【风力发电机组主要系统】变流器介绍(中级)
变流器介绍1
1.
2. 3.
器件的作用 网侧模块用于将输入的三相交流电整流为变流器直 流母线所需的直流电，或将转子侧模块输出的能量 回馈电网，在电网波动的情况下维持直流母线电压 的稳定，还有调节网侧的有功和无功。在软起主接 触器闭合的时候在网侧开始调制，调制的目的是使 主接触前后的波形保持一致避免产生一个很大的冲 击电流。 CLL 滤波器接在电网和网侧模块之间，用于吸收高 频分量，防止变流器的开关噪声污染电网。 转子侧模块连接在发电机转子上，通过调节转子励 磁电流实现系统的变速恒频发电以及发电机有功、 无功的调节。
低压穿越：低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量 比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除 会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低 电压穿越能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网 运行。 风电机组应该具有低电压穿越能力： a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并 网运行625ms的低电压穿越能力； b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的 90%时，风电场必须保持并网运行； c）风电场电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间 断并网运行。
通信参数设臵 在确认光纤连接正确的情况下，在菜单栏中点击“配 臵”→“通讯设臵”或工具栏上的 图标在通讯端口处选 择 USB 转光纤模块的 COM 点击“测试连接”按钮，若测 试成功后，会弹出所示界面，点击“确定”按钮。
用户切换 在建立通讯连接以后， 用户需要切换权限到“高级用户” 权限， 在 菜单栏选择“管理”→“切换用户”，弹 出如图输入用户密码，单击“确定”按钮以后，软件将开 放所有“高级用户”的权限。
在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁
风力发电机组各系统介绍
08
噪声（声功率级）：≤90 dB（A）
09
润滑油： Mobil或Shell、BP的合成齿轮油
偏航齿箱
参数：
01
型式： 具有多层盘式制动和顶端通风的三相电动机
02
额定功率: 1.5kW
03
额定转速: 940rpm
04
电压： 690V
05
频率： 50Hz
该程序用于紧急状况或过转速飞车
调 整
刹车系统的控制机构－液压系统
塔架的作用
支承风力发电机组的机械部件，承受各部件作用在塔架上的力和风载
基础的作用
安装、支承风力发电机组，平衡运行过程中产生的各种载荷。
四、支承系统
塔架
01.
材料：Q345
02.
轮毂高度：依据项目和当地风切变指数综合考虑 而定
将旋转机械能转化成电能
传递扭矩，并增速达到发电机的同步转速
把风能转化成旋转机械能
C
B
A
一、传动系统
作用：
传动系统组成 桨叶、轮毂、主轴、轴承、轴承座、胀套、齿轮箱、联轴器、发电机
桨 叶
1
3
4
6
7
轮毂材料: QT400－18或 QT350－22L 涂层： HEMPEL 与桨叶连接： 高强度螺栓
该刹车程序用于正常停机或一般故障停机
慢速刹车
刹车程序
03
04
快速刹车
紧急刹车
步骤：得到指令后，释放叶尖快速刹车，电机立即切出电网。风轮刹车得到指令，一个圆盘刹车制动。当电机转速为0rpm，第二个圆盘刹车制动。两个圆盘刹车全部作用。
步骤：得到指令后，释放叶尖快速刹车， 两个圆盘刹车全部作用，电机立即切出电网。
用于直驱型风力发电系统的变流器
用于直驱型风力发电系统的变流器Introduction：现在的能源越来越受到人们的关注，各种新的能源板块不断涌现。
在这其中，风能便是一种十分有前景的新能源，因此风力发电也是目前非常热门的产业之一，风力发电系统的核心组成部分就是变流器，本篇文章将围绕直驱型风力发电系统的变流器展开讨论。
直驱型风力发电系统的变流器变流器是能够将非直流电源转化成直流电源的电子设备，其作用在于将交流电能转化成可用直流电能。
风力发电系统的核心组成部分之一即为变流器，变流器可以将风起的旋转运动转换成直流电能，从而保证整个系统的正常运转。
因此直驱型风力发电系统的变流器是一个至关重要的部分。
直驱型风力发电系统的优点直驱型风力发电系统，顾名思义，即是指直接驱动风能发电机，适用于风速较大的场合。
相对于其它类型的风力发电系统，直驱型风力发电系统具有以下优点：1. 比传统型低速轴噪音小。
2. 没有减速箱，磨损小，寿命长。
3. 不需要润滑油，环保无污染。
4. 在风速越大时功率输出越高，效率相对较高。
直驱型风力发电系统的缺点然而，直驱型风力发电系统同样存在着缺点：1. 直驱式发电机，大功率和大尺寸难以实现高效、低成本和高可靠性。
2. 接口限制：没有旋转的传动部分，要直接接到风轮，因此不能使用具有偏心量的风刀片减小振动和抗风力突变的能力。
3. 运行稳定性有待提高。
直驱型风力发电系统中变流器的作用直驱型风力发电系统中的变流器具有将可变频率的风能产生的电能转换为稳定频率的电能输出的功能，从而满足系统对电能的要求。
直驱式变流器的核心是一个PWM逆变器，负责将直驱式风机的三相电能转换成电网电能，调节电压、电流、功率等参数，保证电网的稳定性和安全性。
