 机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要场远程监控系统的集成控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。 原理图如下： 控制器、监控界面等部件。 变流器主回路系统包含如下几个基本单元： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、有源Crowbar电路、功率柜主要由功率模块、有源Crowbar等构成。 功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。 并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。 并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号变流器控制结构框图如下： 接口部分等构成。 号的采集以及二次回路的配置。 上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中： 约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。 成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节制指令,控制变流器的运行状态 控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析,发出控便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。 成功满发，截止目前运行状态稳定。 附：北京清能华福风电技术有限公司简介 目前在赤峰、大安等风场正陆续进行变流器吊装施工。 限公司自主研发的1.5MW风电变流器在国电联合动力技术有限公司北京清能华福风电技术有限公司成立于2006年7月，由“国内高压变求。 2009年12月28日经过2天的现场调试，北京清能华福风电技术有及其现场调试所相关技术人员的支持下，已于哲里根图风场全部并网公司坐落于中关村科技园，依托清华大学电力系统国家重点实验室的厚的资金、科研、市场、服务实力，为国家大力鼓励、扶持的风力发电事业，提供其拥有自主知识产权的核心装备——兆瓦级风力发电机变流器及其电控系统。一流技术以及利德华福专业化、规模化、现代化的生产厂房，凭借雄以达到满功率发电和连续运行的要求，系统品质达到了风场应用的要资控股，是专门从事开发、制造风电变流器与控制系统产品的高新技术企业。 频器领域最具影响力的企业”——北京利德华福电气技术有限公司投3月至今，在河北建设投资公司和东方汽轮机有限公司的支QHVERT-DFIG型风电变流器具有以下一些特点： 优异的控制性能 完备的保护功能 少发电机损耗，提高运行效率，提升风能利用率。 风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减 型风电变流器技术特征 型风电变流器可以优化风力发电系统的运行，实现宽良好的电网适应能力 具备高可靠性，适应高低温、高海拔等恶劣地区运行 变流器在河北海兴风电场成功并网发电，通过240小时验收，目前已无故障连续运行8000多小时。成功经历了夏季高温、冬季降雪后的持下，北京清能华福风电技术有限公司自主研发生产的1.5MW风电QHVERT-DFIG型风电变流器最新动态 模块化设计，组合式结构，安装维护便捷 2丰富的备品备件；专业、快速的技术服务 低温、海边盐雾等运行环境的考验，事实证明了：清能华福变流器可

牵引变流器变流器工作原理

牵引变流器变流器工作原理 1，概述 交流异步电动机的同步转速与电源频率的关系: ⑴ 变频调速就是利用电动机的同步转速随电机电源频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。利用半导体功率开关器件如IGBT等变频装置构成变频电源对异步电动机进行调速。 同步转速随电源频率线性地变化，改变频率时的机械特性是一组平行的曲线，类似于直流电机电枢调压调速特性。因此，从性能上来讲，变频调速是交流电机最理想的调速方法。 与磁通Φ的关系： 异步电机电压U 1 ⑵ 有⑵式知，若不变，与成反比，如果下降，则增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升，导致铁损增加，电机发热及效率下降，功率因数降低。如果上升，则减小，电磁转矩也就跟着减小，电机负载能力下降。由此可见，在调节的同时，还要协调地控制，即给电机提供变压变频电源，才可以获得较好的调速性能。 由变压变频装置给笼型异步电机供电所组成的调速系统叫做变压变频调 速系统，它可以分为转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制系统，可以满足一般要求的交流调速系统。若调速系统对调速系统静、动态性能要求不高的场合，比如风机、水泵等节能调速系统，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，其控制系统结构简单，成本也比较低。若要提高静、动态性能，可以采用转速反馈的闭环控制系统。若调速系统对静、动态性能的要求很高，则需要采用模拟直流电机控制的矢量控制系统。矢量控制系统是高动态性能的交流调速控制系统，但是需要进行大量复杂的坐标变换运算，而且控制对象参数的变化将直接影响控制精度。直接转矩控制系统是近十几年来继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流调速系统。它避开了矢量控制的旋转坐标变换，而是直接进行转矩“砰—砰”控制。 地铁列车和电动车组的调速系统，对静、动态性能的要求很高，采用矢量控制系统或直接转矩控制系统。地铁列车的牵引系统为直-交变频器，电动车组的牵引系统为交-直-交变频器。 随着电力半导体器件的发展，变频器的发展也经历了几个阶段。电力电子器件的可控性、模块化、控制手段的全数字化，利用了微机的强大信息处理能力，使软件功能不断强化，变频器的灵活性和适用性不断增强。随着网络时代的到来，变频器的网络功能和通信不断增强，它不仅可以与设备网的现场总线直接相连，还可以与信息交换实时数据。 2，牵引变流器工作原理

