风力发电机并网逆变器
风力发电中的并网逆变器的设计
·84·文章编号：2095-6835（2023）21-0084-03风力发电中的并网逆变器的设计程马亮，郭步阳（国网淮南市潘集区供电公司，安徽淮南232082）摘要：在漫长的岁月中，人类不断地从大自然中获取能量，寻找各种适合自己的资源，而能量的使用也反映了文明的发展。
随着工业、制造业的不断发展进步，人类日益依赖矿物能源，同时使用化石能源的弊端也慢慢显示出来。
风能相比化石能源及其他能源有较高的开发和利用价值，前景也很广阔，并且近些年来，风能技术一直是世界上最重要的技术之一。
首先对风能系统进行了分析，其次对整流、滤波和逆变环节进行了简要介绍，对逆变环节中的逆变器进行了分析设计，并在Matlab 软件中对它进行了仿真。
关键词：风力发电；并网逆变器；Matlab ；仿真中图分类号：TM464文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.21.024在所有的新能源中，风力发电技术是比较成熟的，也是最适合大规模商用的，而且价格也比较便宜，由此得到了各个国家的广泛青睐，并被誉为清洁、绿色、环保能源[1]。
中国的风能资源相当丰富，无论是在陆地上，还是在海上，或者偏远的高原地区，都有着大量的风能，而近几年，电力电子技术、自动控制技术和集成电路技术等技术及工业制造业的飞速发展，使得风电行业迅速发展，风力发电需要进行电力输送与使用，必须进行并网，并网离不开逆变器支持[2]。
本文主要研究基于风力发电并网的逆变器技术，对并网逆变器的电路进行设计、仿真。
1风力发电中并网逆变器的硬件设计[3-4]1.1硬件总体结构设计本文设计的并网逆变器实验装置的结构图如图1所示，包括主电路和控制电路2部分。
图1逆变器硬件总体结构图该系统主电路实现了交流—直流—交流转换。
该控制电路的主要模块有主控芯片、PWM （Pulse Width Modulation ，脉冲宽度调制）模块、I/O （Input/Output ，输入/输出）模块、CAN （Controller Area Network ，控制器局域网）总线通信等，还有故障保护电路及DA 显示电路。
中小型风力发电系统单相并网逆变器
中小型风力发电系统单相并网逆变器作者：李鑫来源：《理论与创新》2018年第16期摘要：随着我国经济的不断发展，人们的生活质量在极大的程度上得到了提升。
生活质量的提升使得人们对能源的需求越来越大，为了满足人们对能源的需求，中小型风力发电系统随之出现在了人们的生活当中。
对于中小型风力发电系统而言，单相并网逆变器是中小型风力发电系统中必不可少的一部分。
由于单相并网逆变器对中小型风力发电系统运行的好坏有着一定的影响，所以，本文针对中小型风力发电系统单相并网逆变器进行相关的阐述。
关键词：中小型；风力发电系统；单项并网逆变器随着我国经济的不断发展，人们的生活质量随之得到了很大的提升。
在现如今这个先进的时代中，人们对于用电的需求也变得越来越大。
在时间的推移之下，能源问题也逐渐成为了关系人类生存发展的首要问题。
为了满足人们对用电的需求，以及让人们的生活在今后得到更好的发展，中小型风力发电系统随之出现。
而单相并网逆变器作为中小型风力发电系统中的核心部分，在近几年的发展中也得到了高度重视。
本文通过对常见的风力发电并网逆变器拓扑结构进行比较分析，阐述中小型风力发电系统单相并网逆变器。
1 中小型风力发电系统并网逆变器的控制策略分析对中小型风力发电系统而言，并网逆变器是其中发电并网系统的核心。
随着我国科技的不断发展，以及电力电子技术的不断提升，目前我国已经拥有了许多针对单相并网逆变器的控制策略。
其主要可表现在：电流三角波比控制、电流滞环控制、以及重复控制等。
在这些所有的控制策略当中，运用最为广泛的莫过于三角波比较控制。
对于中小型风力系统并网逆变器而言，由于风力发电并网逆变器的控制能让逆变器输出电流与电网电压同频，使之达到并网的目的，所以本文将通过以下几点对其进行相关的阐述。
第一，主电路拓扑。
针对风力发电单相并网逆变器系统的主电路拓扑而言，风力发电机发出的三相交流电经不控整流电单元得到直流电送入直流母线，经过电容滤液之后，在通过单相全桥逆变环节来得到交流电，在经过电感滤波之后，最终就可通过隔变压器并入电网。
风力发电逆变器原理
风力发电逆变器原理
风力发电逆变器是将风能转换为电能的关键部件之一。
其主要功能是将由风力涡轮机产生的交流（AC）电能转换为可用于电网或供电设备的直流（DC）电能。
