全功率风机变流器介绍
金风直驱变流器SWICTH、VERTECO、FREQCON区别
全功率变流器（金风直驱1500全功率变流器）金风1500风力发电机组拥有SWICTH、VERTECO、FREQCON三种变流器，其中VERTECO变流器在金风1500装机中占有比重最大。
FREQCON变流器在2008年国产化项目组在原有设计（德国Vensys公司）的基础上，进行了重新设计、选型改造等技术工作。
SWITCH变流器主电路原理图VERTECO变流器主电路原理图以上是SWITCH变流器和VERTECO变流器原理图，可以看出两种变流器原理和控制方式（SVPWM空间矢量控制）基本相同，整个电路可分为两个部分：整流和逆变。
通过整流将发电机发出的不稳定的交流电（电机转速0～17.3rpm，电机电压0～690Vac,电压频率0～12.7Hz）变换成相对稳定的直流电；再通过逆变单元，把直流电逆变成与电网电压、频率、相位相匹配的交流电送入电网。
U1为网侧逆变功率模块，2U1和3U1为发电机侧整流功率模块，4U1为DC CHOPPER制动功率模块，3H1是预充电整流模块，电抗器2L1、电容器2C1（如果在处理故障中将机侧电容器断开，由于转速不稳定，定子发电波纹就不稳定，会产生很多电压尖峰，会烧毁功率单元，使母线电压偏高，所以不建议断开，可以选择性的断开几组）和发电机定子绕组（呈感性）组成LCL滤波器，滤波效果更好，电抗器1L1（网侧滤波电抗器比机侧滤波电抗器容量大）、电容器1C1变压器漏感构成LCL滤波，有效地滤除高次谐波，降低变流器对电网的高次谐波污染。
风机并网前3K11吸合，通过整流模块3H1整流后对直流母线进行充电，防止风机并网时对母线和功率单元有电流冲击，损坏元器件，发电机定子两路绕组出来连接两组整流模块2U1、3U1，采用双绕组发电机选用两组整流器（采用主动整流方式，整流部分采用可控的IGBT整流），相对来说减少单个功率单元和其他元件的容量，虽然双PWM背靠背方案全控器件数量较多，控制电路复杂，成本较高，但具有较高的效率，电流通过PWM控制逆变器1U1以后其实是脉宽波，再经过1L1、1C1滤波以后电流为正弦波，送入电网。
全功率风能发电机
全功率风力发电机组用变流器
全功率风机变流器是全功率风力发电机组的重要组成部分，通过与系统的协调工作，实现风电
机组输出功率的变换和并网。
其主要优点如下：
·通过全功率风机变流器的控制作用，将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电馈入电
网，保证风力发电机组稳定可靠地并网运行；
·通过对发电机输出转矩的控制，实现最大功率输出；
·与电机直接并网的风力发电系统相比，全功率风机变流器实现了发电机组与电网间的隔离，转速与电网频率之间的耦合问题得以解决，避免了因电网波动对发电机组稳定运行所带来的不利影
响。
［型号说明］
示例型号为WG2000KFP的2兆瓦全功率风力发电机组用变流器
［性能特点］
·采用大功率IPM模块；
·四象限运行技术；
·采用光纤隔离技术；
·双DSP控制；
·采用矢量变换控制技术；
·具备CAN总线接口；
·具备各种保护功能；
·适配发电机组功率等级850KW、1.5KW、2KW。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略CATALOGUE 目录•全功率变流器风电机组概述•全功率变流器风电机组的工作原理•全功率变流器风电机组的控制策略•全功率变流器风电机组的性能评估与优化•全功率变流器风电机组的发展趋势与挑战CHAPTER全功率变流器风电机组概述风能发电简介风能是一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景。
风力发电技术经过多年的发展，已经逐渐成熟并被广泛应用于电力领域。
风能发电的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，进而驱动发电机产生电能。
全功率变流器是风电机组中重要的组成部分，主要作用是将风力发电机产生的电能进行变换和调节，以满足电网的需求。
全功率变流器具有高效率、高可靠性、高灵活性等特点，能够有效提升风电机组的整体性能。
全功率变流器的作用风电机组与电网的交互风电机组需要与电网进行良好的配合，以保证电能的质量和稳定性。
风电机组需要适应电网的运行要求，如电压、频率、相位等参数，以保证风电场的稳定运行。
风电机组与电网的交互是实现风能发电的重要环节之一。
CHAPTER全功率变流器风电机组的工作原理风轮齿轮箱将风轮的转速提升，并将其传递给发电机。
齿轮箱通常位于风轮和发电机之间。
齿轮箱发电机01020303开关全功率变流器的电力电子器件01整流器02逆变器最大风能追踪电力控制全功率变流器的控制原理CHAPTER全功率变流器风电机组的控制策略最大风能追踪控制变速恒频控制1直交轴电流控制23直交轴电流控制是一种用于抑制风电机组运行过程中产生的谐波电流的控制策略。