FREQCON变流器简介-17页word资料

FREQCON变流简介 ——by郭锐FREQCON变流器总体结构图 各部分简介 变压器支架 620/400V自耦变压器——提供机组动力用电和控制用电。总容量40KVA，副边22.4KVA 提供主控柜，变流柜用电。17.5KVA 提供机舱用电。 IGBT2冷却风扇——风冷系统循环动力 制动电阻 制动电阻箱——消耗直流母线上过高的能量。网侧故障后的能量消耗，低电压穿越。 电抗器支架 网侧空开——风机的并网与脱网控制。过流、短路等保护功能。注意保护后复位按钮弹出需回复。 电流互感器——完成电流变送。变比：1/2000。原理：二次侧短路的特殊变压器，二次侧相当于一个电压源。 3组（六个）交流电抗器——与网侧电容、变压器构成LCL滤波。 3个直流电抗器——直流斩波升压电抗器。 第 1 页

变流柜 变流柜由低压配电柜、主控柜、IGBT柜1、IGBT柜2、电容柜5部分组成。 变流柜背后风道 变流柜模块图 每只IGBT模块包含一个智能半桥模块（半桥由串联的两个IGBT和与之反并联的二极管组成，分别称为上桥臂和下桥臂）、16只支撑电容、4只吸收电容、4只均压电阻、1块过压保护板、直流端2只快熔组成。 构成三相全桥不可控整流。 变流器在整个风机的作用 叶轮系统在风作用下受到气动扭矩Ta，叶轮——发电机系统转动会因轴承滚动摩擦、风阻等受到与选中方向相反的摩擦力矩Tf，叶轮带动发电机转动，转子上的永磁体旋转切割定子绕组产生感应电势，如果如果定子绕组中有电流流过将产生电枢反应，通过磁场的作用产生阻碍转子转动的电磁力矩Te。在这几个扭矩作用下，叶轮——发电机系统刚体动力学方程如如上所示。由方程可知当Ta>Tf+Te时，叶轮——发电机系统将在启动力矩作用下转速上升。反之转速将下降。Tf基本为恒量。因此想要调节叶轮转速可以通过调节Ta、Te。由此产生了两种调节方法：一个是变桨调节起动扭矩；另一个是调节发电机电磁扭矩。因此从控制角度来看，变流器需要具有调节发电机电磁扭矩的作用。从能量角度来看风能转化成叶轮系统旋转机械能再通过发电机转换成电能，变流系统需要将发电机发出电能转换成与电网频率、相位、幅值相对应的交流电。完 第 2 页

变流器基本原理

1、双馈型风力发电系统的运行原理 双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。 双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用， 因此又名交流励磁发电机。双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。 图1、双馈风力发电系统结构图 双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式： 12 r n n n =±2160 f n n f r p ±=

12 11 r n n n s n n ?==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数，s s n n n s ?=为发电机的转差率。由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。 双馈电机转子侧接变流器，其调速的基本思想就是要在转子回路上串入附加电势，通过调节附加电势的大小、相位和相序来实现双馈调速。与传统的直流励磁同步发电机相比，双馈异步发电机励磁系统的调节量由一个变为三个，即励磁电流的幅值、频率和相位。所以，调节励磁不仅可以调节发电机的无功功率，还可以调节发电机的有功功率和转子转速。因此，该电机在提高电力系统稳定性、变速运行能力方面有着优良的特性。 2.变速恒频双馈风力发电机运行工况 2.1双馈电机在不同工作状态下的功率分布流程 从上面对双馈电机的分析，我们可以建立双馈电机在不同情况下的运行状态，并且同时分析在该种情况下的功率流程。主要讨论的是定子侧功率1P （向电网输出电能时为正，吸收电网电能时为负），转差功率s P （向电网馈送电能时为正，吸收电网电能时为负）和机械功率mec P （电机吸收机械功率为正，电机输出机械功率时为负）。 1）双馈电机运行于超同步发电机情况下： 整个风机的机械效率 同步转速

