风电变流器工作原理及构成

风电变流器工作原理

风电变流器，是双馈风力发电机中，加在转子侧的励磁装置。其主要功能是在转子转速n变化时，通过变流器控制励磁的幅值、相位、频率等，使定子侧能向电网输入恒频电。包括功率模块、控制模块、并网模块。

变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。

风电变流器构成

变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、IGBT、PLC、JCE1000-AXS电流传感器、风机、有源Crowbar电路、控制器、监控界面等部件。

变流器主回路系统包含如下几个基本单元：

转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。

原理图如下：

配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。

控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。

上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中：

控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析，发出控制指令，控制变流器的运行状态

控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。

功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。

功率柜主要由功率模块、IGBT、PLC、JCE1005-FS电流传感器、风机、有源Crowbar等构成。

并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信号的采集以及二次回路的配置。

并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号接口部分等构成。

变流器控制结构框图如下：