风电变流器
风力发电机变流器的维护及故障处理方法
风力发电机变流器的维护及故障处理方法一、变流器的维护1、变流器的功能测试通过变流器控制柜上的控制面板可以进行以下控制操作：（1）预充电测试；（2）网侧断路器测试；（3）电风扇强制动作；（4）发电机侧断路器吸合测试。
2、变流器接线及接地检查检查时要确保电源已经断开，检查项目有：（1）接线是否牢固可靠；（2）连接电缆是否有磨损；（3）屏蔽层与接地之间的连接是否牢固可靠。
3、变流器保护设定值的检查应根据参数表和电路图的相应数值进行检查，既包括软件中的保护值，也包括硬件上的保护值。
例如：（1）电压保护值；（2）电流保护值；（3）过热保护值等。
4、水冷系统检查和维护检查和维护项目有：（1）冷却液的防冻性；（2）水泵连接螺栓的紧固力矩；（3）水冷系统的静止压力是否为规定值；（4）管道与接头的密封性；（5）使用无纤维抹布和清洗剂清除冷却器表面赃物。
5、水冷系统冷却水和防冻剂冷却水为纯净水，防冻剂一般为乙二醇并加入专用防腐剂。
北方平原地区冷却水和防冻剂按1∶1的比例相配，混合液的冰点可以达到－35∶。
东北地区冷却水和防冻剂按1∶1.3的比例相配，混合液的冰点可以达到－45∶。
6、冷却系统密封性检查如果发现管路漏水，则立即停止水冷系统的工作，查明漏水点并进行处理。
如果在带压状态下无法完全处理，则要对水冷系统放水。
注意回收放出的水，并清理漏出的水。
7、散热器、过滤器及水冷管路的清洗（1）散热器的清洗由于长期暴露在机组外部，运行过程中会不断有灰尘及其他污染物附着在散热器表面和散热片之间，从而使热交换效率降低。
建议每年用高压水枪对散热器进行一次冲洗、清理，时间最好在5～6月份。
（2）过滤器的清洗建议每年对变流器冷却水过滤器进行一次检查、清洗。
（3）管路的清洗以适当时间间隔对冷却管路进行清洗（包括变流器内的管路）。
一般在运行两年后需要清理管路中的杂质。
水硬度越高，清理周期越短。
采用化学清洗应由专业人员操作。
8、变流器的参数设置变流器出厂时，厂家对每一个参数都有一个默认值。
风电变流器的谐波与电磁干扰分析与控制
风电变流器的谐波与电磁干扰分析与控制一、引言风电发电是目前最为常见和广泛应用的可再生能源之一。
风电变流器是连接风力发电机和电力网络之间的关键设备，它负责将风力发电机产生的交流电转换为适合电力网络传输的交流电。
然而，由于风力发电机的特性和变流器的工作原理，会产生谐波和电磁干扰，并对电力系统和其他设备产生不利影响。
因此，对于风电变流器的谐波与电磁干扰进行分析与控制是非常重要的。
二、谐波分析谐波是指频率是基波频率的整数倍的周期性波动。
风电变流器中产生谐波的原因主要有以下几点：1. 风力发电机的非线性特性：风力发电机中的转子和空气间的相互作用导致了输出波形的非线性，从而产生谐波。
2. 变流器的开关操作：风电变流器中的开关元件在闭合和断开过程中会产生瞬态过程，导致谐波的产生。
3. 变流器的PWM控制策略：脉宽调制（PWM）控制策略是常用的变流器控制手段，但是它也会引入一定的谐波。
谐波对电力系统和其他设备的影响主要表现在以下几个方面：1. 电压和电流失真：谐波会导致电压和电流波形失真，降低电力系统的稳定性和可靠性。
2. 系统损耗：谐波会导致系统中的损耗增加，影响能源利用效率。
3. 电力系统共振：谐波会导致电力系统中的谐振现象，引起严重的电网波动和损坏。
因此，对于风电变流器的谐波进行分析和控制至关重要。
常用的谐波控制措施包括滤波器的设计和安装、采用合适的PWM控制策略、使用谐波抑制器等。
三、电磁干扰分析电磁干扰是指由于电磁波的辐射或传导而对其他设备或系统的正常工作造成的不利影响。
风电变流器产生的电磁干扰主要有以下几个来源：1. 共模干扰：由于风电变流器的工作原理，会导致共模电压的产生，进而产生共模干扰。
2. 差模干扰：风电变流器中的开关元件和电感电容会产生差模电压，进而产生差模干扰。
3. 地线干扰：由于风力发电机转子和变流器金属结构的存在，会导致地线干扰。
电磁干扰对其他设备和系统的影响主要表现在以下几个方面：1. 传感器干扰：电磁干扰会对周围的传感器产生干扰，降低其精度和可靠性。
2024年风电变流器市场分析现状
风电变流器市场分析现状引言风电变流器作为风力发电系统中的重要组成部分，扮演着将风能转化为电能并传输到电网的关键角色。
近年来，随着全球对可再生能源的需求不断增加，风电变流器市场呈现出稳步增长的趋势。
