變流器介紹教材

變流器風(fēng)力發(fā)電知識(shí)普及與交流（3）

風(fēng)力發(fā)電需要解決的控制問(wèn)題恒速恒頻方式指在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，從而得到恒頻的電能。由于風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比，恒速恒頻機(jī)組的轉(zhuǎn)速保持不變，而風(fēng)速又經(jīng)常在變化，顯然風(fēng)能利用率很低變速恒頻方式即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的波動(dòng)作變速運(yùn)行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風(fēng)能的利用率，但將導(dǎo)致必須增加實(shí)現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備在風(fēng)力發(fā)電中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，要求風(fēng)電的頻率與電網(wǎng)頻率保持一致，即頻率保持恒定。

永磁同步發(fā)電機(jī)（直驅(qū)式）＋全功率變流器。

變速恒頻運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方案雙饋異步發(fā)電機(jī)＋部分功率變流器

風(fēng)電變流器及產(chǎn)業(yè)概況國(guó)外主流風(fēng)機(jī)變流器生產(chǎn)商其中：CONVERTEAM、ABB、EMERSON等占有國(guó)內(nèi)前幾位的市場(chǎng)份額風(fēng)電變流器及產(chǎn)業(yè)概況國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)變流器產(chǎn)業(yè)到目前為止，國(guó)內(nèi)從事變流器生產(chǎn)的廠家有20

多家，主要有禾望電氣、陽(yáng)光電源、科諾偉業(yè)、龍?jiān)措姎?、清能華福、大全集團(tuán)、九洲電氣、北京能高、海得控制、榮信股份等，已逐漸形成了一個(gè)國(guó)產(chǎn)自主品牌風(fēng)能變流器產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)群體。

目前，美國(guó)超導(dǎo)、ABB、Converteam、Switch

等國(guó)外品牌占有我國(guó)大部分的市場(chǎng)份額。在國(guó)內(nèi)風(fēng)能變流器廠家中，禾望電氣、陽(yáng)光電源、科諾偉業(yè)憑借研發(fā)優(yōu)勢(shì)處于競(jìng)爭(zhēng)的第一梯隊(duì)。變流技術(shù)直流斬波器逆變：直流變交流（DC-AC）電力變換斬波：直流變直流（DC-DC）實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)逆變器變壓、變頻、移相：交流變交流（AC-AC）變壓器、變頻器移相器整流：交流變直流（AC-DC）整流器實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)機(jī)電氣原理圖10...24kV,f=50Hzor60Hz變壓器機(jī)側(cè)變流器網(wǎng)側(cè)變流器齒輪箱制動(dòng)器變槳機(jī)構(gòu)主軸承主回路斷路器變流控制器風(fēng)機(jī)主控器異步發(fā)電機(jī)開關(guān)設(shè)備雙饋式風(fēng)機(jī)變流器特點(diǎn)雙饋型系統(tǒng)的變流器容量（相當(dāng)于轉(zhuǎn)差功率）一般只占發(fā)電機(jī)組額定功率的30％左右，體積和重量較小，因而具有較低的成本。容量小，成本低定子直接與電網(wǎng)相連，風(fēng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)比較敏感，在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，比較容易跳閘脫網(wǎng)。在低風(fēng)速時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)變流器向發(fā)電機(jī)饋入勵(lì)磁功率,發(fā)電效益較低；在高風(fēng)速時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組向換流器輸出勵(lì)磁功率，發(fā)電效益較高；直驅(qū)式風(fēng)機(jī)電氣原理圖機(jī)側(cè)變流器將電機(jī)定子輸出的三相交流整流為直流，實(shí)現(xiàn)電機(jī)在不同的風(fēng)速和轉(zhuǎn)速條件下穩(wěn)定的直流電壓輸出。網(wǎng)側(cè)變流器將直流電流轉(zhuǎn)換成三相交流電送入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全功率風(fēng)電機(jī)組的可靠并網(wǎng)運(yùn)行。變流器系統(tǒng)組成變流器系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)模塊網(wǎng)側(cè)濾波器機(jī)側(cè)模塊機(jī)側(cè)濾波器Chopper模塊軟啟回路變流器系統(tǒng)組成用于將機(jī)側(cè)模塊輸出的能量回饋電網(wǎng)，在電網(wǎng)波動(dòng)的情況下維持直流母線電壓的穩(wěn)定。網(wǎng)側(cè)模塊接在電網(wǎng)和網(wǎng)側(cè)模塊之間，用于吸收高頻分量。連接在發(fā)電機(jī)定子上，通過(guò)控制定子轉(zhuǎn)矩電流實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，并且把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換到直流母線上。網(wǎng)側(cè)濾波器機(jī)側(cè)模塊變流器系統(tǒng)組成可以有效降低機(jī)側(cè)電壓的變化率，改善定子承受的電應(yīng)力，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)定子的絕緣壽命。主要用于抑制直流母線過(guò)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器的保護(hù)，并且在電網(wǎng)跌落時(shí)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能。機(jī)側(cè)濾波器軟啟回路Chopper模塊減小啟機(jī)對(duì)電網(wǎng)和變流器的沖擊。低電壓穿越LVRT(LowVoltageRideThrough)是指當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時(shí)，在一定電壓跌落范圍內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，甚至向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間(區(qū)域)。低電壓穿越的概念電網(wǎng)電壓跌落對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組有著較大的影響。暫態(tài)過(guò)程導(dǎo)致發(fā)電機(jī)中出現(xiàn)的過(guò)電流會(huì)損壞電力電子器件，附加的轉(zhuǎn)矩、應(yīng)力過(guò)大則會(huì)損壞風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件。電壓跌落的危害

