變頻器控制原理

變頻器系統(tǒng)機器原理介紹DFIG系統(tǒng)變速恒頻控制原理功率因數(shù)調(diào)節(jié)控制策略變流器系統(tǒng)圖并網(wǎng)過程硬件結(jié)構(gòu)2009-5-25=3?=3?f=fGridf1fGrid齒輪箱雙饋感應(yīng)發(fā)電機風輪DFIG系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)變流器電機側(cè)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)子勵磁電流頻率，以實現(xiàn)DFIG變速恒頻運行調(diào)節(jié)勵磁電流幅值和相位控制DFIG電勢的相位和頻率確保DFIG輸出解耦的有功功率和無功功率電網(wǎng)側(cè)交流濾波電抗器：抑制功率元件通斷引起的電磁干擾電機側(cè)du/dt濾波器：濾除由于功率元件開關(guān)引起的高電壓上升沿和下降沿的高頻信號，防止此高頻信號對電機轉(zhuǎn)子繞組的影響變頻器控制單元：電網(wǎng)電壓、電流測量；功率測量；電網(wǎng)監(jiān)測；與主控制器通訊低次諧波過濾器1(根據(jù)需求投切)低次諧波過濾器2(固定投切)過壓保護器：dc-link電壓過高時開啟，短路轉(zhuǎn)子，保護變頻器變頻器系統(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)電動勢電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2保護電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正?？煽窟\行電氣隔離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)速跟蹤風速的變化，定子側(cè)恒頻恒壓輸出。f1——定子電流頻率，與電網(wǎng)頻率相同；p——電機極對數(shù)；fm——轉(zhuǎn)子機械頻率，fm=n/60（n為發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）；f2——轉(zhuǎn)子電流頻率；n小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速ns時，處于亞同步運行狀態(tài)，上式取正號，此時變流器向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供交流勵磁，發(fā)電機由定子發(fā)出電能給電網(wǎng)；n大于ns時，處于超同步運行狀態(tài)，上式取負號，此時發(fā)電機由定子和轉(zhuǎn)子發(fā)出電能給電網(wǎng)，變流器的能量逆向流動；n等于ns時，處于同步運行狀態(tài)，f2=0，變流器向轉(zhuǎn)子提供直流勵磁；因此，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速n變化時，即pfm變化，若控制f2相應(yīng)變化，可使f1保持恒定不變，即與電網(wǎng)頻率保持一致，也就實現(xiàn)了變速恒頻控制。功率因數(shù)調(diào)節(jié)考慮到風電系統(tǒng)的功率擾動以及電網(wǎng)本身的供電質(zhì)量問題，因此希望風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機輸出有功功率可調(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，可以實現(xiàn)風力發(fā)電機組在穩(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。其總有功功率由機組的風機功率特性與風況決定，同時，發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率由風力機組的總有功功率和轉(zhuǎn)速控制特性決定，與發(fā)電機輸出無功功率無關(guān)。控制策略

在基于同步電動機變頻調(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，目前應(yīng)用在DFIG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于定子磁場定向的矢量控制策略矢量控制控制策略基于雙饋電機數(shù)學(xué)模型的坐標變換：定轉(zhuǎn)子三相坐標系兩相靜止坐標系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標系ωr=pθr

——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ωK=pθ

——dq系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)速度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Q1可通過轉(zhuǎn)子電流的勵磁分量ird控制。因此，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值和相位，可達到調(diào)節(jié)有功功率和無功功率的目的。L1=Ls/LmLs——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)過程：預(yù)充電Udc并網(wǎng)過程：DC-link升壓Udc并網(wǎng)過程：同步化Ustator并網(wǎng)過程：并網(wǎng)并網(wǎng)運行：亞同步

變頻器的保護電路原因——保護財產(chǎn)和人身的安全通常有五種保護電路：過流保護過壓保護過熱保護du/dt保護di/dt保護過電流保護軟件與硬件雙重保護過電流保護保護措施：過電流——過載和短路兩種情況同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。負載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器過電流保護措施及其配置位置過電壓保護外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓：晶閘管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：晶閘管關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。變頻器的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓保護功能：熱保護通過限制電機側(cè)變流器的電流來進行熱保護保護功能：防雷保護和電磁兼容性發(fā)電機定子/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電機組接地系統(tǒng)相連風力機主回路的浪涌保護器裝在并網(wǎng)主斷路器兩側(cè)，形成兩級防雷保護變頻器的du/dt和di/dt保護（1）限制du/dt保護措施(1)

產(chǎn)生電壓上升率du／dt的原因由電網(wǎng)侵入的過電壓。由于晶閘管換相時造成的du／dt過大。(2)電壓上升率du／dt的限制方法在晶閘管兩端并聯(lián)一個RC或RCD吸收電路。（2）限制di/dt保護措施(1)

變換器中產(chǎn)生過大的di／d