變頻器控制原理

1、變頻器系統(tǒng)機(jī)器原理介紹 DFIG系統(tǒng)系統(tǒng) 變速恒頻控制原理變速恒頻控制原理 功率因數(shù)調(diào)節(jié)功率因數(shù)調(diào)節(jié) 控制策略控制策略 變流器系統(tǒng)圖變流器系統(tǒng)圖 并網(wǎng)并網(wǎng)過(guò)程過(guò)程 硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)2009-5-25=3=3f = fGridf fGrid齒輪箱齒輪箱雙饋感應(yīng)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)風(fēng)輪風(fēng)輪DFIG 系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)變流器電網(wǎng)側(cè)變流器電機(jī)側(cè)變流器電機(jī)側(cè)變流器交直交電壓型變流器交直交電壓型變流器DFIG 系統(tǒng)交流側(cè)功率因數(shù)控制保持直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率，以實(shí)現(xiàn)DFIG變速恒頻運(yùn)行調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流幅值和相位控制DFIG電勢(shì)的相位和頻率確保DFIG輸出解耦的有功功率和無(wú)功功率電網(wǎng)側(cè)交流濾波電抗器：

2、抑制功率元件通斷引起的電磁干擾電機(jī)側(cè)du/dt濾波器：濾除由于功率元件開(kāi)關(guān)引起的高電壓上升沿和下降沿的高頻信號(hào)，防止此高頻信號(hào)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的影響變頻器控制單元：電網(wǎng)電壓、電流測(cè)量；功率測(cè)量；電網(wǎng)監(jiān)測(cè)；與主控制器通訊低次諧波過(guò)濾器1(根據(jù)需求投切)低次諧波過(guò)濾器2(固定投切)過(guò)壓保護(hù)器：dc-link電壓過(guò)高時(shí)開(kāi)啟，短路轉(zhuǎn)子，保護(hù)變頻器變頻器系統(tǒng)框圖變頻器系統(tǒng)框圖DFIG 系統(tǒng)雙PWM變流器主電路結(jié)構(gòu)圖從電網(wǎng)吸收電能向電網(wǎng)發(fā)送電能網(wǎng)側(cè)變換器交流側(cè)三相電壓進(jìn)線電抗器的等效電阻和電感網(wǎng)側(cè)變換器交流側(cè)三相電流直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能電容DFIG轉(zhuǎn)子繞組的漏感和等效電阻DFIG轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電力電子器件電力

3、電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控控制制電電路路檢測(cè)檢測(cè)電路電路驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路電路RL主電路主電路V1V2保護(hù)保護(hù)電路電路在主電路在主電路和控制電和控制電路中附加路中附加一些電路，一些電路，以保證電以保證電力電子器力電子器件和整個(gè)件和整個(gè)系統(tǒng)正常系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行可靠運(yùn)行電氣隔離電氣隔離控制電路控制電路變頻器的內(nèi)部控制框圖變速恒頻控制原理變速恒頻：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速跟蹤風(fēng)速的變化，定子側(cè)恒頻恒壓輸出。變速恒頻：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速跟蹤風(fēng)速的變化，定子側(cè)恒頻恒壓輸出。21fpffmf1 定子電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；定子電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；p電機(jī)極對(duì)數(shù)；電機(jī)極對(duì)數(shù)；fm轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率，轉(zhuǎn)子機(jī)械

4、頻率，fm=n/60（n為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）；為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）；f2轉(zhuǎn)子電流頻率；轉(zhuǎn)子電流頻率；n n小于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速小于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速nsns時(shí)，處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取正號(hào)，時(shí)，處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取正號(hào)，此時(shí)變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)；此時(shí)變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)；n n大于大于nsns時(shí)，處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取負(fù)號(hào)，此時(shí)發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)時(shí)，處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取負(fù)號(hào)，此時(shí)發(fā)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出電能給電網(wǎng)，變流器的能量逆向流動(dòng)；子發(fā)出電能給電網(wǎng)，變流器的能量逆向流動(dòng)；n n等于等于nsns時(shí)

5、，處于同步運(yùn)行狀態(tài)，時(shí)，處于同步運(yùn)行狀態(tài)，f2=0f2=0，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁；，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁；因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n n變化時(shí)，即變化時(shí)，即pfmpfm變化，若控制變化，若控制f2 f2相應(yīng)變化，可使相應(yīng)變化，可使f1 f1保保持恒定不變，即與電網(wǎng)頻率保持一致，也就實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制。持恒定不變，即與電網(wǎng)頻率保持一致，也就實(shí)現(xiàn)了變速恒頻控制。功率因數(shù)調(diào)節(jié) 考慮到風(fēng)電系統(tǒng)的功率擾動(dòng)以及電網(wǎng)本身的供電質(zhì)量問(wèn)題，因此希望風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出有功功率可調(diào)節(jié)，同時(shí)還能改變輸出功率因數(shù)。通過(guò)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器勵(lì)磁控制，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定狀態(tài)下的總有功功率和轉(zhuǎn)差率不隨