全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略

第五章全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略 5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 (2) 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 (2) 5.1.2同步发电机 (2) 5.1.3永磁同步风力发电机结构及特点 (5) 5.1.4电励磁同步风力发电机结构及特点 (18) 5.2 全功率变流器风电机组变流器 (19) 5.2.1 电机侧变流器控制策略 (20) 5.2.1 电网侧变流器控制策略 (21)

5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 随着现代风电机组的额定功率呈现上升趋势，风轮桨叶长度逐渐增加而转速降低。例如：额定功率为5MW的风电机组桨叶长度超过60米，转子额定转速为10rpm左右。当发电机为两对极时，为了使5MW风力发电机通过交流方式直接与额定频率为50Hz的电网相连，机械齿轮箱变速比应为150。齿轮箱变速比的增加，给兆瓦级风电机组变速箱的设计和制造提出了挑战。风电机组功率及变速箱变速比增大时，其尺寸、重量及摩擦磨损也在增加。作为另外一种选择，风力发电机可以采用全功率变流器以AC/DC/AC的方式与电网相连。 全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变换器组成的背靠背变频系统。这两个变频器分别为电网侧变换器和发电机侧变换器。发电机侧变换器接受感应发电机产生的有功功率，并将功率通过直流环节送往电网侧变换器。发电机侧变换器也用来通过感应发电机的定子端对感应发电机励磁。电网侧变换器接受通过直流环节输送来的有功功率，并将其送到电网，即它平衡了直流环节两侧的电压。根据所选的控制策略，电网侧变换器也用来控制功率因数或支持电网电压。 5.1.2同步发电机 发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。同步发电机主要包括定子和转子两部分。定子是同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。发电机容量大时，一般采用整流励磁系统。同步发电机是一种转子转速与电枢电动势频率之间保持严格不变关系的交流电机。 同步发电机的转子基木上是一个大的电磁铁。磁极有凸极和隐极两种结构。凸极转子结

逆变器原理图_框图

车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。 图1电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5－VD8、C12等共同组成220V/50kHz高频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V/50Hz交流电供各种便携式电器使用。 图1中IC1、IC2采用了TL494CN(或KA7500C)芯片，构成车载逆变器的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0℃-70℃，极 限工作电源电压为7V～40V，最高工作频率为300kHz。 TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5 V±5％，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN

图二

本逆变器输入端为汽车蓄电池(+12V，4.5Ah)，输出端为工频方波电压(50Hz，220V)。其系统主电路和控制电路框图如图1所示，采用了典型的二级变换，即DC/DC变换和DC/AC逆变。12V直流电压通过推挽式变换逆变为高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的约320V直流电压；然后再由桥式变换以方波逆变的方式，将稳定的直流电压逆变成有效值稍大于220V的方波电压，以驱动负载。为保证系统的可靠运行，分别采集了DC高压侧电压信号、电流信号及蓄电池电压信号，送入SG3525A，通过调整驱动脉冲的占空比或关断脉冲来 实现电压调节、过流保护及欠压保护等功能。

