SEWIND變流器原理和功能_20090423

1、2009-4-231變流器原理和功能2009-4-232目錄目錄 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與主控制器之間的信息交換變流器與主控制器之間的信息交換變流器系統(tǒng)圖變流器系統(tǒng)圖并網(wǎng)過程并網(wǎng)過程技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)保護(hù)功能保護(hù)功能硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)2009-4-233=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)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2009-4-234變速恒頻控制原理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

2、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)極對數(shù)；電機(jī)極對數(shù)；fm轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率，轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率，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)磁場的同步轉(zhuǎn)速小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速nsns時，處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取正號，時，處于亞同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取正號，此時變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，發(fā)電機(jī)由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)；此時變流器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，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，處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取負(fù)號，此時發(fā)電

3、機(jī)由定子和轉(zhuǎn)時，處于超同步運(yùn)行狀態(tài)，上式取負(fù)號，此時發(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；子發(fā)出電能給電網(wǎng)，變流器的能量逆向流動；n n等于等于nsns時，處于同步運(yùn)行狀態(tài)，時，處于同步運(yùn)行狀態(tài)，f2=0f2=0，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁；，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁；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，即變化時，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。2009-4-235功率因數(shù)調(diào)節(jié)功率因數(shù)調(diào)節(jié) 考

4、慮到風(fēng)電系統(tǒng)的功率擾動以及電網(wǎng)本身的供電質(zhì)量問題，因此希望考慮到風(fēng)電系統(tǒng)的功率擾動以及電網(wǎng)本身的供電質(zhì)量問題，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)，同時還能改變輸出功率因數(shù)。通風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出有功功率可調(diào)節(jié)，同時還能改變輸出功率因數(shù)。通過轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器勵磁控制，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定狀態(tài)下的總有功功過轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器勵磁控制，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)率和轉(zhuǎn)差率不隨功率因數(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，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)功率特性與風(fēng)況決定，

5、同時，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)輸出無功功率無關(guān)。速控制特性決定，與發(fā)電機(jī)輸出無功功率無關(guān)。2009-4-236控制策略控制策略 在基于同步電動機(jī)變頻調(diào)速的矢量控制在基于同步電動機(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)用在前應(yīng)用在DFIGDFIG的勵磁控制中主要有兩大類的勵磁控制中主要有兩大類，即基于氣隙磁場定向的矢量控制策略和基，即基于氣隙磁場定向的矢量控制策略和基于定子磁場定向的矢量控制策略于定子磁場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雙饋電機(jī)數(shù)學(xué)模型的

6、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2009-4-238控制策略控制策略基于定子磁場定向的矢量控制：令同步軸線d軸與定子磁場向量重合，推導(dǎo)出解耦有功和無功分量方程如下1111/ )(/LMiuQLiuPrdssqrqsq由此可見，采用定子磁場定向矢量控制時，定子側(cè)有功功率由此可見，采用定子磁場定向矢量控制時，定子側(cè)有功功率P1可可通過轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量通過轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量irq控制，定子側(cè)的無功功率控制，定子側(cè)的無功功率Q1可通過可通過轉(zhuǎn)子電流的勵磁分量轉(zhuǎn)子電流的勵磁分量ird控制。因此，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅控制。因此，

7、通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)有功功率和無功功率的目的。值和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)有功功率和無功功率的目的。L1=Ls/Lm Ls定子自感Lm定轉(zhuǎn)子間互感2009-4-239控制策略控制策略2009-4-2310變流器與控制器之間的信息交換變流器與控制器之間的信息交換2009-4-2311變流器系統(tǒng)圖變流器系統(tǒng)圖Z22009-4-2312并網(wǎng)過程并網(wǎng)過程Dc-link chargerConverter3 Double fed induktion machinedv/dt FilterMains reactorCharging transformerAuxilliary contactM

8、ains circuit-breakergrid2009-4-2313勵磁階段：預(yù)充電勵磁階段：預(yù)充電Idc-link = 0VDc-link chargerConverter3 Double fed induktion machinedv/dt FilterMains reactorCharging transformerAuxilliary contactMains circuit-breakergrid2009-4-2314勵磁階段：預(yù)充電勵磁階段：預(yù)充電IIDc-link chargerConverter3 Double fed induktion machinedv/dt Filte

9、rMains reactorCharging transformerAuxilliary contactMains circuit-breakergriddc-link 160V-180V2009-4-2315孤島運(yùn)行階段：孤島運(yùn)行階段：DC-link升壓升壓3 Double fed induktion machineDc-link chargerConverterdv/dt FilterMains reactorCharging transformerAuxilliary contactMains circuit-breakergriddc-link = 1100V2009-4-2316孤島

10、運(yùn)行階段：同步化孤島運(yùn)行階段：同步化Converter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2317并網(wǎng)階段：并網(wǎng)并網(wǎng)階段：并網(wǎng)(slip = 0)Converter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2318并網(wǎng)階段：亞同步并網(wǎng)階段：亞同步(slip 0)Conv

11、erter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2319并網(wǎng)階段：超同步并網(wǎng)階段：超同步 (slip 0)Converter3 Double fed induktion machinedu/dt FilterMains reactorMains circuit-breakergridProt = s * Pgen2009-4-2320技術(shù)參數(shù)（技術(shù)參數(shù)（1.25MW）額定功率：1250kW(total)同步轉(zhuǎn)速：1000 rpm轉(zhuǎn)

12、速范圍：700至1300 rpm額定轉(zhuǎn)速：1100 rpm額定電壓：690V +/- 10%電網(wǎng)頻率：50Hz +/-1Hz功率因數(shù)可調(diào)范圍：容性/欠勵0.9感性/過勵0.9510秒平均最大功率：1665kW定子額定電流：980A (Cos phi=1和額定電壓下)轉(zhuǎn)子電流：350A（額定功率和額定轉(zhuǎn)速下） 電網(wǎng)側(cè)變流器容量：490 kVA電機(jī)側(cè)變流器容量：590 kVAdu/dt 1.0kV/sDC-link：1100V DC2009-4-2321保護(hù)功能：快速的過流保護(hù)保護(hù)功能：快速的過流保護(hù)軟件與硬件雙重保護(hù)2009-4-2322保護(hù)功能：熱保護(hù)保護(hù)功能：熱保護(hù)通過限制電機(jī)側(cè)變流器的電流

13、來進(jìn)行熱保護(hù)2009-4-2323保護(hù)功能：防雷保護(hù)和電磁兼容性保護(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)，形成兩級防雷保護(hù) 2009-4-2324變流器遠(yuǎn)程訪問變流器遠(yuǎn)程訪問變頻器診斷MMI 程序顯示狀態(tài)修改參數(shù)上載軌跡記錄下載程序包調(diào)試硬件連接串并串行結(jié)構(gòu)2009-4-2325硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)SEGSEG變流器變流器- -CW1250CW12501S1IGBT1S2Rotor1S3Control1S4Stator2009-4-2326硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)電網(wǎng)側(cè)電抗器電網(wǎng)側(cè)電抗器電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器電機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器電機(jī)側(cè)電機(jī)側(cè)du/dtdu/dt濾波器濾波器熱交換器熱交換器2009-4-2327硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)to轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子CrowbarCrow