该控制策略通过实时监测发电机电流，将其中谐波电流分量消除或减弱，以减小谐波对电网的污染。
直交轴电流控制通常采用PWM整流器来实现，通过控制PWM的占空比和相位，实现谐波电流的抑制和功率因数的优化。
矢量控制策略CHAPTER全功率变流器风电机组的性能评估与优化性能评估方法发电效率评估01电网稳定性评估02抗干扰能力评估03控制策略优化最大风能追踪控制滑模变结构控制电力电子器件的优化与保护电力电子器件的选型与配置全功率变流器风电机组需要选择适当的电力电子器件，如IGBT、IGCT等，并配置相应的保护电路，以确保其在高电压、大电流等极端环境下能够安全、可靠地运行。
全功率变流器介绍
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l 车载振动试验 l 正弦振动试验 l 随机振动试验
振动测试
44
电磁兼容测试
静电放电枪
l 静电放电 l 电快速瞬变脉冲群
l 射频电磁场辐射抗扰度试验
l 射频场感应传导抗扰度试验
接收机（人工电源网络）
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综合测试仪
综合测试
l 浪涌（冲击）抗扰度试验 l 电压跌落试验 l电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 l 电压跌落试验
盐雾环境 • 适应严酷的风场运行
30
采用先进的控制技术
双PWM控制， 四象限运行， 确保低风速时 多发电
自适应无速度传 感器控制方法， 精确检测发电机 转速，实现磁场 定向
复合矢量控制技 术，快速实现 MPPT控制，提 高发电效率
自动软并网、软 解列控制，对电 网冲击小
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完善的保护功能
具有完善的保护功能 配置有源撬棒，支持LVRT功能。
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通过了电科院实地检测和用户报告
41
测试项目
外观结构
功能测试
电磁兼容 （EMS）
性能测试
变流器 测试项目
安规检查 环境试验
运输振动
防护
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高低温交变湿热试验箱（21m3 ） 高低温湿热试验箱（1m3 ）
环境测试
l 恒温试验 l 高低温交变试验 l 恒定湿热试验 l 交变湿热试验 l 盐雾试验
WT1600 数字功率计
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内容导航
阳光风电简介 WG2000KFP变流器
测： 六鳌位于福建省漳州市，是大陆的边缘地带即半岛地形， 岛上环境优美、风力资源丰富，发展潜力巨大。
产品应用： 我公司2MW全功率水冷 风机变流器，在风场运 行稳定，并通过电科院 测试。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略全功率变流器是一种将风力发电机产生的交流电能转换为电网所需的直流电能的电子装置。
它的主要功能是实现风电机组的功率调节、保护以及与电网的连接。
全功率变流器由三个主要的模块组成：整流器、逆变器和控制单元。
整流器模块将风电机组产生的交流电能转换为直流电能，通过控制交流电能的整流部件（如晶闸管或IGBT）的导通角度，可以实现对输出直流电压的控制。
整流器的输出直流电压通过一个滤波电容进行平滑，以减小输出的脉动。
逆变器模块将整流器输出的直流电能转换回交流电能，通过控制逆变部件（如IGBT）的开关状态和频率，可以实现对输出交流电压和频率的控制。
逆变器的输出交流电能经过一个输出滤波器进行滤波，以去除输出的高次谐波。
控制单元对整个全功率变流器进行监测和控制。
它通过读取风电机组和电网的各种参数，如转速、电压、电流等，来实现对整流器和逆变器的控制。
控制单元采用先进的控制算法，如PID控制算法，来实现对全功率变流器的稳定运行和动态响应。
调频控制方式是通过控制风电机组的转速来实现对输出功率的控制。
该控制方式根据电网的需要，调节风电机组的转速，以使输出功率与电网的需求匹配。
调频控制可以使风电机组在不同的风速下运行在最佳转速范围内，提高风电机组的发电效率。
功率控制方式是通过控制全功率变流器的输出功率来实现对风电机组的控制。
该控制方式通过调节变流器的导通角度或输出电压，以控制风电机组的输出功率。
功率控制可以使风电机组根据电网的需求进行平稳的功率输出，提高电网的稳定性。
此外，全功率变流器还具有多种保护功能，如过电流保护、过电压保护、过温保护等，以确保风电机组和电网的安全运行。
控制单元还可以实现对功率输出的统计和调度，以优化风电机组的运行效果。
总之，全功率变流器通过整流器和逆变器的转换作用，将风力发电机产生的交流电能转换为电网需要的直流电能，并通过控制单元的监测和控制实现对全功率变流器的稳定运行和动态响应。
