初识双馈变流器
双馈变流器工作原理
双馈变流器工作原理双馈变流器（Double-Fed Induction Generator，DFIG）是一种常用于风力发电系统中的变流器，它的工作原理是利用电力电子技术将风能转化为电能，并将其送入电网中供应给用户使用。
双馈变流器相比其他变流器具有更高的效率和更好的控制性能，因此在风力发电领域得到了广泛应用。
双馈变流器由两部分组成：一部分是风力发电机组，另一部分是变流器。
风力发电机组通常由风轮、发电机和装有电磁铁的转子组成。
当风轮受到风力作用时，会转动，带动发电机产生电能。
而转子上的电磁铁则可以通过改变其磁场强度来调节发电机的输出电压和频率。
在传统的风力发电系统中，发电机的输出直接通过变频器转换为交流电并输入电网。
然而，这种方式存在一些问题，比如变频器的容量较大，成本较高，同时对系统的稳定性和可靠性要求较高。
为了解决这些问题，双馈变流器应运而生。
双馈变流器的工作原理是将发电机的转子绕组分成两部分：一部分连接到固定的电网，另一部分通过变流器连接到电网。
这样，发电机的输出电流可以分成两部分：一部分通过固定的电网回馈给发电机，另一部分通过变流器送入电网。
这种方式可以减小变流器的容量，降低成本，同时提高系统的稳定性和可靠性。
具体来说，双馈变流器通过改变发电机转子上电磁铁的磁场强度来调节发电机的输出电压和频率。
当风轮转动时，发电机产生的电能通过变流器送入电网。
同时，电网也会向发电机输送电能。
双馈变流器通过控制变流器的电压和频率，可以实现对发电机的有源功率和无功功率的控制。
双馈变流器的优势主要体现在以下几个方面：1. 较低的成本：相比传统的风力发电系统，双馈变流器的容量较小，可以降低系统的成本。
2. 更好的控制性能：双馈变流器可以实现对发电机有源功率和无功功率的精确控制，可以根据电网需求灵活调节输出功率。
3. 提高系统的稳定性和可靠性：双馈变流器通过将一部分发电机的输出电流回馈给发电机，可以增强系统的稳定性和可靠性。
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理
双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理一、引言近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和推广。
而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其稳定性和效率对整个系统的运行影响重大。
双馈异步风力发电机机组变流器作为风力发电机组的关键部件之一，其基本运行原理对整个系统的性能具有重要影响，因此有必要对其进行全面了解和分析。
二、双馈异步风力发电机机组概述双馈异步风力发电机机组是一种常见的风力发电机组类型，其主要由风轮、叶片、主轴、发电机、变流器等组成。
风轮转动驱动主轴旋转，主轴通过传动系统带动发电机工作，发电机将机械能转化为电能输出给电网。
其中变流器起着将发电机输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电再转换为交流电，并使得风力发电机组能够与电网实现同步运行的重要作用。
三、双馈异步风力发电机机组变流器基本结构双馈异步风力发电机机组变流器主要由变流器电路、控制系统和通信系统等组成。
其中变流器电路包括整流部分和逆变部分，控制系统负责对变流器进行控制和监测，通信系统用于与上层监控系统进行数据交互。
双馈异步风力发电机机组变流器通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件，以实现对电流和电压的精确控制。
四、双馈异步风力发电机机组变流器工作原理1.变流器整流部分：发电机输出的交流电首先被变流器整流部分进行整流，将交流电转换为直流电。
这个过程包括整流桥、滤波电路等部分，其主要目的是将交流电转换为基本平稳的直流电，以便后续逆变器的工作。
2.变流器逆变部分：经过整流的直流电被逆变器逆变部分转换为交流电，通过逆变器的PWM控制，将直流电转化为符合电网要求的交流电，并具有同步电网的频率和相位。
逆变部分通过对功率器件的开关控制，将直流电转换为交流电输出到电网。
