变频器在风力发电系统中的应用
基于变频器容量的永磁同步风力发电机最大功率控制的研究
ｍｉ ｉ ｍ ｅ ｈ ｎ ｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｓ ｔｏ ｈ ｘ ｍｕ ｐ ｗｅ ｏ ｎ ｒ ｃ ｉ ｇ （ ＰＰ ｎ ｍｕ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｗｉ ｄ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ｏ ｒ ｐ ｉ ｔｔ ａ ｋ ｎ Ｍ Ｔ）ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｔ ｏ
张 震 。 根 忠 吴
（ 江 工 业 大 学 信 息 工 程 学 院 ， 江 杭 州 ３０ ３ ） 浙 浙 力发 电 系统 的基 本 结 构 ， 述 了风 力发 电 系统 中风 机 最 大风 能捕 获 的基 介 论 本原理， 并提 出一种 采 用 永磁 同 步 电机 作 风 力 发 电机 实 现 最 大功 率 输 出 的控 制 系统 ． 过 建 立 通 考 虑铜 耗 和 铁 耗 的 电机 损 耗模 型 ， 得 了 电机 损 耗 与 定 子 电流 之 间 的 关 系． 此 基 础 上 提 出永 获 在
和 实 用性 ．
关 键词 ： 永磁 同步 电机 ； 最优 定子 电流 矢量控 制 ； 最佳 效 率控 制 ； 耗 损
中图分 类号 ： ＴＭ９ １ ５ ２ ．
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ６４ ０ （ ０ ０ ０ —０ ９０ １ ０ —３ ３ ２ １ ） １０ ４ — ５
Ｔｈ ｔ ｄ ｎ ｍ ａ ｉ ｕ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｘ ｍ ｍ ｏ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ｎ ｐｅ ｍ ａ ｎ ａ ｎ ｔ ｐ ｗｅ ｏ ｒ ｌｉ ｒ ｎｅ ｔｍ ｇ ｅ ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｕ ｎ ｅ ｅ ａ ｏ ａ ｅ ｎ ｉ ｅ ｔ ｒ ｃ ｐ ｃ ｔ ｙ ｈ ｏ ｏ ｓ ｗｉ ｄ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｎｖ ｒ ｅ ａ ａ ｉｙ
ＺＨ ＡＮＧ Ｚｈｅ ｎ。Ｗ Ｕ ｎ ｚ ｎｇ Ｇｅ — ｈｏ
（ ｏ ｌ ｅｏ ｎｏ ｍａｉｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｚ ｅｉｎ ｉｅ ｓ ｙｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｆｒ ｔ ｎ ｉｅ ｒｎ ， ｈ ｊ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｈａ ｇ ｈ ｕ ３ ０ ３ ，Ｃ ｉａ ｅ Ｉ ｏ ａ ｔ ｎ ｚ ｏ １ ０ ２ ｈｎ ）
风力发电系统的控制原理
风力发电系统的控制原理风力涡轮机特性：1，风能利用系数Cp风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示：P---风力涡轮实际获得的轴功率r---空气密度S---风轮的扫风面积V---上游风速根据贝兹〔Betz〕理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。
2，叶尖速比l为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。
n---风轮的转速w---风轮叫角频率R---风轮半径V---上游风速在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。
从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。
如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。
涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。
图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。
在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。
每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段〔若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。
〕它是工作区段。
在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。
3，变速发电的控制变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确〔机组惯量大〕。
三段控制要求：低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。
联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ〔ｎ〕关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。
图３是风速变化时的调速过程示意图。
设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得与变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。
(完整版)风力发电机组原理与应用
风轮系统-叶片
• 风机叶片采用德国翼型设计技术，玻璃纤维 复合材料制造,最宽弦长达3.1米。
• 优异的翼型可以使风能利用系数达到0.49.