风电机组变流器介绍
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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
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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
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3
一、变流器概述-1/3
1.1 变流器结构
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一、变流器概述-1/3
1.2 变流器网络拓扑图
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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
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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
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一、变流器概述-1/3
1.4 故障系统
风能变流器
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的发展趋势
要点一
控制策略的不断优化
要点二
集群控制和智能运维
随着电力电子技术和计算机控制技术 的发展，全功率变流器风电机组的控 制策略将不断优化，以实现更高的运 行效率和更强的抗干扰能力。
未来全功率变流器风电机组将实现集 群控制和智能运维，通过集中控制和 智能化管理，提高风电场的效率和可 靠性。
要点三
与储能系统结合
全功率变流器风电机组将与储能系统 结合，以实现能量的就地消纳和存储 ，提高风电场的稳定性和经济性。
THANKS
感谢观看
风轮
捕获风能并转换为机械能。
发电机
将机械能转换为电能。
变速器/齿轮箱
将风轮的慢速旋转转化为发电机所 需的高速旋转。
塔筒
支撑风轮和发电机等设备。
风力发电系统的运行原理
当风吹过风轮时， 风能转化为机械能 。
发电机产生的电能 通过电缆传输到电 网。
风轮带动发电机旋 转，产生电能。
风力发电系统的优缺点
优点
矢量控制优点
矢量控制能够实现精确的磁场控制，同时可以优化转矩控制，从而提高风电机组 的效率和稳定性。
直接功率控制策略
直接功率控制原理
直接功率控制是一种基于功率滞环比较器的控制方法，将实 际功率与参考功率进行比较，通过调节变流器开关管的占空 比来控制输出功率。
直接功率控制优点
直接功率控制具有简单易行、响应速度快、抗干扰能力强等 优点，适用于高速运行的风电机组。
全功率变流器在风电机组中的作用
提高风电机组的效率和可靠性 ，降低维护成本。
控制风电机组的运行状态，使 其在各种风速条件下都能保持
最佳性能。
实现最大风能追踪功能，提高 风电机组的发电量。
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全功率风机变流器介绍
一、全功率变流器控制原理
全功率风力发电系统主体电路结构，如图1所示。
发电机的输出端连接变流器的机侧，变流器的网侧输出经升压变器后，连接电网。
图1全功率风力发电系统主体电路结构。
随着风速的变化，发电机的转速也变化，因此发电机输出的电压幅值和频率是变化的，而电网的电压幅值和频率是恒定的。
为了将发电机输出的频率和幅值变化的交流电送入到电网，变流器起到中间纽带环节的作用。
首先将发电机输出的交流电经机侧变流器部分整流成直流电，再经由网侧变流器部分逆变成交流电送入电网。
图2为全功率风力发电功率控制原理图，风机总控依据当前的风况，通过变桨和偏航控制叶片吸收的机械能，获得发电机的转矩量。
然后将转矩量值下发给变流器。
变流器根据总控下发的转矩指令，控制对发电机电能的抽取，从而控制并网电流大小。
总控依据当前风况，下发发电机转矩指令。
变流器响应转矩指令，控制并网
功率。
图2 功率控制原理图
对于机侧的变流器部分，在无速度传感器控制技术的基础上，采用基于定子电流定向的复合矢量控制技术，实现最大转矩电流比矢量控制的控制性能。
图3为发电机的控制矢量图。
图3 发电机控制矢量图
对于网侧的变流器部分，采用电流解耦控制技术及并网电流对称控制技术。
通过对并网电流的解耦，将并网电流分解为有功电流、无功电流单独控制，实现有功功率和无功功率的控制。
同时为实现三相并网电流的对称控制，将负序的有功电流和无功电流控制为零。
控制结构框图如图4所示。
*
dc
图4 网侧变流器控制框图