3.控制系统：变流器的控制系统通过对PWM控制信号的生成和对功率器件的开关控制，实现对变流器的电流和电压的精确控制，使得风力发电机组与电网实现有效的功率传递和稳定的运行。
双馈型风力发电变流器及控制研究_1
双馈型风力发电变流器及控制研究发布时间：2023-02-03T02:45:19.615Z 来源：《中国电业与能源》2022年第18期作者：骈志强[导读] 随着社会主义市场经济的逐步发展骈志强内蒙古华电锡林浩特新能源有限公司内蒙古锡林郭勒 011300摘要：随着社会主义市场经济的逐步发展，电能已广泛应用于社会生产及人民生活质量的提升。
为保证电网稳定性，电力企业必须在日常电能生产中引入各种发电技术。
其中，双馈型风力发电变流器大幅提高了风力发电效率，能节省发电资源的消耗，还能减少发电对环境的污染。
关键词：双馈型风力发电；变流器；控制变速恒频双馈风力发电机组以其能量转换效率高、良好的电能质量等特点，成为风电市场的主流机型。
双馈风力发电系统的控制一直是国内外研究的热点，其中双馈风电系统运行控制的核心是变流器的控制。
为充分发挥双馈系统两侧变流器的灵活性，保证电力系统的稳定性，避免传统矢量控制过分依赖电机参数的问题，本文详细分析了双馈型风力发电变流器及其控制。
一、双馈型风力发电变流器特点随着科技的发展，风力发电技术能取代传统的发电技术，节约不可再生资源。
为保证电力输送的稳定性，风力发电的转速不能随着外部环境的影响而不断变化，它需保持在一定的速度范围内。
因此，风力发电机包含变速恒频系统，变速恒频系统有许多类型，双馈感应变速恒频系统应用最广泛，且具有一定的经济性，双馈型发电机最重要的组成部分是绕组、转子绕组，绕组需与电网连接，发电机使用齿轮系统与风力机连接，转子绕组需使用双向变流器与电网连接，二者的结合能控制交流励磁及功率，达到变速及无功补偿的目的。
双馈型风力发电系统需要的电量较少，变流器发电机对转子测电源无太大要求，测电源容量为机组额定容量的40%即可正常运行。
双馈型风力发电变流器体积小、材质轻、柔韧性好，能来回双向转化直流电及交流电，由主电流系统、配电系统、控制系统组成。
变流器可减少并网冲击电流对电机及电网的不利影响，变流器是一种具有过流过压保护功能器件，所以可在高山上建造风力发电设备，以获得更多风源。
浅谈双馈异步发电机变流器工作原理与故障处理
浅谈双馈异步发电机变流器工作原理与故障处理摘要：双馈异步发电机变流器，是通过调节转子绕组励磁电流的频率、幅值、相位和相序来实现变速恒频控制的。
分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上，对变速恒频控制、恒压控制、并网控制以及亚同步速、同步速和超同步速三种不同运行状态之间的动态转换控制技术，进行了试验研究，为兆瓦级变速恒频双馈风力发电机励磁控制系统的设计奠定了基础。
关键词：风力发电；变流器；IGBT；变流器故障引言双馈风力发电系统变速恒频变流器的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。
本文在华锐SL1500机组的基础上，讲述双馈异步发电系统变流器的工作原理和常见故障处理。
一、变频器基础知识变频器本质上是一种通过频率变换方式来进行转矩(速度)和磁场变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
1变频器的基本结构1.1变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
1.2变频器分为控制电路、整流电路、直流电路、逆变电路。
控制电路：完成对主电路的控制整流电路：将交流电变换成直流电直流中间电路：对整流电路的输出进行平滑滤波逆变电路：将直流电再逆变成交流电2电力电子器件定义电力电子器件又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率电子器件(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)，又称功率电子器件。
2.1晶闸管与IGBT的区别2.1.1晶体管类（晶闸管）都是不能被控制关断的器件。
2.1.2电力电子中的电力二极管和电力晶闸管属于半控型器件，如果用于整流用六个二极管构成一个整流桥堆，由于导通相角不可以被控制，实际上是不可关断的。
2.1.3但是IGBT是全控设备，可以任意控制导通角，控制关断和开通，这样输出特性可以被任意调整。
