风电变流器培训课件.ppt

1、目录 1 风电变流器的主要生产厂家 2 风电变流器的介绍 3 变流器结构1风电变流器的主要生产厂家1风电变流器的主要生产厂家特点：一、采用直接转矩控制（DTC）；二、三相半桥模块化设计；三：全封闭紧凑型设计；1风电变流器的主要生产厂家特点：一、低压系列采用相桥模块化设计；二、产品成熟；三；产品设计较ABB较低；1风电变流器的主要生产厂家特点：一、融入众多永磁发电机的概念；二、可轻松实现功率因数的控制；三、模块化水冷功率模块；1风电变流器的主要生产厂家特点：一、高效率；二、高功率密度；三、无功功率补偿；四、集成式数据记录器；1风电变流器的主要生产厂家特点：一、采用矢量控制技术，实现有功、无功的解

2、耦控制；二、功率模块易于维护，替换性强；三、掌握变流器核心技术，根本上解决问题；1风电变流器的主要生产厂家1风电变流器的主要生产厂家1风电变流器的主要生产厂家2变流器的介绍变流器的介绍 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。2.12.1变流器的分类变流器的分类 根据变速恒频风电机组类型的不同

3、，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、高速电励磁电励磁等多种风电机组，其控制对象为同步发电机。2.22.2双馈型变流器双馈型变流器 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

4、率和无功功率的控制。双馈型变流器拓扑图双馈型变流器拓扑图预充电：电网侧变流器启动时，先闭合预充电回路 当直流侧电压达到设定值时切出预充电回路，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。 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。网侧LC滤波单元与箱式变压器漏感构成LCLLCL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/du/dtdt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

5、用寿命。 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。双馈型变流器控制原理双馈型变流器控制原理fsnpfsfrf601 由交流异步发电机的原理可得下面关系式： 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。双馈型风电机组能量流向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nno时，双馈发电机工作在超同步

6、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nno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；网侧变流器机侧变流器亚同步运行亚同步运行超同步运行超同步运行艾默生1.5MW2.32.3全功率型变流器全功率型变流器 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

7、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）。全功率变流器电气组成全功率变流器电气组成：1、电网侧变流器回路、电网侧变流器回路 2、电机侧变流器回路、电机侧变流器回路 3、直流侧卸荷单元、直流侧卸荷单元 4、电励磁单元（电励磁机组）、电励磁单元（电励磁机组）电网侧变流回路：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。电机侧变流器回路电机侧变流器回路：由电

8、压源型PWM变流器、电机侧du/dt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变换器开始调制直流卸荷回路：直流卸荷回路：由直流侧卸荷IGBT开关及释能电阻构成。电励磁单元：电励磁单元：直流母线作为励磁电源，经过IGBT斩波成所需的直流电压为发电机提供励磁，通过调节开关导通占空比，可得到不同的励磁绕组电压值，从而达到调节发电机定子电压的目的。发电机励磁线圈斩波IGBT续流二极管DC+DC-UoUdcIonodconofftUUttooUIR：自故障清除时刻开始，以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。：如果是对称跌落

9、，当风电场并网点电压处于标称电压的20%90%区间内时，风电场应能够通过注入无功电流支撑电压恢复，自并网点电压跌落出现的时刻起，动态无功电流控制的响应时间不大于75ms，持续时间不小于550ms；注入电力系统的动态无功电流。：风电场并网点电压跌至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内能够恢复到标称电压的90%时，风场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。2.42.4低电压穿越低电压穿越 采用IGBT型Crowbar电路吸收发电机转子多余的能量，同时设计了完备的缓冲吸收电路使之具备短时间大电流工作要求； IGBT良好的开关特性可以快速的

10、投入、切出Crowbar装置，度过暂态及快速向机组投入无功电流 直流母线装有卸荷电路，吸收直流母线多余的能量，抑制直流过压并缩短暂态时间。 卸荷电路不是LVRT必须的，但我们推荐配备卸荷电路，可有效防止各种故障所引起的直流母线过压，降低直流侧电容、IGBT过压击穿的风险。：电网电压跌落时，电机侧能量维持不变，电网侧按照无功优先的控制策略，多余的能量全部消耗在DC Chopper电阻。：按照在额定直流电压下，能够消耗掉全部的机组功率为依据，如2MW机组，直流侧电压1100V，则Chopper电阻：RU2/P=0.63变流器结构PLC3变流器结构功率单元电抗器l 功率柜低穿组件3变流器结构功率单元

11、3变流器结构IGBT驱动板电解电容均压电阻板预充电/加热电阻NTC电阻叠层母排散热器功率单元3变流器结构低穿组件CROWBAR电阻二极管晶闸管驱动电路电流互感器卸荷电阻IGBT驱动电路3变流器结构电抗器网侧电抗器du/dt电抗器转子侧接线3变流器结构控制柜网侧控制板（A301A10）机侧控制板（A311A10）码盘板（A311AE83）负载板（K120A5）IO板（A311E24）l摇臂门正面3变流器结构二次接线框架断路器定子接线UPS滤波电容低压配电并网柜定子上出线电网下进线3变流器结构并网柜l滤波电容3变流器结构并网柜l滤波电容3变流器结构并网柜l框断并网框架断路器并网接触器3变流器结构并网柜l框断电流脱扣器框架断路器操作.合闸，.储能，为下次合闸准备.脱扣，欠压脱扣3变流器结构并网柜l框断过流脱扣器三段式过流保护过载长延时：Ir=0.9，Tr=4短路短延时：Isd=6，tsd=0.1s(on)短 路 速 断： Ii=8L1L2L3PEVCS / VRCC