本文将对风电变流器市场的现状进行详细分析。
市场规模根据市场研究数据显示，风电变流器市场规模逐年扩大。
据统计，2019年全球风电变流器市场规模达到XX亿美元，预计到2025年将进一步增至XX亿美元。
市场规模的增长主要受到可再生能源政策的推动以及风力发电技术的不断进步所驱动。
市场竞争格局风电变流器市场竞争激烈，主要企业包括ABB、西门子、GE等。
这些企业凭借其技术实力和市场占有率，在全球范围内占据绝对优势。
市场竞争格局呈现出少数大企业垄断的状态，中小型企业面临较大的竞争压力。
技术趋势随着技术的不断创新，风电变流器在以下几个方面呈现出明显的技术趋势：1.提高功率密度：风电变流器的功率密度不断提高，可以实现更高的转换效率和更小的体积。
2.增强智能化：通过引入智能控制算法和通信技术，风电变流器具备自适应、故障诊断等功能，提高了整个系统的稳定性和可靠性。
3.提高可靠性：通过采用更高质量的电子元器件和可靠性设计，风电变流器的可靠性得到显著提升，减少了故障和维护成本。
市场驱动因素风电变流器市场的增长主要受到以下几个市场驱动因素的推动：1.政策支持：各国政府对可再生能源的支持政策不断加大，鼓励风力发电的发展，进一步推动了风电变流器市场的增长。
2.环境压力：全球环境问题日益突出，减少碳排放已成为各国共同追求的目标。
风力发电作为清洁能源之一，受到了广泛关注，从而推动了风电变流器市场的需求增长。
3.技术进步：风力发电技术不断创新，风电变流器作为核心装置也不断提升性能，增加了市场需求。
市场挑战尽管风电变流器市场前景广阔，但仍面临一些挑战。
1.价格压力：市场竞争激烈，大企业通过规模效益和供应链优势降低产品价格，给中小型企业带来了价格压力。
【风力发电机组主要系统】变流器介绍(中级)
直接控制发电机转矩，动态响应好， 发电机端电流THD小。
发电机转矩不直接控制，直流侧斩波环 节可采用多重化，动态响应慢，定子电 流谐波大。
全功率变流器电气组成：1、电网侧变流器回路
2、电机侧变流器回路 3、直流侧卸荷单元
回路、定子开关等构成
启动时直流侧电压已稳定建立，电网侧主回路开关闭合， 此时闭合电机侧定子开关，电机侧PWM变换器开始调制
平波电抗器
NPR 2
MPR 2
Du/dt 接触器 2
熔断器
G2
S2
断路器
MPR 1 S1
Chopper
Du/dt
接触器 1
定子
发电机
定子电压 PWM
直流卸荷回路：由直流侧卸荷IGBT开关及释能电阻构成。
电网电压 测量
变流器 网侧电流测量
变流器
转子电流测量
滤波器
Crowbar
双馈型变流器控制原理
由交流异步发电机的原理可得下面关系式：
f1
fr
fs
np 60
fs
其中f1为定子电流频率，n为转速，p为电机极对 数，fs为转子励磁电流频率，由该公式可知，当发 电机 转速变化时，若控制转子供电频率fs相应变化 ，可使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。
并网点电压（pu）
电网故障引起电压跌落
1、不脱网要求：风电场并网点电压跌
1.0 0.9
要求风电机组不 脱网连续运行
至20%标称电压时，风电场内的风电机 组能够保证不脱网运行625ms；风电场 并网点电压在发生跌落后2s内能够恢
风电机组变流器介绍
17
二、变流器运行维护-1/3
2.4 防雷与接地
1. 检查防雷器表面是否有烧灼的痕迹。 2. 检查防雷器的连接导线是否有绝缘破损、热熔及烧灼的
痕迹 3. 检查防雷器的接线端子是否松动 4. 上电后，观察防雷器运行指示灯是否点亮。 5. 检查各接地铜排与线缆连接有无松动。确保接地阻值在
✓ 索引：当前的故障数据组，目前一共25组； ✓ Bit0~7：相应的故障标志位；0—无故障，1—有故障； ✓ 目前一共有：25*8=200个故障； ✓ 故障上传的最长延时时间为：25*20ms=500ms
10
一、变流器概述-1/3
1.4 故障系统
举例：#1单元故障字1：变流器故障、安全链断开
11
3
一、变流器概述-1/3
1.1 变流器结构
4
一、变流器概述-1/3
1.2 变流器网络拓扑图
5
一、变流器概述-1/3
1.2.1 变流器PLC控制
3G1 : 220VAC~24VDC PS电源 3U1 : CPU317-2DP 3U2 : CP 343-1 8U1 : DI32XDC24V 8U2 : D016XRel.AC120V/230V 8U3 : AI8X12Bit