双馈风电机组变流器原理
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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。
双馈型风力发电变流器及其控制
双馈型风力发电变流器及其控制随着环保意识的日益增强和可再生能源的广泛应用，风力发电技术得到了快速发展。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统中的关键设备之一，在提高风能利用率和电能质量方面具有重要作用。
本文将介绍双馈型风力发电变流器的工作原理、特点优势及其控制方式。
双馈型风力发电变流器是一种交直流变换设备，可将风力发电机发出的交流电转换为直流电，再供给电力系统使用。
其工作原理是采用双馈（交流和直流）线路，通过电力电子器件（如IGBT、SGCT等）的开关动作，控制交流和直流电流的双向流动，实现能量的交直流转换。
高效性：双馈型风力发电变流器具有较高的能量转换效率，可实现风能的最大化利用。
灵活性：双馈型风力发电变流器可通过控制开关器件的占空比，调节输出电流的幅值、频率和相位，满足不同风速和负荷条件下的运行需求。
稳定性：双馈型风力发电变流器可有效平抑风速波动带来的影响，提高电力系统的稳定性。
维护性：双馈型风力发电变流器采用模块化设计，便于维护和检修，降低了运维成本。
矢量控制：通过控制交流侧电流的幅值和相位，实现有功功率和无功功率的解耦控制，提高电力系统的稳定性。
直接功率控制：采用瞬时功率采样，通过控制逆变侧电流的幅值和相位，直接控制有功功率和无功功率，具有快速的动态响应。
神经网络控制：利用神经网络技术，建立风力发电变流器数学模型，实现自适应控制和优化运行。
模糊控制：基于模糊逻辑理论，通过模糊控制器对变流器进行非线性控制，具有良好的鲁棒性和适应性。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统的关键设备之一，具有高效、灵活、稳定和维护简便等特点及优势。
其控制方式多种多样，包括矢量控制、直接功率控制、神经网络控制和模糊控制等，可根据实际应用场景选择合适的控制方式以实现最优运行。
随着风电技术的不断发展，双馈型风力发电变流器在未来将发挥更加重要的作用，为可再生能源的广泛应用和绿色能源转型提供强有力的支持。
随着环境保护和可持续发展的日益重视，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的。
双馈风力发电变流器和全功率风力发电变流器
负荷
治理 前 电压， ｐ ． Ｕ ． ０ ． ９ ４ ３
负荷
０ ． ９ ２ ８
负荷
０ ． ８ ２ ２
治理 后 电压／ ｐ ｌ ｕ ．
电压 提 高 ／ ％
０ ． ９ ６ ０
１ ． ８
０ ． ９ ７
４ ． ５
０ ． ９ ４ ９
１ ５ ． ５
参考文 献
４ １ （ ８ ） ： ６１ — ６ ７ ．
治 理前 电压 ／ ｐ ｌ ｕ ．
治 理 后 电压 ／ ｐ ． Ｕ ． 电压提 高／ ％
０ ． ９ ３ ０
０ ． ９ ４ ９ ２ ． Ｏ
０ ． ８ ４ ４
０ ． ９ ２ ４ ９ ． ５
０ ． ７ ８ ３
０ ． ８ ９ ６ １ ４ ． ４
位［ Ｄ］ ．杭 州 ：浙 江 大 学 ， ２ ０ １ ３ ． 戴 晓 亮 ．无 功 补 偿 技 术 在 配 电 网 中 的 应 用 ［ Ｊ ］ ． 电 网
技术， １ ９ ９ ９ ， ２ ３ （ ６ ） ： １ １ — １ ４ ．
补 设备 在 电压过 低 时 自动投 入 了两段 电容 器 ，线路 电压提 高率 有 了 明显 提高 。线 路安装 分档 式低 压 串
一
本实 用新 型适用 于 电子 技术领 域 ， 提 供 了一种双 馈风
力 发 电变 流 器 和 全 功 率 风 力 发 电变 流 器 ， 双 馈 风 力 发 电变
主 断路器 ；第一 主 断路器为 真空 断路器 。
流器， 包 括第一 机侧 变换器 、 第一 网侧 变换器 、 主 接触器 、 并 网接触 器和第 一主 断路器 。
作 者 简 介
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A2AP6 A2AP7 A2AP8 A2AP9 A2AP10 A2AP23
