SEWIND变流器原理和功能_20090423.ppt

2009 4 23 1 变流器原理和功能 2009 4 23 2 目录 DFIG系统变速恒频控制原理功率因数调节控制策略变流器与主控制器之间的信息交换变流器系统图并网过程技术参数保护功能硬件结构 2009 4 23 3 DFIG系统 电网侧变流器 电机侧变流器 2009 4 23 4 变速恒频控制原理 变速恒频 转子的转速跟踪风速的变化 定子侧恒频恒压输出 f1 定子电流频率 与电网频率相同 p 电机极对数 fm 转子机械频率 fm n 60 n为发电机转子转速 f2 转子电流频率 n小于定子旋转磁场的同步转速ns时 处于亚同步运行状态 上式取正号 此时变流器向发电机转子提供交流励磁 发电机由定子发出电能给电网 n大于ns时 处于超同步运行状态 上式取负号 此时发电机由定子和转子发出电能给电网 变流器的能量逆向流动 n等于ns时 处于同步运行状态 f2 0 变流器向转子提供直流励磁 因此 当发电机转速n变化时 即pfm变化 若控制f2相应变化 可使f1保持恒定不变 即与电网频率保持一致 也就实现了变速恒频控制 2009 4 23 5 功率因数调节 考虑到风电系统的功率扰动以及电网本身的供电质量问题 因此希望风力发电系统发电机输出有功功率可调节 同时还能改变输出功率因数 通过转子侧变频器励磁控制 可以实现风力发电机组在稳定状态下的总有功功率和转差率不随功率因数设定值的变化而变化 其总有功功率由机组的风机功率特性与风况决定 同时 发电机的转差率由风力机组的总有功功率和转速控制特性决定 与发电机输出无功功率无关 2009 4 23 6 控制策略 在基于同步电动机变频调速的矢量控制策略中 由于转子接变频器的结构特点 目前应用在DFIG的励磁控制中主要有两大类 即基于气隙磁场定向的矢量控制策略和基于定子磁场定向的矢量控制策略 矢量控制 2009 4 23 7 控制策略 基于双馈电机数学模型的坐标变换 定转子三相坐标系 两相静止坐标系和两相旋转坐标系 r p r 转子旋转角速度 K p dq系统旋转速度 2009 4 23 8 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 由此可见 采用定子磁场定向矢量控制时 定子侧有功功率P1可通过转子电流的转矩分量irq控制 定子侧的无功功率Q1可通过转子电流的励磁分量ird控制 因此 通过调节转子励磁电流的幅值和相位 可达到调节有功功率和无功功率的目的 L1 Ls LmLs 定子自感Lm 定转子间互感 2009 4 23 9 控制策略 2009 4 23 10 变流器与控制器之间的信息交换 2009 4 23 11 变流器系统图 Z2 2009 4 23 12 并网过程 2009 4 23 13 励磁阶段 预充电I 2009 4 23 14 励磁阶段 预充电II 2009 4 23 15 孤岛运行阶段 DC link升压 2009 4 23 16 孤岛运行阶段 同步化 2009 4 23 17 并网阶段 并网 slip 0 2009 4 23 18 并网阶段 亚同步 slip 0 2009 4 23 19 并网阶段 超同步 slip 0 2009 4 23 20 技术参数 1 25MW 额定功率 1250kW total 同步转速 1000rpm转速范围 700至1300rpm额定转速 1100rpm额定电压 690V 10 电网频率 50Hz 1Hz功率因数可调范围 容性 欠励0 9 感性 过励0 9510秒平均最大功率 1665kW定子额定电流 980A Cosphi 1和额定电压下 转子电流 350A 额定功率和额定转速下 电网侧变流器容量 490kVA电机侧变流器容量 590kVAdu dt 1 0kV sDC link 1100VDC 2009 4 23 21 保护功能 快速的过流保护 软件与硬件双重保护 2009 4 23 22 保护功能 热保护 通过限制电机侧变流器的电流来进行热保护 2009 4 23 23 保护功能 防雷保护和电磁兼容性 发电机定子 转子PE线直接连接变流器接地铜排转子电缆屏蔽层两端接地编码器屏蔽层两端接地变流器接地铜排直接与风电机组接地系统相连风力机主回路的浪涌保护器装在并网主断路器两侧 形成两级防雷保护 2009 4 23 24 变流器远程访问 2009 4 23 25 硬件结构 SEG变流器 CW1250 1S1IGBT 1S2Rotor 1S3Control 1S4Stator 2009 4 23 26 硬件结构 电网侧电抗器 电机侧变流器和网侧变流器 电机侧du dt滤波器 热交换器 2009 4 23 27 硬件结构 to转子 Crowbar 3相自耦变压器 dc link测量单元 2009 4 23