讨论双馈变流器与全功率变流器

讨论一下双馈变流器与全功率变流器的技术难度那个更大一些？ 看了最近的广发证券海得控制的调研报告。里面有一段是这样描述的。于是产生这样的疑问，希望行内人士多发表自己的看法。 “对于双馈变流器来说，风速比较大的时候，30%能量由电机流向电网。当风速比较小的时候，30%的能量由电网流向电机，所以从控制的角度来看，由于双馈变流器需要一端控制电网，另外一端控制电机，所以双馈变流器比全功率变流器设计更加复杂，控制更难。。。。。。 所以说，一家公司如果已经拥有双馈变流器技术，那么他再开发全功率变流器就非常容易，反之则不是。” 另外，据我个人了解，目前国内进行风电变流器开发的单位也以全功率型居多，特别是新进入的企业，如荣信、江苏大全、上海科祺、江苏南自通华等。阳光电源好像也是全功率型的销售情况比较好。是不是从这方面可以推断双馈型变流器控制难度是不是要比全功率型的要大？为什么新进入的好多企业以全功率型作为突破口呢？是不是因为大家都看好直驱是未来风电机组的发展趋势？海得控制和深圳禾望做双馈型变流器比较成功，但其核心技术好像都是来自艾默生。国内有单独研究双馈变流器且应用比较成功的厂家吗？ 不论是双馈变流器还是全功率变流器，所用功率器件几乎都是进口。 难点之一就是结构布局。 最大的难点在于软件设计和控制算法。 结构布局相对容易抄袭，而软件设计和控制算法抄袭难度很大。 全功率，基本上也就是用功率模块堆起来的，也可以说是用双馈的模块堆积起来的，你说哪个难度大？ 模块并联当然有一定的难度，但这方面的难度让功率器件厂商给解决了一部分，因为功率器件厂商可以提供模组。国内的厂家也容易学习参考，因为这东西看得见，摸得着。 控制算法基本要靠猜测+验证了。我觉得国内开发变流器的难点还是在控制算法这块。这块花费的时间要长双馈和全功率变流器有许多相同的地方，也有许多不同的地方，情况如下： 1、都采用了PWM背靠背方案，两者拓扑、主要器件及配置方案基本相同，可以理解将双馈变流器的的接线由转子改到定子即可 2、控制策略方面，网侧和电机侧的策略基本相同，网侧控制电压恒定和1功率因素，机侧控制发电机力矩 3、不太相同的是并网策略和低电压穿越策略。很明显，由于电机与电网隔开，所以低电压穿越直驱要比双馈容易控制。 风力发电机全功率和双馈的区别在于发电机与变频器： 全功率变频风力发电机在发电机定子与电网间连接了一个与发电机功率相同的变频器，将发电机发出的电压、频率不同的电力，经过整流、逆变后变成与电网电压、频率相同的电力，输入电网。 双馈风力发电机是在发电机转子与电网间连接了一个变频器，通过改变转子中的励磁电流的频率，使得在定子上发出与电网电压、频率相同的电力，输入电网。两种风力发电机都可使风机实现变速运行以提高风力发电机捕捉风力的效率，双馈的优点是变频器的功率可以只的风机功率的三分之一，这样可以降低成本，但这也使使风机对电网的波动比较敏感，在电网电压波动时，比较容易跳闸脱网。全功率风力发电机一般采用永磁发电机（也可以是其它类型的，但目前多用的是永磁同步发电机），成本高一些，但这时发电机与电网全隔离，发电机受的冲击小，寿命长，故障率低，特别是对电网波动的敏感度小，可不增加任何设备实现低电压穿越功能，在电网故障时，可以发出无功，以维持电网电压，可以说是电网友好型风机，随着可控硅部件的成本降低，今后的风机发展应该是这个方向。

