SEWIND变流器原理和功能_20090423

1、2009-4-231变流器原理和功能2009-4-232目录目录 DFIG系统系统变速恒频控制原理变速恒频控制原理功率因数调节功率因数调节控制策略控制策略变流器与主控制器之间的信息交换变流器与主控制器之间的信息交换变流器系统图变流器系统图并网过程并网过程技术参数技术参数保护功能保护功能硬件结构硬件结构2009-4-233=3=3f = fGridf fGrid齿轮箱齿轮箱双馈感应双馈感应发电机发电机风轮风轮DFIG 系统系统电网侧变流器电网侧变流器电机侧变流器电机侧变流器2009-4-234变速恒频控制原理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。变速恒频：转子的

2、转速跟踪风速的变化，定子侧恒频恒压输出。21fpffmf1 定子电流频率，与电网频率相同；定子电流频率，与电网频率相同；p电机极对数；电机极对数；fm转子机械频率，转子机械频率，fm=n/60（n为发电机转子转速）；为发电机转子转速）；f2转子电流频率；转子电流频率；n n小于定子旋转磁场的同步转速小于定子旋转磁场的同步转速nsns时，处于亚同步运行状态，上式取正号，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；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 n大于大于nsns时，处于超同步运行状态，上式取负号，此时发电

3、机由定子和转时，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；子发出电能给电网，变流器的能量逆向流动；n n等于等于nsns时，处于同步运行状态，时，处于同步运行状态，f2=0f2=0，变流器向转子提供直流励磁；，变流器向转子提供直流励磁；因此，当发电机转速因此，当发电机转速n n变化时，即变化时，即pfmpfm变化，若控制变化，若控制f2 f2相应变化，可使相应变化，可使f1 f1保保持恒定不变，即与电网频率保持一致，也就实现了变速恒频控制。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。2009-4-235功率因数调节功率因数调节 考

4、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功率特性与风况决定，

5、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。速控制特性决定，与发电机输出无功功率无关。2009-4-236控制策略控制策略 在基于同步电动机变频调速的矢量控制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，目策略中，由于转子接变频器的结构特点，目前应用在前应用在DFIGDFIG的励磁控制中主要有两大类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，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于定子磁场定向的矢量控制策略 矢量控制矢量控制2009-4-237控制策略控制策略基于双馈电机数学模型的

6、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=pr 转子旋转角速度K=p dq系统旋转速度2009-4-238控制策略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1111/ )(/LMiuQLiuPrdssqrqsq由此可见，采用定子磁场定向矢量控制时，定子侧有功功率由此可见，采用定子磁场定向矢量控制时，定子侧有功功率P1可可通过转子电流的转矩分量通过转子电流的转矩分量irq控制，定子侧的无功功率控制，定子侧的无功功率Q1可通过可通过转子电流的励磁分量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控制。因此，

7、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。值和相位，可达到调节有功功率和无功功率的目的。L1=Ls/Lm Ls定子自感Lm定转子间互感2009-4-239控制策略控制策略2009-4-2310变流器与控制器之间的信息交换变流器与控制器之间的信息交换2009-4-2311变流器系统图变流器系统图Z22009-4-2312并网过程并网过程Dc-link chargerConverter3 Double fed induktion machinedv/dt FilterMains reactorCharging transformerAuxilliary contactM

8、ains circuit-breakergrid2009-4-2313励磁阶段：预充电励磁阶段：预充电Idc-link = 0VDc-link chargerConverter3 Double fed induktion machinedv/dt FilterMains reactorCharging transformerAuxilliary contactMains circuit-breakergrid2009-4-2314励磁阶段：预充电励磁阶段：预充电IIDc-link chargerConverter3 Double fed induktion machinedv/dt Filte

9、rMains reactorCharging transformerAuxilliary contactMains circuit-breakergriddc-link 160V-180V2009-4-2315孤岛运行阶段：孤岛运行阶段：DC-link升压升压3 Double fed induktion machineDc-link chargerConverterdv/dt FilterMains reactorCharging transformerAuxilliary contactMains circuit-breakergriddc-link = 1100V2009-4-2316孤岛

10、运行阶段：同步化孤岛运行阶段：同步化Converter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2317并网阶段：并网并网阶段：并网(slip = 0)Converter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2318并网阶段：亚同步并网阶段：亚同步(slip 0)Conv

11、erter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2319并网阶段：超同步并网阶段：超同步 (slip 0)Converter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2320技术参数（技术参数（1.25MW）额定功率：1250kW(total)同步转速：1000 rpm转

12、速范围：700至1300 rpm额定转速：1100 rpm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 (Cos phi=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：490 kVA电机侧变流器容量：590 kVAdu/dt 1.0kV/sDC-link：1100V DC2009-4-2321保护功能：快速的过流保护保护功能：快速的过流保护软件与硬件双重保护2009-4-2322保护功能：热保护保护功能：热保护通过限制电机侧变流器的电流

13、来进行热保护2009-4-2323保护功能：防雷保护和电磁兼容性保护功能：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 2009-4-2324变流器远程访问变流器远程访问变频器诊断MMI 程序显示状态修改参数上载轨迹记录下载程序包调试硬件连接串并串行结构2009-4-2325硬件结构硬件结构SEGSEG变流器变流器- -CW1250CW12501S1IGBT1S2Rotor1S3Control1S4Stator2009-4-2326硬件结构硬件结构电网侧电抗器电网侧电抗器电机侧变流器和网侧变流器电机侧变流器和网侧变流器电机侧电机侧du/dtdu/dt滤波器滤波器热交换器热交换器2009-4-2327硬件结构硬件结构to转子转子CrowbarCrow