电流采集及温度采集板 直流电压板 网侧交流电压测量板 电流采集及温度采集板 机侧交流电压测量板 网侧IO板
X1 码 盘 板 供电、码 盘信号传 输
A2AP1电网侧CPU板
X15 开 关 量输出、 输入端子
A2AP10
图5 A2柜控制部分（正视图）
图6 A2柜控制部分(后视图)
A2柜电路板功能说明
序号 1 2 3 4 5 标签 A2AP1 A2AP2 A2AP3 A2AP4 A2AP5 电网侧CUP板 电流转换电压板 电机侧CPU板 码盘板 机侧IO板 名称 功能说明 实现电网侧变流器的矢量控制算法和逻辑控制，完成和主 控的通信和信息处理。 完成定子的电流互感器的信号模式转变。 实现电机侧变流器的矢量控制算法和逻辑控制，完成和主 控的通信和信息处理。 完成对码盘供电电压选择和对码盘信号的处理。 用于变流器内部执行器件的控制和状态检测，对外实现和 主控的通讯。 对电网和变流器内部网侧的电压、电流和温度等信号进行 调理。 对于直流母线电压信号进行调理。 对于电网的电压信号进行采集和调理。 对电网、电机和变流器内部转子侧的电流和温度等信号进 行调理。 对电机定子侧和电网的电压信号进行采集和调理。 用于变流器内部执行器件的控制和状态检测，对外实现和 PC机通讯。
电 压 信 号 输出
驱动板
• AP11板/ AP12板/ AP13板为电网侧三相驱动板， AP14板/ AP15板/ AP16板为转子侧三相驱动板。 • 每块驱动板可以驱动一个桥臂的两个IGBT管子， 其控制脉冲——PWM波来自CPU板，由驱动板 X2引入，为两路互补信号，为了防止上下桥臂的 直通，在管子过渡区还加入了死区控制。在驱动 故障时，驱动板的IPM报警信号也是通过X2最终 返回CPU板。另外，驱动板上还有两路温度传感 器接口，测得的温度信号也要通过X2最终返回 CPU板。
直流电容：支撑直流母线电压,电网侧变流器与电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。 机侧、网侧功率单元：主要是两个IGBT桥式全控整流和逆变。
电网侧电抗器：主要应用于控制直流 母线升压和滤波作用。
电机侧电抗器：主要是抑制谐波。
A2柜（控制柜）
• A2柜（控制柜）包括了变流器的控制部分， 由前后两部分组成，前面一部分是电路板， 实现了信号调理、控制信号产生和通讯等 功能，后面一部分是网侧主接触器和热过 载继电器回路。 • A2柜的部件位置如图5、图6、图7和图8所 示。
传递低电压穿 越驱动信号
为低电压穿越 驱动板供电
A2AP6 网侧电流采集及温度采集板
开关量输 出端子
为功率单元驱动板供 电，传送驱动信号 电源输 入端子
网侧电流 输入端子
网侧电流 采样端子
驱动 信号 端子
电 源 输 出端子
A2AP7 直流电压检测板
直流母 线电压 输入端
电压信号 输出端子
A2AP8 网侧交流电压测量板
变流器总体结构
• 变流器由A1柜-功率柜，A2柜-控制柜，A3柜-并 网柜三部分组成，其整体外观如下图所示。
A3柜 A2柜 A1柜
通风窗
通风窗
通风窗
通风窗
A1柜-功率柜
• A1柜（功率柜）包括了变流器的功率部分， 它的作用是实现发电机转子与电网之间的 能量的交换，通过对发电机转子励磁电流 的控制，实现对发电机定子电压的频率、 幅值、相位及有功、无功的控制，从而达 到并网要求，实现变流器并网发电。A1柜 的主要部件如下图所示。
A2B2
A2B3
A2AP1
电网侧CPU板
电流采集及温度 采集板
A2AP6
A2AP23 A2AP2
网侧I/O板
直流电压板
电流转换电压板
A2AP7
A2WG1
网侧交流电压测 量板
A2AP8
A2AP3
电机侧CPU板
A2WG2
电流采集及温度 采集板
A2AP9
A2AP4
码盘板
A2DY
A2AP5
机侧IO板
机侧交流电压测 量板
变流器的工作原理图
由交流异步发电机的原理可得下面关系式：
np f1 fr fs fs 60
其中f1为定子电流频率,n为发电机转速,p为电机极对数，fs为转子励磁电流 频率，由该公式可知，当风速变化引起发电机转速n变化时，若控制转子供 电频率fs相应变化，可使发f1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。 在亚同步时，电网侧变流器工作在整流状态，电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，母线电压始终维持稳定。 超同步时，电网侧变流器工作在逆变状态，电机侧变流器工作在整流状 态，能量由双馈发电机转子流向电网。