测、开关量信号监测、保护信号输出
✓ MCU实现与DSP数据交互、数据存储、开关量信号监测保护信号输
出、MCU之间的通讯、与主控系统的通讯
7
一、变流器概述-1/3
1.3 后台监控系统
✓ 故障文件、故障数据
✓ 调试、监控控制器
8
一、变流器概述-1/3
1.4 故障系统
风电变流器的多种并网控制方法比较
风电变流器的多种并网控制方法比较引言：风电发电作为可再生能源的重要组成部分，越来越受到关注和推广。
而风电变流器作为风电发电系统中的核心设备之一，起到了将风力发电机产生的交流电能转换为可与电力系统交互的直流电能的重要作用。
在风电变流器的设计中，并网控制方法的选择是至关重要的，不同的并网控制方法会对风电的发电效率、稳定性以及对电力系统的影响产生不同的影响。
本文将对当前常用的风电变流器的多种并网控制方法进行比较，并对其优缺点进行探讨。
一、直接并网控制方法直接并网控制方法是风电变流器中最为简单的一种方式。
其通过将风电发电机输出的交流电能直接与电力系统相连，达到将风能转化为电能并注入电力系统的目的。
该方法主要包括电压控制和频率控制两种方式。
1.1 电压控制电压控制是直接并网控制方法中较为常见的方式。
其通过对风电发电机输出电压进行控制，使其与电力系统的电压保持一致，从而实现风电发电机与电力系统的高效并网。
电压控制的优点在于不需要对电流进行独立控制，因此结构简单，容易实现。
然而，由于电压的波动会对电网稳定性产生影响，因此在实际应用中需要合理设计控制策略，以保证电网的稳定性。
1.2 频率控制频率控制是直接并网控制方法中另一种常见的方式。
其通过对风电发电机输出的频率进行控制，使其与电力系统的频率保持一致，从而实现风电发电机与电力系统的并联。
频率控制的优点在于可以减小电力系统频率的波动，提高电网的稳定性。
然而，由于频率控制需要对电流进行独立控制，因此控制系统的复杂度较高。
二、间接并网控制方法除了直接并网控制方法外，还存在一种称为间接并网控制的方式。
该方法通过使用一个电容器将风电发电机输出直流电能转换为交流电能，再将其与电力系统并联。
间接并网控制方法主要包括无感双闭环控制和模型预测控制两种方式。
2.1 无感双闭环控制无感双闭环控制是间接并网控制方法中较为常用的一种方式。
其通过对风电发电机输出电流进行控制，同时检测电网侧的电流和电压，从而实现风电发电机与电力系统的并联。
直驱风电变流器的工作原理及作用
直驱风电变流器是将风机转子直接驱动发电机时所使用的电力转换设备。
它的主要作用是将由直流发电机输出的电能，通过转换成交流电，再通过升压、电网同步等控制处理，最终将可用风能输入到电网中。
以下是直驱风电变流器的工作原理及作用：
1. 工作原理：直流电源输入变流器，通过控制系统分别控制功率器件的开关状况，将输入的直流电源转换成交流电源输出给电网。
具体的转换方式通常有多种，其中一种常用的方式是采用三相桥式单元，将输入的直流电源通过H 桥模块转换成交流电源。
2. 直驱风机的工作方式：直驱风电变流器一般用于直驱风机的发电模式，即将风机的转子直接驱动发电机，消除了传统齿轮传动过程中的损失和振动，提高了风电发电的效率和稳定性。
3. 控制系统：直驱风电变流器的控制系统通常包括电源模块、驱动模块、信号调节模块和保护控制模块等。
控制系统需要精确地控制电压、电流和频率等参数，以保证变流器的稳定性和运行正常。
4. 作用：直驱风电变流器的作用是将风机出力的直流电转换成交流电，并连接到电网。
其中，升压、电网同步及逆变等控制处理是直驱风电变流器的核心所在。
具体地，升压处理将输出交流电压提高到适合电网连接的电压，电网同步处理保证输出电力与电网相同相位，逆变处理则是将输出交流电变成电网要求的正弦波形式。
需要注意的是，直驱风电变流器的设计和工作原理与其他类型的风电变流器有所区别。
在实际应用中，需要根据具体的风机特性和电网情况，选择合适的变流器类型及具体参数进行设计和调试，以保证其正常运行和高效输出适合电网的电能。
风电变流器常见故障原因及解决策略
风电变流器常见故障原因及解决策略风电变流器是风力发电系统中的关键设备之一，其负责将风能转化为电能并输送到电网中。
然而，由于长期运行、环境变化、设备老化等原因，风电变流器也会发生一些常见故障，需要及时排除。
本文将介绍风电变流器常见故障原因及解决策略。
一、过电压故障
过电压故障是指风电变流器输入端或输出端电压超过了设定值，导致设备保护动作。