风力发电系统中大功率变流器的应用初探

风力发电系统中大功率变流器的应用初探 发表时间：2018-10-17T16:10:57.927Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：郭建 [导读] 摘要：随着中国经济的发展和科技进步，中国风电技术发展迅速。 （中广核新能源新疆分公司新疆乌鲁木齐 830000） 摘要：随着中国经济的发展和科技进步，中国风电技术发展迅速。永磁直驱风力发电系统结构简单，风能利用率高，故障率低，稳定性和安全性得到了广泛的应用。转换器装置是直驱式永磁风力发电系统的重要组成部分。变流器的控制方法包括电网侧变流器控制和机侧变流器控制。本文分析了两者的控制功能。 关键词：风力发电系统；大功率变流器；器件串并联 引言 风力发电转换器是风力发电系统的关键组件。其作用是将风电机组在自然风作用下发出的不稳定频率和幅值的电能转换为频率和幅度稳定，并将符合电网要求的电能纳入电能中。格。风电变流器不仅提高了机组效率，而且对机组并网和电网安全稳定运行起着关键作用。 1中大功率变换器的原理 大中型电源转换器的电子开关基于一个双向四象限开关，可以阻断双向导通电流。但在实际采购过程中，难以满足型号的要求，尤其是功率转换器。因此，在实际应用过程中，可以使用标准半导体器件的组合来构建。为了确保换向的正确性，双向四象限开关需要在两个方向上独立控制电流。 2大功率电力电子器件对中大功率变流器发展的影响 2.1绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管被称为IGBT。成功的开发时间为1988年，目前市场上IGBT的最高电压已达到6500V，最大电流达到2400A。在正常情况下，IGBT被封装在模块中。在标准模块中，有许多IGBT芯片。例如，在3300V/1300A模块中，包含36个芯片和450多个电缆。这些芯片通常在并行固定过程中固定在一个位置以改善晶体管的绝缘性和导热性。此外，这种模块化的形式也很容易安装在散热器上。虽然大功率IGBT模块具有容易保护短路电流，保护电源等强大特性和优点，但也存在许多缺点和不足，如开关损坏引起的开路等，大功率转换器实际应用受到严重阻碍。 2.2集成门极换流晶闸管 集成门极换流晶闸管简称为IGCT，具有IGBT的许多优点，如饱和压降低，安全工作区宽。IGCT也有其自身的特点，可以阻断不对称的正负电压，以保证电压源PWM的正常工作。此外，IGCT在使用过程中的消耗非常低，可以降低风机制造商在转炉上的投入成本，同时也增加了相关工作的有效性。例如，在使用300KV A转换器时，不需要串联和并联工作。到目前为止，人们开发的IGCT已经达到了9KV/6KV 的水平，许多6.5KV的设备已经开始供应市场。正是由于这个发展因素，IGCT希望成为高压低频电流器件的最佳选择。但实质上，IGCT仍然属于GTO，知识解决了GTO的门驱动问题。由于栅极驱动电路中有很多电容，在实际工作中需要很大的功率来完成相应的工作，这对整体工作效率影响很大。加入短路故障后，不能及时切断固定开关，导致严重缺乏短路保护措施，这对中大功率变流器的发展是非常不利的。 2.3MOS关闭晶闸管 MOS可以关闭称为MTO的晶闸管。开发该技术的目的是去除IGCT集成电路中的MOSET。由于发电系统的整体运行，MOSEET被引入功率器件。因此，MTO外部的驱动电路中仅包含少量电路元件，但这些元件具有高可靠性，这与IGCT非常相似。当母线电压超过3KV时，IGCT和MTO的功率将被广泛使用。 3风力发电系统中大功率变流器的具体应用 3.1器件串联并联大功率变换器 器件串并联大功率变换器的电路结构为AC-DC-AC电流源模型。在实际应用过程中，功率器件GTO和两电平逆变器串联使用，实现高压电源转换效果。实现逆变器容量的有效增加。从实际结构理论可以看出，串并联大功率变换器的前级采用脉冲晶闸管整流方式，中间连接电抗器后，采用两端电平变换器GTO。串联后，拓扑结构将变得更加简单，故障点也会相应减少。在器件串并联结构的作用下，拓扑结构将变得更加简单，功率器件的数量也会相应减少。但是，由于器件的串联连接，整个电路也会遇到分压不均等问题。器件的并联会导致电流分配问题。因此，在实际应用过程中，风力发电系统对驱动电路的要求将大大提高，并且应该能够实现串联装置的及时接通和关断，以避免这样的问题作为电压不均匀性等，导致转换器击穿。 3.2多级大功率变换器 多电平大功率变流器的实用性主要取决于变频器的“多电平逆变器”功能。与二电平变换器相比，具有以下优点：变换器单个器件的电压应力相对较小，并且很容易实现高压电源的直接应用。在相同的开关频率下，输出波形更接近正弦波，并且还可以减少电磁干扰等问题。例如，ABB生产的ACS系列变频器主要采用三电平主拓扑结构，内部变频器的部分功率变换器由IGCT代替，从而提高了电压输出水平。 3.3并行转换器 在并联集电器的使用期间，执行多个转换器单元的并联连接，从而完成到整个电网的电力传输。变频器具有以下特点：一是采用复合高频开关技术和高质量电子元件，推动整个变频器单元结构更紧密，实现转换效率的有效提高；其次，在一些逆变器中，在单元并行过程中，可以增加冗余单元的数量，并且可以提高整个风力发电系统的可靠性。第三，全面监控各单位的安全设计，提供不间断电源。并联转换器提高了发电系统的电流水平，并提升了转换器的功率。 3.4多级组合多重转换器 在这种转换器的应用过程中，多级和多级逆变器的优点主要集中在一起，通过串联多个中压三级PWM模块实现高压输出。正是由于这种结构的双向效应，它构成了一个完整的无谐波系统，重叠整顿了电网，促进了整个风电结构符合国际要求和标准。在转换器设计中，应用了高压整流二极管和IGBT，大大减少了主回路中器件的使用，提高了整个系统的可靠性，并将转换器的整体效率提高到98％。然而，在实际应用中，很多转换器模块使用12脉冲整流和二极管钳位三电平拓扑结构，这不仅增加了器件的使用，而且导致整个系统配置缺乏成本