风轮系统-变桨
• 变桨系统作用是风速超过额 定风速时，改变迎风角度来 控制稳定的功率输出；同时 在风机故障或风速过高时顺 桨保护风机。
• 变桨系统由变桨控制柜控制 变桨电机转动，带动变桨减 速箱，通过齿轮传动带动变 桨轴承转动，从而带动叶片 变桨。
塔架系统
• 各段塔筒间通过L型，高强度合金钢环锻法 兰及高强度螺栓连接，保证足够可靠的连 接强度。
• 塔筒顶部直径2550mm，底部4200mm，总重 量108t，总高度63m。
五、TD-1500风力发电机组优异特点小结
TD-1500机组技术设计优点
✓轮毂的仰角、锥角以及刚性叶片的应用，使机组 重心接近塔架中心 ✓变速运行，恒频输出 ✓高可靠性的齿轮箱 ✓优化的控制策略，有效的降低了机组的疲劳和极 限载荷 ✓基于载荷计算的设计方案，运行平稳可靠 ✓完善的低电压穿越能力 ✓采用冗余设计、UPS电源与软刹车技术，具有更高 的安全性 ✓优异的叶片翼型设计，转换效率高 ✓采用软并网、软启动技术，延长风机使用寿命
• 风机经受住了在较大风速、阵风和风向多变条件 的考验；
• 关键部件疲劳寿命均高于20年； • 风机可利用率达97%。
5.3超低温运行
• 环境温度为-35℃时，仍能够继续安全运行。 • 创新点：
– 低温材质。 – 耐低温油品油脂。 – 灵敏的温控系统，优化加热系统、低温启动运行参
数，极端低温能生存，超低温能发电。 – 优化的结构设计，减少大温差范围胀差影响。 – 以5万KW的风电场为例，与目前运行温度为-30℃的
• 强效的抽风系统能对机舱温度过高时，进行有效冷却 。
《变频器及其应用》课件
变频器的应用
02
工业自动化
01
变频器在工业自动化领域中广泛 应用于各种电机控制，如传送带 、包装机械、印刷机械等。
02
通过调节电机转速，实现生产过 程的自动化控制，提高生产效率 ，降低能耗。
空调系统
变频器在空调系统中主要用于控制空 调压缩机的转速，实现制冷量的调节 。
通过调节压缩机的转速，可以精确控 制室内温度，提高舒适度，同时降低 能耗。
根据需要，及时更换变频器内部的元件，如 电容、电阻等。
清洁除尘
定期清洁变频器表面灰尘和杂物，保持其清 洁状态。
软件升级
根据技术发展，及时升级变频器的控制软件 ，以提高其性能和稳定性。
THANKS.
总结词
电力电子技术和微处理技术
详细描述
变频器的工作原理基于电力电子技术和微处理技术，通过改变电机电源的频率来 实现电机的调速和控制。
变频器的分类
总结词
按变换方式、用途和电压等级
详细描述
变频器可以根据不同的分类标准进行分类，如按变换方式可分为交-交变频器和交-直-交变频器，按用途可分为通 用变频器和专用变频器，按电压等级可分为高压变频器和低压变频器等。
随着技术的不断发展，变频器将实现 更高的集成度，将多个功能集成在一 个模块或一个系统中，实现更紧凑、 更高效的设计。
智能化
未来变频器将更加智能化，具备更强 的自适应和自学习能力，能够根据不 同的工况和参数进行调整和控制，提 高自动化和智能化水平。
市场发展趋势
普及化
随着技术的不断成熟和成本的降 低，变频器将在更多的领域得到 应用和普及，成为工业自动化控
电梯系统
变频器在电梯系统中用于控制电机的启动和停止，实现电梯 的平稳运行。
变速恒频风力发电技术在贵州电力的应用
变速恒频风力发电技术在贵州电力的应用王声罡（华能赫章风力发电有限公司）1引言我国现代风力发电技术始于20世纪70年代。
2002年底，我国风力发电装机容量达473MW，遍布全国各地。
贵州水、火电资源均十分丰富，根据既有电源前期工作成果，贵州电源开发容量终可达4000万kW以上，其中火电和水电占据很大一部分。
在贵州西部与云南交界处高海拔地区的威宁、毕节等县（市）有4个可供开发利用的风电场点，可开发风能约200万kW。
相比于火电和水电，风电容量略显不足，但是由于风能的开发成本低、污染少、可循环利用，并且能够显著改善偏远地区的用电状况，发展前景广阔。
相对于变速变频系统与恒速恒频系统，变速恒频系统在风力发电机与电网并网过程中优势明显，并且能够很好的适应风速的变化，因此，变速恒频风力发电技术被广泛应用与风电场中。
2变速恒频风力发电的桨距调节2.1定桨距的失速调节此种条件技术通常恒速风力发电系统中。
它是原理是，把桨叶和轮毂连接固定，不改变桨距角的大小，借助桨叶自身失速特性，在比额定风速高的情况下，将气流的功角增大到失速的条件下，这样一来，就会在桨叶表面产生紊流，以此来降低工作效率，从而实现限制功率的目的。