过电压故障的原因可能包括：电网故障、风力发电机运行不正常、电容器老化等。
解决过电压故障的策略包括：加强对电网的监控、更换故障的电容器等。
二、过流故障
过流故障是指风电变流器输出端电流超过了设定值，导致设备保护动作。
过流故障的原因可能包括：电网故障、风力发电机运行不正常、电路故障等。
解决过流故障的策略包括：加强对电网和风力发电机的监控、检查和修复电路故障等。
三、温度故障
温度故障是指风电变流器温度过高或过低，导致设备保护动作。
温度故障的原因可能包括：环境温度变化、散热不良等。
解决温度故障的策略包括：加强对风电变流器的散热设计、检查和清理散热器等。
四、通讯故障
通讯故障是指风电变流器与其他设备之间通讯异常，导致设备
保护动作。
通讯故障的原因可能包括：通讯线路故障、通讯协议不兼容等。
解决通讯故障的策略包括：检查和修复通讯线路、升级通讯协议等。
总之，风电变流器的故障排查需要综合考虑设备本身及其周围环境的因素，及时采取针对性的解决策略，以确保风电发电系统的正常运行和稳定发电。
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北 京 清 能 华 福 风 电 技 术 有 限 公 司
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清华大学
IPEMC
IPEMC
一、 概
述
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我国面临的特殊难题 ----能源效率低下，造成大量浪费
技术落后还造成我国总能源效率低（32％）， 低于世界平均水平10％。单位GDP能耗是美国的 3.5倍，欧盟的5.9倍，日本的9.7倍，印度的1.6倍， 世界平均水平的3倍！我国近年来每年消耗全球 钢材、水泥、煤炭的30％左右，而GDP只占世界 的7％！每年平均给法国每人提供三双鞋子，换 回来几辆空客和大批电子垃圾。大量资源被浪费 不说，还变成废物，污染了江河，湖泊！
2009全球风机新装机容量为38.3GW 比十年前增长10倍！
清华大学
IPEMC
2009全球风机累计装机容量排名
中国超过德国累计装机容量跃居全球第二！
清华大学
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2009全球新增装机容量各国份额
2009 年中国新增风电装机容量为：13.8GW， 跃居全球第一！
清华大学 PEMC Lab
2009年
二 国内外风力发电状况
2004~2009国内风电机组价格走势
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二 国内外风力发电状况
2009年我国新增装机中不同容量机组分布
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二 国内外风力发电状况
2005~2009我国各年新增装机平均功率
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海上风电场概况 2009年全球海上风电新增装机容量 达454MW，增长速度达到30% 目前全球在建的最大海上风电场： 丹麦北部海岸的Horns Rev II 海 上风电场，其装机容量为209MW
高速型：双馈、全功率（发电机体积最小！）
永磁发电机与齿轮箱的集成——紧凑、高效
中速型：全功率（发电机体积中等！）
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双馈电压型风机变流器拓扑
690V 接触器 EMI 升压变压器 接触器 核心控制单元 核心控制单元
LCL 滤波器
du/dt 抑制器
Vdc
DFIG
SVPWM
EMI
iL1 iL2
预期：1）到2020年70%以上的海上风电市场将由直驱风机组成； 2）未来1-2年3MW机型的成本可下降3-5%； 2）直驱风机在陆上风电市场的份额也会增加； 3）直驱机组将在2020年占到总新装机量的20%（目前占 14%）。
清华大学
IPEMC
2009-2014年中国风电变流器市场规模
清华大学
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
个
IPEMC
我国新能源状况
风能
陆上可开发的储量为2.53亿kW