卸荷驱动板
• 卸荷驱动板主要用于驱动直流卸荷装置中的IGBT 管，驱动信号以及故障信号通过X2和网侧IO板 （编号KN001023141）的X2传输。 • 卸荷驱动板示意图如下；
EMC电阻板
• EMC电阻板是用于通过接地电阻及与此板 并联的三个大电容，进行网侧电压滤波， 提高网侧EMC特性。
缓冲吸收电容板
初识双馈变流器
时间：2016.05.07
课程内容
• 变流器产品特点 • 变流器总体结构 • 变流器工作原理
变流器的特点
• 1）零功率并网，对电网冲击小； • 2）宽范围并网，亚同步、超同步均可并网，4s内可完成 并网动作，快速响应发电机的各种动态变化，可适应不同 主控并网要求； • 3）功率闭环控制，响应精度高，电网电压平稳； • 4）产生所需要的转矩、功率； • 5）产生所需要的无功功率； • 6）具备低电压穿越功能； • 7）合理的热设计，既可在极低温度下启动成功，又可在 高温时保持各部件温度低，保证使用寿命； • 8）模块化结构，较少的平均维护时间； • 9）合理的设计，方便安装与维修，可实现单人单机维护； • 10）良好的电网连通性，很好的电源质量。
连接监控 界面
A2AP2 电流转换电压板
电压 输出 端子
电流 输入 端子
A2AP3 机侧CPU板
X1 码 盘 供 电、码盘 信号传输 X15 开 关 量输入、 输出端子
232 通讯 接口
X9 供 电端 子
485通 讯 接 口
电源指 示灯 X2供电 电源端 子
X3 驱 动 信号端子
X23交流电 压输入端 子
并网柜安装板
图11 A3柜部件位置（正视图）
并网接触器
A3B4
定子侧电 流互感器
A3B5 A3B3 A3B2 A3B1
网侧进线 电流互感器
图12 A3柜部件位置（后视图 ）
变流器工作原理
• 当外界风速变化导致机组发电机转速变化 时，变流器通过控制转子的励磁电流频率 来改变转子磁场的旋转，使发电机的输出 电压、频率和电网电压始终保持一致。变 流器的工作原理如下图所示。
232 通讯 接口
X9 供 电端 子
485 通讯 接口
电源指 示灯 X2供电 电源端 子 X3 驱 动 信号端子
X23交流电 压输入端 子
X6网侧电流 采样输入端子
CAN 通 讯接口
A2AP23 电网侧IO板
连接网侧 CPU板 供电端子
连接网 侧485
连接机 侧485 为直流卸 荷驱动板 供电、发 送信号
X6转子电流 采样输入端子
CAN 通 讯接口
码盘信号 和开关信 号端子
A2AP4 码盘板
电源 端子
为发电机 码盘供电、 并获取码 盘脉冲信 号 供电模 式选择 外部编码 器供电电 压选择
开关信号 端子 电源 端子
信号 端子
A2AP5 机侧IO板
电源 端子
开 关 量 输 入 端 子
开关量 输出端 子
直流卸荷模块
Crowbar模块
直流电容
直流电容
网侧功率单元
机侧功率单元
电流传感器
电流传感器
电抗器冷 却风道 转子侧防雷
吸收电阻 滤波电抗器 du/dt电抗器
图3 A1柜的主要部件位置（正视图）
直流卸荷的作用：保护直流母线，防止母线过压，电网电 压跌落时，释放直流母线的能量。
低电压穿越技术：电网电压跌落时，释放发电机转子侧能 量。
缓冲电容板
• 缓冲电容板板号AP20，电路板编号 KN001020111，装在功率单元的PN两端， 作用为吸收IGBT引起的母线电压尖峰。 • 缓冲电容版的示意图如下；
母线电压电容均压板
• 母线电压电容均压板(板号KN001018111)，主要 用于直流母线上电解电容均压以及停机后直流母 线电压放电作用。
A2K12 A2K8 A2K5 A2K6 A2K7
A2F7 A2F8
A2K11
A2XS1
图7 A2柜开关部分（正视图 ）
A2Q7 A2Q8
A2F1
A2F2
A2F3
IGBT快速熔断器
A2F4
熔断器隔离开关
A2F5 A2C2
EMC
A2C1 A2C3
网侧主接触器
A2Q4 A2Q5
交流滤波回路接触器 和热继
电 网 电 压 输 入 端
电 压 信 号 输出
A2AP9 机侧电流采集及温度采集板