风力发电逆变器的工作原理如下：
1. 输入电路：风力涡轮机通过发电机产生交流电能，交流电能通过输入电路输入到逆变器中。
2. 整流器：逆变器的第一部分是整流器，它将输入的交流电能转换为直流电能。
整流器通常使用整流桥电路来实现这一转换过程。
3. 滤波器：在整流器之后，逆变器通常会包含一个滤波器，用于平滑直流电能并减少电压和电流的脉动。
4. 逆变器：滤波后的直流电能进入逆变器，逆变器的任务是将直流电能转换为交流电能。
逆变器使用高频开关器件 （如晶体管或功率MOSFET）来控制电能的流动，并根据需要生成所需输出的交流电压和频率。
5. 控制系统：逆变器还包括一个控制系统，用于监测和调节逆变器的运行状态。
控制系统可以根据外部条件（如风速和电网负载）来调整逆变器的输出功率和频率。
6. 输出电路：逆变器的输出电路将逆变器生成的交流电能传输到电网或供电设备中，以供电使用。
总而言之，风力发电逆变器通过整流、滤波和逆变等过程将风能转换为可用于供电的交流电能。
控制系统确保逆变器的稳定运行，并根据需要调整输出功率和频率。
并网逆变器简介介绍
针对风力发电系统的特性，并网逆变器需具备低 电压穿越能力，确保在电网故障时能够保持持续 运行。
风能资源最大化利用
并网逆变器配合风力发电机组，实现风能资源的 最大化利用，提高风力发电系统的经济效益。
并网逆变器的发展趋势与前景展望
高效率与高可靠性
智能化与数字化
未来并网逆变器将更加注重提高转换效率 与运行可靠性，降低设备故障率，提高整 个发电系统的经济效益。
各种并网逆变器的特点比较
适用场景不同，各有优缺点。
不同类型的并网逆变器适用于不同的场景和 需求，具有各自的优缺点。单相并网逆变器 适合小型应用，成本低但效率相对较低；三 相并网逆变器适合大型应用，效率高但成本 相对较高；模块化并网逆变器则具有灵活性 和可维护性优势。在实际应用中，需根据具 体需求和预算选择合适的并网逆变器类型。
可靠性：电力电子技术可确保逆变器在宽电压范围内稳定工作，且具有高可靠性和 长寿命。
通过以上核心技术的运用，并网逆变器能够实现高效、稳定、安全的运行，为太阳 能光伏发电系统的并网发电提供重要保障。
04发电系统中的应用
光伏并网逆变器概述
在光伏发电系统中，并网逆变器扮演着关键角色，它将光伏组件 产生的直流电转换为交流电，并同步并入公用电网。
并网逆变器简介介 绍
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目 录
• 并网逆变器概述 • 并网逆变器的类型与特点 • 并网逆变器的核心技术 • 并网逆变器的应用与发展趋势 • 并网逆变器的选择与考虑因素
01
并网逆变器概述
并网逆变器定义
• 并网逆变器，又称并网型逆变器，是一种将直流电转换为交流 电，并使其与电网同步运行的逆变器。它能够把由太阳能、风 能等可再生能源产生的直流电转换为与电网兼容的交流电，实 现向电网输送电能的功能。
风力发电并网逆变器控制策略分析
风力发电并网逆变器控制策略分析风力发电并网逆变器控制策略分析风力发电并网逆变器控制策略是风力发电系统中至关重要的一部分，它负责将风力发电机产生的交流电转换为与电网同频率、同相位的电能，并将其注入电网中。
这篇文章将通过逐步思考的方式介绍风力发电并网逆变器控制策略。
首先，风力发电机产生的交流电通常具有不稳定的频率和相位。
由于电网的频率和相位要求非常严格，因此逆变器需要先对输入的交流电进行稳定化处理。
这一步骤通常包括使用滤波器来去除交流电中的谐波和电压波动，从而得到稳定的交流电。
接下来，逆变器需要将稳定的交流电转换为直流电。
为了实现这一转换过程，通常使用整流器来将交流电转换为直流电。
整流器可以采用半控制或全控制技术，具体选择哪种技术取决于系统的需求和设计。
一旦交流电转换为直流电，逆变器需要将其转换回交流电，并与电网同步。
为了实现这一步骤，逆变器通常采用PWM（脉宽调制）技术。
PWM技术可以通过控制逆变器的开关器件，调整输出电压的幅值和频率，使其与电网同步。
然而，仅仅与电网同步是不够的，逆变器还需要满足一些其他的要求。
首先，逆变器需要根据电网的需求调整输出功率。
这通常需要使用电流控制技术，通过调整逆变器的输出电流，使其满足电网的功率需求。
其次，逆变器还需要实现无功功率控制。
无功功率是指电网中的虚功，它是维持电网电压稳定的重要因素。
逆变器可以通过调整输出电流的相位，来控制无功功率的注入。
最后，逆变器还需要实现对电网中的故障和异常事件的保护。