海上可开发的储量为7.5亿kW
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太阳能
年辐照总量大于502万kJ/m2
上海东海大桥102MW海上风电场的 34台3MW风电机组全部并网成功。
2010年我国首轮海上风电场项目特 许权招标将在今年9月开始投标包 括两个300MW的近海风电场和两个 200MW的滩涂风电场项目。
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三、风电变流器技术概况
IPEMC
风力发电技术现状
功率调节依靠叶片的气动特性 一般采用双速鼠笼发电机 代表产品：NEG MiconNM2000
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十一五计划执行情况
清华大学
工作进展：
建成1.5MW风电机组变流器年产1000套生产基地。
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离岸型风力发电
清华大学
清华大学
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关于直驱机组——发展趋势
尽管初始成本高出 5%-10%，因为大幅 降低了运营成本并 省去了齿轮箱更换 成本，直驱风机对 于海上风电市场具 有成本优势
据统计，全球石油储量只够使用30~50年，我 国剩余的开采量只有世界人均的1/10。2010年我 国石油进口量将达1.6亿吨， 2020年将达2.5亿吨 （对外依存度>55％ ， 40~140$ /每桶 ）； 2020 年我国需煤炭23亿吨，大半用于火力发电，装机 将达10亿千瓦。尽管我国煤炭储量很大，但人均 也只占世界平均值的1/2，另外火电消耗大量水。
其中：CONVERTEAM、ABB、EMERSON等占有国内前几位的市场份额
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国内风机变流器的生产企业
南 车 株 洲 电 力 机 车 研 究 所 有 限 公 司
鞍 山 容 信 电 力 电 子 股 份 有 限 公 司
重 庆 科 凯 前 卫 风 电 设 备 有 限 公 司
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我国有效风功率密度分布
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我国风力发电
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到2009年 底，我国 已经建立 了200多个 风电场， 总装机容 量达到 26GW
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中国风电装机统计
中国累计风电机组数(除台湾省)
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
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中国累计风电装机容量(除台湾省)
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风力发 定浆矩失速控制、主动失速控制风机
电系统
变浆矩控制风机
功率调节依靠叶片攻角改变 代表产品：Vestas公司V80
发电机 控制 风轮机 一般使用双馈发电机或者同步电机
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风力发电技术现状
风力发 鼠笼异步风力发电系统，应用广泛 电系统
Optislip结构(RCC)，Vestas公司
全球风机生产十强企业名单
我国华锐、金风、东汽三家企业 进入2009年全球风机生产十强！
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二 国内外风力发电状况
2009年我国新增风电装机排名 前10家企业市场份额(MW）
清华大学
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二 国内外风力发电状况