此种调节方式不仅简单，而且非常可靠，然而，由于叶片重量较大，同时结构过于复杂，这样一来，使桨叶、塔架等元件承受较大的力，从而大大降低机组的工作效率。
2.2变桨距调节在定桨距基数上安装桨距调节装置，就形成了变桨距机组。
叶片的桨距能够随风速的变化而发生一定的变化，此装置一般用在变速运行的风力发电机系统中。
其中，变桨距调节是为进一步改善风力机组的起动特性与功率输出特性。
其主要调节原理是：当发电机转动后，调节桨距角，能够合理的控制转速，在并网后，也能够控制功率大小，如果输出功率比额定功率小，那么桨距角为零，不需要进行调节；如果输出功率比额定功率大时，要通过调节桨距角，大大减小功角，这样才能确保输出功率和额定值相等。
此装置的优点有很多，比如：桨叶受力非常小，因此，可以做到轻巧些，这样一来，不仅节省了材料，而且也大大降低了机组的重量；适当条件桨距角可以大大增加功率的输出，所以，有利于提高运行性能。
变频器参数及功能详解(最全)
1.2变频器结构
1.3变频器工作原理
1.4变频器基本参数
1.5变频器软件Drive windows PC使用说明
1.6变频器程序功能
1.7控制方框图
1.8信号与参数功能
1.9故障追踪
1.1概述
变频器作为一个工业产品的名称被应用在风电行业，也称变流器（converter）。在风电行业，变频器有其特殊的结构，主要区别在于，A、风电行业的变频器带有并网柜；B、风电行业的变频器带有crowbar（电网故障时，用于保护变频器）。另外风电变流器应满足恶劣、高海拔、振动、高温、低温等环境的要求，环境的要求详见第四部发电系统技术条件。我公司2.0MW风电机组采用双馈发电方式，因此对于全功率变频器的原理及实现方式不予介绍。本部分变频器的目标对象是ABB生产的ACS800-67－1160/480，该变频器作为一款广泛应用的风电变频器，其结构、原理、功能等方面与各主流的变频器基本一致。
图1.3.1变频器基本结构
1.3.2并网原理
1.3.2.1并网过程分为两个部分：同步和并网。
并网的基本条件是：定子电压和电网电压同幅、同相位、同频、同相序。变频器通过检测发电机转子的位置，及电网磁场电角度，给定发电机转子励磁，使得发电机定子电压满足并网条件。
1.3.2.2同步主要目的是：在闭合定子和电网之间的主断路器前，迫使定子电压与电网电压同步。这会降低断路器闭合时的瞬态电流转矩冲击。为了正确地完成这个动作，电网、定子、转子和编码器的相序必须正确。其次目的是：确定由编码器测出的转子的实际位置，以便转子磁通能正确的转换到定子侧，反之亦然。
图1.3.2-2转子相序错误
1.3.2.3并网
对双馈发电方式将风力发电机连接到电网上的步骤如下：
风力发电 变频器 指标 定义
风力发电变频器指标定义风力发电变频器是一种用于控制风力发电机组的设备，其主要功能是将从风力发电机组产生的交流电转换为可供电网接入的交流电。
风力发电变频器具有多个指标定义，下面将对其中的一些重要指标进行详细解释。
1. 功率因数：功率因数是电能的有用功率与总功率之比，表示电能转换效率的指标。
对于风力发电变频器来说，功率因数通常应在0.95以上，这意味着大部分的风能被转化为有用的电能，而不是浪费在无效的功率损耗上。
2. 效率：效率是指变频器从输入到输出之间的能量转换效率。
对于风力发电变频器来说，效率通常应在95%以上，这意味着变频器能有效地将风力发电机组产生的交流电转换为可供电网接入的电能，减少能源浪费和对环境的影响。
3. 频率范围：频率范围是指变频器可以输出的交流电频率范围。
不同的国家和地区可能有不同的标准频率要求，如50Hz或60Hz。
因此，风力发电变频器应能够适应不同频率范围的要求，以确保交流电能够与当地电网兼容。
4. 输出电压：输出电压是指变频器输出的交流电电压。
通常情况下，风力发电变频器应能够根据实际需要提供稳定的输出电压，以满足电网接入的要求。
5. 响应时间：响应时间是指变频器从接收到输入信号到产生相应输出的时间间隔。
对于风力发电变频器来说，响应时间应越短越好，以确保风力发电机组在风速变化时能够快速响应并调整输出，以实现最佳发电效果。
6. 控制精度：控制精度是指变频器对输出频率、电压等参数的控制精度。
对于风力发电变频器来说，控制精度应足够高，以确保发电系统能够根据实际需求进行精确控制，提高发电效率。
7. 可靠性：可靠性是指变频器在长时间运行中的稳定性和可靠性。
风力发电变频器应具备稳定的性能和高度的可靠性，以应对恶劣的环境条件和长时间的运行要求。
8. 保护功能：保护功能是指风力发电变频器的保护措施，以避免由于过电流、过压、过温等因素引起的故障和损坏。