6、功率因數(shù)設(shè)定值的變化而變化。其總有功功率由機(jī)組的風(fēng)機(jī)功率特性與風(fēng)況決定，同時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率由風(fēng)力機(jī)組的總有功功率和轉(zhuǎn)速控制特性決定，與發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率無(wú)關(guān)?？刂撇呗?在基于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的矢量控制策略中，由于轉(zhuǎn)子接變頻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，目前應(yīng)用在DFIG的勵(lì)磁控制中主要有兩大類(lèi)，即基于氣隙磁場(chǎng)定向的矢量控制策略和基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制策略 矢量控制控制策略基于雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型的坐標(biāo)變換：定轉(zhuǎn)子三相坐標(biāo)系兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系r=pr 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度K=p dq系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)速度控制策略基于定子磁場(chǎng)定向的矢量控制：令同步軸線d軸與定子磁場(chǎng)向量重合，推導(dǎo)出解耦有功和無(wú)功分量方程如下111

7、1/ )(/LMiuQLiuPrdssqrqsq由此可見(jiàn)，采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制時(shí)，定子側(cè)有功功率由此可見(jiàn)，采用定子磁場(chǎng)定向矢量控制時(shí)，定子側(cè)有功功率P1可可通過(guò)轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量通過(guò)轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量irq控制，定子側(cè)的無(wú)功功率控制，定子側(cè)的無(wú)功功率Q1可通過(guò)轉(zhuǎn)可通過(guò)轉(zhuǎn)子電流的勵(lì)磁分量子電流的勵(lì)磁分量ird控制。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值控制。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率的目的。和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率的目的。L1=Ls/Lm Ls定子自感Lm定轉(zhuǎn)子間互感控制策略變流器系統(tǒng)圖du/dt濾波器電抗器并網(wǎng)過(guò)程：預(yù)充電Udc并網(wǎng)過(guò)程：DC

8、-link升壓Udc并網(wǎng)過(guò)程：同步化Ustator并網(wǎng)過(guò)程：并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行：亞同步 變頻器的保護(hù)電路 原因保護(hù)財(cái)產(chǎn)和人身的安全 通常有五種保護(hù)電路：過(guò)流保護(hù)過(guò)壓保護(hù)過(guò)熱保護(hù)du/dt保護(hù)di/dt保護(hù)過(guò)電流保護(hù)軟件與硬件雙重保護(hù)過(guò)電流保護(hù)保護(hù)措施：保護(hù)措施：過(guò)電流過(guò)電流過(guò)載過(guò)載和和短路短路兩種情況兩種情況同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分 區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。負(fù)載觸發(fā)電路開(kāi)關(guān)電路過(guò)電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器 變流器直流快速斷

9、路器電流互感器變壓器過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)措施及其配置措施及其配置位置位置過(guò)電壓保護(hù)外因過(guò)電壓：主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)操作過(guò)程等外因 操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起 雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起內(nèi)因過(guò)電壓：主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程 換相過(guò)電壓：晶閘管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。 關(guān)斷過(guò)電壓：晶閘管關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。變頻器的變頻器的過(guò)電壓過(guò)電壓外因過(guò)電壓外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓內(nèi)因過(guò)電壓保護(hù)功能：熱保護(hù)通過(guò)限制電機(jī)側(cè)變流器的電流來(lái)進(jìn)行熱保護(hù)保護(hù)功能：防雷保護(hù)和電磁兼容性發(fā)電機(jī)定子/轉(zhuǎn)子PE線直接連接變流器

10、接地銅排轉(zhuǎn)子電纜屏蔽層兩端接地編碼器屏蔽層兩端接地變流器接地銅排直接與風(fēng)電機(jī)組接地系統(tǒng)相連風(fēng)力機(jī)主回路的浪涌保護(hù)器裝在并網(wǎng)主斷路器兩側(cè)，形成兩級(jí)防雷保護(hù) 變頻器的du/dt和di/dt保護(hù)（1） 限制限制du/dt保護(hù)措施保護(hù)措施(1) 產(chǎn)生電壓上升率產(chǎn)生電壓上升率dudt的原因的原因由電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓。由電網(wǎng)侵入的過(guò)電壓。由于晶閘管換相時(shí)造成的由于晶閘管換相時(shí)造成的dudt過(guò)大。過(guò)大。(2) 電壓上升率電壓上升率dudt的限制方法的限制方法在晶閘管兩端并聯(lián)一個(gè)在晶閘管兩端并聯(lián)一個(gè)RC或或RCD吸收電路。吸收電路。（2） 限制限制di/dt保護(hù)措施保護(hù)措施(1) 變換器中產(chǎn)生過(guò)大的變換器中產(chǎn)生過(guò)大的didt 的原因的原因在晶閘管開(kāi)通時(shí)，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電。在晶閘管開(kāi)通時(shí)，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電。交流電源通過(guò)