2009年我国累计风电装机 排名前12家企业市场份额
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改造完毕形成的产业市场容量达1000亿元！
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解决问题之道二：新能源
水电、风电、太阳能、生物质能！
如全球风能的资源是巨大的，每年高达53万亿千瓦 小时，是水能资源的10倍！是2020年全球电力需求的 两倍！此外，风能还是一种清洁的、可再生的能源！ 最近20年来，风力发电机的单台功率增大了100倍， 成本随之大幅下降，已接近火力发电的成本。目前世 界上有5万兆瓦（MW）的风电机组在工作，为2000万人 口提供电力，带来很好的环境和社会效益。 我国风电2009底装机总容量达26000 MW ，2009年新增 装机13600 MW。
600
台
0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
装机容量(万千瓦)
500 400 300 200 100 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
中国累计风电场数量(除台湾省)
五、可再生能源的储能技术
抽水蓄能 压缩空气储能 蓄电池 超级电容 超导储能 飞轮储能
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超导储能
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将能量以直流磁场能的形式储存于 低温的超导线圈中 超导线圈，变换器低，温冷却装置 和真空低温容器 系统转换效率高，响应快，但是成 本太高，系统复杂
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超导储能系统
地热，生物质能，燃料电池，核能
地热能储量十分丰富
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二、国内外风力发电状况
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2001~2009全球风机总装机容量（单位：MW）
2009年全球风机装机总容量为：159.213GW， 年增长率为31.7%，是十年来增长最快的！
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2001~2009全球风机新装机容量（MW）
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陆上三峡工程
哈密
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密开关站
方案一
大南湖 马鬃山 安西 敦煌 玉门 400 160 酒泉 372 金昌 330 279 嘉酒煤电基地 30 30 嘉酒直流外送
二厂
鱼 卡开关 站
230 乌兰 格尔木 194
日月 山 羊曲
拉萨
永登 西宁
白银
茨哈 峡 玛尔 挡
黄
拉西 瓦
黄 官亭
临洮
宁木 特 河
清华大学 PEMC Lab
风力发电核心技术变换器
发展趋势
清华大学电机系
李永东 2010.9
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主要内容
概述 国内外风力发电状况 风电变流器技术概况 风电变流器产业趋势 可再生能源的储能技术 结论
清华大学
清华大学
IPEMC
一、 概
述
人类当前面临的世纪性难题 ----能源短缺和环境污染
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一、 概
述
清华大学
人类当前面临的世纪性难题 ----能源短缺和环境污染
此外，大量的煤炭没有经过深加工就被烧掉， 不但热利用率很低，还造成对环境的严重污染。 世界上10个空气污染最严重的城市，有6个在我 国，每年造成33万人因肺病、呼吸道疾病而死亡。 我国CO2 ， SO2 的排放将很快超过美国，居于全 球第一；另外，汽车废气排放已造成全球性的温 室效应，也是造成我国城市近年来空气污染的主 要原因之一，将来用不着计划生育了。