一般通過(guò)保護(hù)切除風(fēng)電機(jī)組的方法來(lái)處理

a)電網(wǎng)電壓峰值(標(biāo)幺值)b)直流母線電壓(標(biāo)幺值)c)網(wǎng)側(cè)電流(標(biāo)幺值)保護(hù)切機(jī)的影響LVRT必不可少風(fēng)電裝機(jī)比例較低時(shí)，允許風(fēng)電場(chǎng)在電網(wǎng)發(fā)生故障及擾動(dòng)時(shí)切除，不會(huì)引起嚴(yán)重后果。風(fēng)電裝機(jī)比例較高時(shí)，在高風(fēng)速期間，大量風(fēng)電切除會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)潮流的大幅變化，甚至可能引起大面積的停電，引起電網(wǎng)的擴(kuò)大化故障，給電網(wǎng)的恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。風(fēng)機(jī)大面積切機(jī)不但會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響，還會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組本身造成很大危害。中國(guó)對(duì)低電壓穿越的要求這個(gè)能量釋放的過(guò)程很容易引起轉(zhuǎn)子的超速、機(jī)端交流電壓的升高和直流側(cè)電容電壓的升高，嚴(yán)重威脅風(fēng)機(jī)機(jī)組和變流器器件的安全。永磁同步發(fā)電系統(tǒng)低電壓保護(hù)策略

轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動(dòng)能給變流器直流側(cè)電容充電轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能通過(guò)儲(chǔ)能/耗能電路釋放在電網(wǎng)電壓突降的瞬間，風(fēng)電機(jī)組的能量無(wú)法完全輸出到電網(wǎng)PMSG實(shí)現(xiàn)LVRT的硬件拓?fù)浞椒ㄔ谥绷髂妇€上接耗能單元，當(dāng)檢測(cè)母線電壓過(guò)高時(shí)消耗掉多余的能量。在直流母線上接額外的儲(chǔ)能單元，當(dāng)檢測(cè)直流母線電壓過(guò)高時(shí)轉(zhuǎn)移多余的能量，故障恢復(fù)后將所存儲(chǔ)的能量饋入電網(wǎng)增加變流器容量。1)耗能法2)儲(chǔ)能法c)增加容量一期風(fēng)電變流器參數(shù)本變流器為背靠背機(jī)型，共有四個(gè)柜體，分別是網(wǎng)側(cè)配電柜、網(wǎng)側(cè)功率柜、機(jī)側(cè)配電柜、機(jī)側(cè)功率柜。整機(jī)配置網(wǎng)側(cè)配電柜網(wǎng)側(cè)功率柜機(jī)側(cè)配電柜機(jī)側(cè)功率柜背面正面變流器柜體布局示意圖（俯視圖）主要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)的并網(wǎng)脫網(wǎng)和用戶配電需求，完成控制電路和執(zhí)行元件間的信號(hào)隔離、信號(hào)驅(qū)動(dòng)、信號(hào)反饋等。主要實(shí)現(xiàn)母線能量和電網(wǎng)的能量交互與傳輸，并實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的控制。主要實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)能量和母線的能量交互與傳輸，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。各分柜功能機(jī)側(cè)配電柜網(wǎng)側(cè)功率柜機(jī)側(cè)功率柜變流器整機(jī)外觀整機(jī)內(nèi)部配置（背面視圖）1Chopper電阻 2Chopper功率組件 3網(wǎng)側(cè)功率模塊A/B/C（從左到右）4網(wǎng)側(cè)電感 5網(wǎng)側(cè)功率柜換熱組件6網(wǎng)側(cè)電感換熱組件7濾波電容器 8網(wǎng)側(cè)斷路器 9電網(wǎng)防雷保護(hù)熔斷器開關(guān)變流器內(nèi)部構(gòu)成（正面視圖）1配電板 2機(jī)側(cè)隔離開關(guān) 3信號(hào)防雷板 4軟啟放電回路組件5機(jī)側(cè)功率模塊A/B/C（從右到左）6機(jī)側(cè)功率柜換熱組件 7機(jī)側(cè)電感換熱組件8機(jī)側(cè)電感 9外循環(huán)軟管夾座 變流器的正常啟動(dòng)流程變流器艙內(nèi)溫度和濕度是否滿足運(yùn)行條件輔助電源上電總線通訊建立系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)主控運(yùn)行命令軟啟接觸器閉合，對(duì)直流母線充電充電結(jié)束，接觸器斷開主斷路器閉合，網(wǎng)側(cè)調(diào)制機(jī)側(cè)同步，機(jī)側(cè)隔離開關(guān)合閘并網(wǎng)成功、開始發(fā)電加熱否是變流器正常停機(jī)流程主控停機(jī)命令機(jī)側(cè)脫網(wǎng)機(jī)側(cè)隔離開關(guān)斷開網(wǎng)側(cè)停止調(diào)制主斷路器斷開緊急停機(jī)至重新開機(jī)過(guò)程緊急停機(jī)（按下急停按鈕）故障解決DSP自動(dòng)上電復(fù)位恢復(fù)急停按鈕（旋轉(zhuǎn)按鈕使之彈起）啟動(dòng)變流器全功率變流器功能在指定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出電能饋入電網(wǎng)；產(chǎn)生所需要的無(wú)功功率；通過(guò)保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，變流器會(huì)與系統(tǒng)脫離并立即斷開進(jìn)入保護(hù)程序。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)變流器特點(diǎn)

直驅(qū)型系統(tǒng)需要全功率變流器，即變流器的容量需要按風(fēng)電機(jī)組額定功率設(shè)計(jì)，體積和重量大，因而具有較高的成本。