根据机侧变流器主体电路及控制策略，进行建模分析。
图5为机侧变流器的主体电路结构，图6为转换为数学模型的机侧控制框图。
V
图5 机侧变流器主体电路结构
图6机侧变流器控制数学模型框图
根据网侧变流器主体电路及控制策略，进行建模分析。
图7为网侧变流器的主体电路机构，图8为为转换为数学模型的网侧控制框图。
V0
图7 网侧变流器主体电路结构
图8 网侧变流器控制数学模型框图
全功率风机变流器网侧、机侧协同控制策略如图9所示。
图中，DDSRF-SPLL (Decoupled Double Synchronous Reference Frame SPLL)为双同步坐标系软件
锁相环，实时检测电网电压的正负序分量角度p s θ和n
s θ。
在正常情况的直驱机组发电运行时，机侧变流器实现功率外环和电流内环控制，在实时跟踪给定发电功率控制的前提下，实现无速度传感器矢量控制和定子电流的最优控制；网侧变流器实现直流电压外环和桥臂并网电流的内环控制，在恒定直流支撑电压等于设定
值的前提下，实现桥臂d 、q 轴正序电流p d i 、p q i 和负序电流n d i 、n q i 的解耦控制和
电网电压的前馈控制，实时保证并网电流三相对称控制。
*dc
图9 全功率风机变流器网侧、机侧协同控制策略
二、SVG 退出运行时，全功率风机变流器运行情况
当高压无功功率补偿器退出运行时，全功率变流器是能够正常运行的，前提是总控工作正常，电网运行在合适的设定范围，满足变流器设计的工作范围内，即高压侧不能超过760VAC ，低压正常运行时，不低于690×0.8＝552V 。
LVRT 时除外。
三、全功率风机变流器的无功控制原理
全功率风机变流器的网侧部分能够起到并网无功功率调节作用。
图10为三相电压型PWM变换电路，对此进行工作模式分析。
通过对网侧电流控制可以实现四象限运行。
图10 三相电压型PWM变换器
上图中，Ua表示A相交流电源电动势矢量，Va表示交流侧电压（即桥臂中点
对电网中点的电压）矢量，Ia表示交流侧电流矢量，ULa表示交流侧电感电压矢
量。
以电网电动势矢量为参考时，通过控制交流电流矢量即可实现PWM变换器的
四象限运行。
PWM变换器四象限运行规律如图11所示。
图11 PWM变换器交流侧矢量关系
(1)电压矢量Va端点在圆轨迹AB上运动，如图11(a)所示。
PWM 变换器运行于整流状态。
从电网吸收有功及感性无功功率。
在A点运行时，PWM变换器从电网只吸收感性无功功率。
(2)电压矢量Va端点在圆轨迹BC上运动，如图11(b)所示。
PWM 变换器运行于整流状态。
从电网吸收有功及容性无功功率。
当PWM 变换器运行在B点时，则实现单位功率因数整流控制；
(3)电压矢量Va端点在圆轨迹CD上运动，如图11(c)所示。
PWM 变换器运行于有源逆变状态。
向电网传输有功及容性无功功率。
当PWM 变换器运行至C 点时，PWM 变换器从电网吸收容性无功功率。
(3)电压矢量Va端点在圆轨迹DA 上运动，如图11(d)所示PWM 变换器运行于有源逆变状态。
向电网传输有功及感性无功功率。
PWM 变换器运行至D点时，便可实现单位功率因数有源逆变控制。
通过控制交流侧电流矢量Ia,来控制变流器的运行状态。
对于机侧的变流器，主要在圆轨迹ABC上运动，工作于整流模式，将发电机输出的电压整流成直流电。
对于网侧的变流器，主要在圆轨迹CDA 上运动，工作于有源逆变模式，
将直流电逆变成交流电，送入电网，同时能够实现无功功率调节。
对于交流侧电流矢量的控制，采用解耦控制，将交流侧电流矢量分解成有功电流、无功电流单独控制，实现有功功率和无功功率的控制，控制原理如图4所示。
变流器可实现感性和容性无功调节，在正常运行时，提供的无功功率可达到
额定功率的40%。
无功功率的调节特性由总控决定，根据当前的电网电压值，可
实现单台机组调节或统一调度调节。
四、风力发电机组在低电压穿越时功率输出特性。
直驱风力发电系统中，电网电压的瞬间跌落会导致网侧变流器输出功率的减
小，如果机侧变流器仍旧实时响应总控转矩信号，能量的不匹配将导致直流母线
电压，这就势必会威胁到网侧与机侧变流器功率器件如开关管、直流支撑电容的
寿命和运行可靠性，因此为瞬间释放发电机馈送到电网的能量，需要网侧、机侧
变流器协调控制撬棒卸荷电路动作，保证系统的平稳投切和稳定运行。
同时依据
要求提供一部分的无功功率支持。
在发生低电压穿越时，变流器输出的功率与电网电压跌落的深度和总控下发
转矩值有关。
由于变流器功率器件的过载能力有限，并网电流大小受到限制，当
电网电压跌落时，电流维持一定值时，跌落深度越深，并网功率越小。
变流器并
入电网的有功功率由机侧决定，总控下发转矩越小，并入电网的功率越小。
同时，考虑到无功功率支持的要求，在发生低电压穿越时，除了正常的有功
电流送入电网外，还需要送入电网一部分无功电流，以变流器额定电流为限制条
件，在发生低电压穿越时,无功电流满足
I≤及投入电网的视在电流
_
q ref
值不超过变流器的额定电流值。