直驱型风力发电系统中变流器的原理直驱型风力发电系统采用电子变频技术，因此变流器是其核心部件。
变流器能够将风力发电机转化所得的交流电转化为稳定的直流电，以保证系统的正常运转。
其中一个非常重要的环节就是控制变流器的换向工作。
风电机组发电机系统
风电机组发电机系统1. 简介风电机组发电机系统是风能转化为电能的关键部分，它负责将风能转化为旋转机械能，再通过励磁控制使其产生电能。
本文将从风电机组发电机系统的组成、工作原理、性能指标以及维护等方面进行介绍。
2. 组成风电机组发电机系统主要由以下几个部分组成：2.1 风轮风轮是风电机组的关键部件，它通过捕捉和利用风能来转动发电机。
风轮通常由多个叶片组成，这些叶片的形状和数量会对风能的捕捉效率产生影响。
2.2 塔架塔架是支撑整个风电机组的结构，它通常是由钢铁材料构建的，以提供足够的稳定性和抗风能力。
2.3 发电机发电机是风电机组的核心组件，它将风轮产生的旋转机械能转化为电能。
发电机的类型可以分为同步发电机和异步发电机两种，其中同步发电机在风电机组中更加常见。
2.4 变流器变流器是将发电机输出的交流电转化为适用于电网的电能的装置。
它可以将发电机输出的电能进行调整和稳定，以满足电网的要求。
3. 工作原理风电机组发电机系统的工作原理如下：1.风能通过风轮被捕捉和利用，使风轮产生旋转。
2.风轮的旋转通过轴将旋转机械能传递给发电机。
3.发电机接收到机械能后，通过励磁控制产生感应电流。
4.产生的电流经过变流器转化为适用于电网的电能。
5.变流器输出的电能通过电网传输和使用。
4. 性能指标风电机组发电机系统的性能指标通常包括以下几个方面：4.1 发电效率发电效率是指发电机将机械能转化为电能的效率，通常以百分比表示。
高发电效率意味着更多的风能被有效转化为电能。
4.2 功率因数发电机的功率因数是指发电机输出电能的正弦波形与电压波形之间的相位差。
功率因数越接近1，表示发电机输出的电能质量越高。
4.3 响应速度响应速度是指发电机在遇到电网故障或电网负荷变化时，重新建立稳定运行状态所需的时间。
响应速度越快，表示发电机对电网变化的适应能力越强。
4.4 可靠性发电机系统的可靠性是指其在长时间运行中能够保持稳定工作的能力，并且在出现故障时能够自动检测和隔离故障，以保证风电机组的正常发电运行。
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。
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。
【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
风电变流器简介
风电变流器简介风能作为一种清洁得可再生能源,越来越受到世界各国得重视,我国风能资源丰富,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关,目前已实现规模化得生产。
本文将针对市场上主流得双馈型风电变流器进行简介。
QHVERT-DFIG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得转子进行励磁,使得双馈发电机得定子侧输出电压得幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功得独立解耦控制。
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机与电网造成得不利影响。
变流器提供多种通信接口,如Profibus, CANopen等(可根据用户要求扩展),用户可通过这些接口方便得实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统得集成控制。
变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。
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。
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、防尘、防盐雾等运行要求。
QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术,核心控制采用具有快速浮点运算能力得“双DSP得全数字化控制器”;在发电机得转子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、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。
功率模块采用高开关频率得IGBT功率器件,保证良好得输出波形。
这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点,可以明显地改善双馈异步发电机得运行状态与输出电能质量。
这种电压型交-直-交变流器得双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪得发电机有功与无功得解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组得一个代表方向。
变流器工作原理框图如下所示: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。
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框架断路器
定子 电流测量
并网接触器
DFIG
网侧电压 测量