例如，当电网发生短路或过载时，逆变器需要能够及时切断与电网的连接，以确保系统的安全运行。
综上所述，风力发电并网逆变器控制策略包括稳定化处理、整流、PWM技术、功率控制、无功功率控制以及系统保护等多个步骤。
通过合理地设计和控制逆变器，可以实现风力发电系统与电网的有效并网，从而实现可靠、稳定的电力供应。
风力发电并网逆变器研究
风力发电并网逆变器研究近年来，随着能源需求的不断增长和环境污染问题的加剧，可再生能源的开发和利用成为了解决能源和环境问题的重要途径之一。
风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
然而，风力发电的可靠性和稳定性问题一直是制约其发展的关键因素之一。
风力发电并网逆变器是风力发电系统中的重要组成部分，其主要功能是将风力发电机产生的交流电转换为符合电网要求的交流电。
然而，由于风力发电机的特性和电网要求的不同，风力发电并网逆变器面临着一系列的技术挑战。
首先，风力发电机的输出功率受到风速的影响，其输出电压和频率会随着风速的变化而波动。
因此，风力发电并网逆变器需要具备快速响应能力，能够实时调整输出电压和频率，以适应电网的要求。
其次，风力发电并网逆变器需要具备高效的能量转换能力，以提高风力发电系统的整体效率。
在逆变过程中，由于电能的转换会产生一定的损耗，因此逆变器的能量转换效率对于风力发电系统的发电量和经济性具有重要影响。
另外，风力发电并网逆变器还需要具备可靠的保护功能，以确保风力发电系统的安全运行。
在电网故障或风力发电机故障的情况下，逆变器需要能够及时切断与电网的连接，以避免故障扩大和电网安全问题。
为了解决上述问题，研究者们进行了大量的风力发电并网逆变器研究。
他们通过优化逆变器的控制策略和拓扑结构，提高了逆变器的响应速度和能量转换效率。
同时，他们还引入了多种保护机制，提高了逆变器的可靠性和安全性。
总之，风力发电并网逆变器的研究对于风力发电系统的可靠性和稳定性具有重要意义。
通过不断改进和创新，相信风力发电并网逆变器将在未来得到进一步的发展和应用，为可再生能源的普及和利用做出更大的贡献。
永磁风力机并网逆变器的研究
图 ２ 三 电平 逆 变 器 等 效 开 关模 型
由图 ２ 以看到每相有 ３种输 出状态 ，分别记 为 可 １０ ， ，一１ 状态 。因此，三相三电平逆 变器有 ２ ７种开 关状态，有效电压矢量有 １ 种。按矢量幅值大小分为 ９
以下 四组 ：
也 大大 的 降低 ，波形 质量 得到 了大 大 的提 高 。其应用 领
法 、开关频率最优 Ｐ ＷＭ 法和空 间矢量 Ｐ ＷＭ 法 （ Ｓ Ｐ 即 ｖ— ＷＭ ｝等。在这 些 方法 中，Ｓ ＷＭ 法是 较为 优越 和应 用 ＷＰ
／／ ＼ ％
图 ３ 三电平电压空间矢量 图
广泛的一种， 其优越性表现在 ： 在较大范围的控制比内有 很好 的性能 ，无 须 大 量 的角 度 数 据 ，母 线 电压 利用 率 高 等 。在实现高的控 制性能 的同时 ，简化控制 的复杂性及 克 服 中点 电压不平衡 问题是 目前研究 的热点。 对于中点箝位型的三电平逆变器 ，建立其等效的开
能，三电平空 间矢量控制方法 中开关序列安排一般都要 遵循以下三个原则 ：（）在一个采样周期 内，相邻 的每 １ 相 开关 状态 不能 够 突 然 变 化 。 即开 关 状 态 只 能 由 １＝０ ４ ． 甘 一ｌ ，绝 对不 容许 开 关状 态从 １直 接 跳 到 一１或 者 由 １ 到 １ （ ）在 同一 个 采样 周 期 内 ，第 一 开 关 状 态 跳 。 ２ 和最后一个开关状态相同。（ ）相邻的采样周期 内，前 ３ 个采样 周期 最后 一个 开关状 态 到后 面一个 采样 周 期第 个开关状态时三相都不容许开关状态的突然变化 。 根据 以上原则 ，以第一 扇 区为例 ，可 以得 到如 下 表 所 示开 关序 列安排 。
Ｖ ｓ ｖ ５
８
风电并网逆变器
双馈风电机变流器
双馈风电机结构与原理
双馈风电机变流器结构 双馈风电机变流器控制
双馈风电机结构与原理
双馈风电机结构与原理
变流器由发电机侧变流 器(AC/DC)和网侧变流 器(DC/AC)共同组成。
双馈电机与绕线式异步电机类似；其定、转子都能向 电网馈电，故简称双馈电机；变速恒频控制方案是由 和转子相连变流器实现；通过改变励磁（转子电流） 频率，可改变电机的转速，达到调速的目的；
永磁同步风电机变流器的控制