风力发电变频器应具备完善的保护功能，以确保发电系统的安全稳定运行。
风机变频器控制原理
K2
iL1..3
iG1..3 UDC
iR1..3
K,L,M
DFIG
15μH 12uH, 550A 550A
rotor current feedback
UL12 UL32
3x40A 3x32A
grid filter
0,6mH, 1.2mH 330A 300A fibre or copper
dV/dT Filter
ωK=pθ ——dq系统旋转速度
控制策略
基于定子磁场定向的矢量控制： 令同步轴线d轴与定子磁场向量重合，推导出解耦有功和无 功分量方程如下
P1 u sq irq / L1 Q1 u sq ( s Mird ) / L1
L1=Ls/Lm Ls——定子自感 Lm——定转子间互感
i_rotor
Basic Schematic of Doubly-fed Generator Wind-turbine 当前状态：IDLE（初始状态）: 预充电接触器断开状态; 网侧接触器断开状态; 定子断路器关断状态; 网侧逆变器关闭状态; 转子逆变器关闭状态;
V_dcbus
du/dt滤波器
Crowbar
双PWM变流器主电路结构图
向电网发送电能
DFIG转子绕 组的漏感和 等效电阻
DFIG转子绕组 感应电动势
直流环节的 储能电容
控
检测 电路
制
控制电路
V1 L R
电 路
保护 电路
驱动 电路
在主电路 和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
V2
主电路
电气隔离
电力电子器件在实际应用中的系统组成
风轮
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
变频器在风力发电系统中的应用随着清洁能源的重要性日益凸显，风力发电系统成为了可再生能源
领域的重要组成部分。
而在风力发电系统中，变频器的应用发挥着重
要的作用。
本文将探讨变频器在风力发电系统中的应用，并对其优势
进行阐述。
一、变频器的概述
变频器，又称频率变换器，是一种能改变电源频率而提供可调速的
电力设备。
它通过控制交流电源的频率和电压来实现电动机的调速，
并且能够提供更高的效率和稳定性。
在风力发电系统中，变频器可以
控制风力发电机组的转速，使其能够适应不同的风速和负荷要求。
二、变频器在风力发电系统中的作用
1. 风能转换优化：变频器可以根据风力的变化来调节风力发电机组
的转速，使其保持在最佳的转速范围内。
这样可以最大限度地提高风
能的转换效率，实现风力发电系统的优化。
2. 提高可靠性：风力发电机组在草原、海上等等恶劣环境中工作，
受到的风速和气候条件都是不确定的。
变频器通过实时监测风力机组
的运行状态和风速情况，能够及时做出调整，从而提高风力发电系统
的可靠性和稳定性。
3. 降低损耗：传统的风力发电系统往往使用固定转速的发电机组，
这样会导致在风速较低的情况下，转子的转速较高，造成能量的浪费。
而变频器可以实现风力发电机组的可调速，使转子转速与风速匹配，从而降低风力发电系统的损耗。
4. 实现无网运行：在一些偏远地区，缺乏传统的电网供电，需要依靠风力发电系统来为当地提供电力。
变频器可以将直流输出的风力发电系统转换为交流输出，满足当地电力需求。
三、变频器在风力发电系统中的技术要求
1. 安全性：变频器应具备过载保护、短路保护等安全性能，确保风力发电系统的稳定运行。
2. 效率：变频器应具备高效率的特点，以降低能源的浪费和系统的损耗。
3. 可靠性：变频器应具备高度的可靠性和稳定性，避免因故障导致风力发电系统的停止运行。
4. 谐波抑制：变频器应具备抑制电网谐波等功率质量问题，确保风力发电系统对电网的影响在一定范围内。
四、变频器在风力发电系统中的应用案例
1. 案例一：某风力发电场使用了先进的变频器技术，实现了风机组的智能控制和优化调速。
这使得风机在恶劣的风速环境下仍能高效稳定地运行，提高了发电效率和可靠性。
2. 案例二：某海上风力发电场采用变频器控制系统，实现了风机组的远程监测和控制。
这使得运维人员能够远程实时监控风机组的运行
状态，及时判断故障并进行修复，提高了风力发电系统的稳定性和效率。
五、结论
变频器在风力发电系统中具有重要的应用价值。
它可以通过调节风力发电机组的转速，实现对风能的优化转换；提高风力发电系统的可靠性和稳定性；降低能量的浪费和系统的损耗；以及满足偏远地区的电力需求。
然而，为了实现更高效、可靠和安全的风力发电系统，对变频器的技术要求也越来越高。
---。