定子电压 测量
滤波器
预充电电阻
主控690V 400V控制电源 供电
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
当直流侧电压达到交流电网电压有效值的1.2倍时切 出预充电回路，电网侧主接触器闭合，同时投入交流滤波 单元、准备电网侧变流器调制。
二、变流器的分类
根据变速恒频风电机组类型的不同，变流器主要分 为全功率变流器和双馈变流器。
双馈变流器应用在双馈型风电机组，其控制对象为 双馈发电机。
全功率变流器可匹配直驱型风电机组、高速永磁、 高速电励磁等多种风电机组，其控制对象为同步发电机。
2.1双馈型变流器
变流器采用电压源型交直交拓扑结构。其中与网侧相连 AC/DC 的为电网侧变流器，与双馈发电机转子相连的DC/AC 部分为电机侧变流器。电网侧变流器主要控制目标为维持直 流侧电压稳定，并实现能量双向流动。电机侧变流器根据转 子转速的变化动态调节双馈发电机转子侧励磁电流的频率， 以保证定子输出的频率不变；电机侧变流器调整转子电流的 幅值和相位，则实现对风电机组有功功率和无功功率的控制
在放电过程中，开关断开（三极管截止） 时，电感开始给电容充电，电容两端电压升高， 升压完毕。
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
风电机组变流器系统
一、变流器的介绍 二、变流器的分类
2.1双馈型变流器 2.2全功率型变流器 三、变流器典型故障处理
一、变流器的介绍
变流器是风电机组中的重要组成部分，其主要作用 为在叶轮转速变化情况下，控制风电机组输出端电压 与电网电压保持幅值和频率一致，达到变速恒频的目 的，并且配合主控完成对风电机组功率的控制，且保 证并网电能满足电能质量的要求。当电网电压发生故 障时，在主控和变桨的配合下，在一定的时间内保持 风电机组与电网连接，并根据电网故障的类型提供无 功功率，支撑电网电压恢复。
转子提供交变励磁电流，控制发电机定子并网，并网后功率 （无功）控制。
定子 DFIG
转子
S1 双馈电 机转子
转子
转子
变流器 电流测量
Crowbar
滤波器
网侧LC滤波单元与箱式变压器漏感构成LCL拓扑结构，有效 地滤除高次谐波，降低变流器对电网的高次谐波污染。
机侧通过由LCR所组成的du/dt网络，有效降低发电机终端的 电压尖峰，减少对发电机绝缘的损坏，提高发电机使用寿命。
到母线额定电压0.8倍时，闭合主回路开关，切出预充电开关， PWM变换器开始调制，建立稳定的直流母线电压。
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
电机侧变流器回路：由电压源型PWM变流器、电机侧du/dt
4、电励磁单元（电励磁机组）
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ห้องสมุดไป่ตู้器 1
定子
发电机
定子电压 PWM
电网侧变流回路：由预充电回路、电网侧主开关、RC滤波
单元、熔断器、平波电抗器及三相电压源型PWM变流器构成。
启动时首先闭环预充电开关，为直流侧充电，待电压达
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。
网侧入口 电流测量
690V 电网
框架断路器
定子 电流测量
并网接触器
网侧电压 测量
定子电压 测量
DFIG
滤波器
主控690V 400V控制电源 供电
预充电电阻
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
当电网侧变流器建立起稳定的直流母线电压后，且发
电机转速在运行范围内，电机侧变流器调试运行，为发电机
2.2全功率型变流器
同双馈型变流器一样，全功率变流器采用AC/DC/AC 的电压源型拓扑结构。与双馈变流器通过控制发电机转 子间接控制定子相比，全功率变流器直接将发电机定子 输出的电能经过变流器馈入电网，且仅有定子回路一条 功率通道（双馈型机组发电机转子及定子均可发电）。
在充电过程中，开关闭合（三极管导通）， 开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电 压流过电感。二极管防止电容对地放电。电感 电流增加，电感里储存了一些能量。
双馈型风电机组能量流向
上图中，no代表同步速。n代表当前转速。当n>no时， 双馈发电机工作在超同步状态，此时双馈发电机吸收机械 能，转换的电能Pm一部分Ps通过定子输送至电网，一部分 Pr通过转子输送至变流器，由变流器经过频率幅值变换后 输送至电网；Pm=Ps+Pr；
当n<no时，双馈发电机工作在亚同步状态，此时双馈 发电机通过轴上吸收机械能，转子侧吸收电能，二者能量 之和转换为电能，输送至电网。Pm=Ps-Pr；
由变流器向发电机转子提供励磁电流，定子侧感应出交 流电压，当定子电压与电网电压一致时，闭合并网开关，机 组并网运行，开始功率调节和最大功率跟踪。
网侧入口 电流测量
690V 电网
框架断路器
定子 电流测量
并网接触器
DFIG
网侧电压 测量
定子电压 测量
滤波器
预充电电阻
主控690V 400V控制电源 供电
双馈型变流器拓扑图
网侧入口 电流测量
690V 电网
框架断路器
定子 电流测量
并网接触器
DFIG
网侧电压 测量
定子电压 测量
滤波器
预充电电阻
主控690V 400V控制电源 供电
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
预充电：电网侧变流器启动时，先闭合预充电回路
网侧入口 电流测量