网侧变流器控制目标 1.与电网功率交换时，输出波形是正旋波，谐波 小，满足功率因素的要求； 2.保证直流母线电压的稳定，直流母线电压的稳 定是两个PWM变流器正常工作的前提 3.控制发电机侧变流器和网侧变流器的有功功率 传输平衡，并根据电网运行要求，与电网实现 指定无功功率交换。
两种变流器比较
交流励磁双馈式风电系统的变流器，连接 于电网与可控励磁电流所在的转子绕组之 间。 无刷双馈式风电系统的变流器，连接于电 网与可控励磁电流所在的定子控制绕组之 间。
永磁同步风电机变流器控制
网侧变流器控制策略
当发电机侧变流器与网侧变流器传输功率不平衡时， 会导致电容电压的改变。
为了保持直流电压 恒定，采用了电压 外环，电流内环的 控制方法。
由于d轴分量与q轴分量 存在耦合，所以采用前 馈解耦的控制方法，是 的d轴与q轴解耦。
永磁同步风电机变流器控制
机侧变流器控制目标 根据永磁同步电机的数学模型，通过控制永磁 电机定子侧的电压电流，实现对定子侧磁链的 控制来实现对永磁同步电机的控制。
两种变流器比较
结构 直驱式风电系统的变流器接于定子绕组与 电网之间，功率输送是单向的，即只能从 发电机定子绕组流入电网。因此可以考虑 采用低成本的不控或半控器件。
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并网逆变器：
是光伏发电站和并网风力发电站的核心设备。
为保证发电站的稳定运行，对并网逆变器的可靠性提出了很高的要求，由于光伏和风力发电的坏境恶劣，提供的直流电源稳定性很差，这就更进一步要求并网逆变器的保护功能完善，抗各种冲击能力强。
OUYAD并网逆变器是欧亚玛公司自行研发的全单片机控制的具备全球巅峰技术的新一代智能型并网逆变器。
自投产一年以来，已大量出口到瑞典，英国，德国。
（主要是1KW，2KW，3KW，5KW，15KW，25KW，60KW）到目前为止还是零故障率。
OUYAD并网逆变器具备如下特性：
1.由单片机控制，产品稳定性得到保证。
2.逆变器并网输出，跟踪电网达到毫秒级，同电网完全同步。
3.逆变器检测电网在三秒内电网正常时，逆变器才开始并网工作。
保证了逆变器不会因电网频繁波动而损坏。
4.逆变器并网工作时当电网出现中断，或过高，过低时，逆变器会在≤10ms内自动锁机。
5.具备输出短路，过载等保护功能。
6.输出功率恒定。
（DC电压正常时）
7.当风力发电风力不足，或光伏发电太阳能不足时，具体表现在DC电压下降，并网逆变器会随之减小输出功率。
当DC过低达到逆变器DC保护点时，逆变器会自动锁机停止工作，当DC恢复时，逆变器又自动开始工作，并网输出。
8.当风力发电风力过大（如台风），或光伏发电太阳光照强度过大时，具体表现在DC过压时，逆变器会自动保护锁机。
当DC恢复正常时，逆变器又自动恢复工作并网输出。
9.通讯接口：RS232，RS485，USB 接口。
（可选）
10.DCtoAC高转换效率，可达90---96%
型号说明：NB-S6KW1
NB：表示并网型逆变器
S：表示光伏发电太阳能专用逆变器，W表示风力发电系统专用型逆变器。
6KW：表示逆变器功率是6KW。
1：表示单相，
3：表示三相
1、光伏发电太阳能专用并网逆变器
可再生能源光伏并网发电系统是将光伏阵列产生的能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反馈入电网的发电系统。
OUYAD光伏发电太阳能专用并网逆变器工作拓补原理图如下：
2、风力发电系统专用并网逆变器
风力发电并网系统可分为单机并网和多机并网，单机并网适用于单个风机并入电网；多机并网适合于大型风电场群。
例如某风电场里有30KW风机100台，那么100台并网逆变器同时发电并网馈入电网，该风电场总的发电量度：100*30=3000KW.当其中任何一台并网逆变器故障时不影响其他设备运行。
因为直接将再生能源输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。
风力并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。
同时，风力发电并网系统可以对公用电网起到调峰作用。
由于风力发电并网系统造价远低于太阳能光伏发电系统，故其实用性大大增强，并网发电系统是太阳能，风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。
OUYAD风力发电并网逆变器工作拓补原理图：
网逆变器基本技术指标：。