典型双馈全功率变流器参数比较
双馈风力发电机与变流器的参数匹配研究
（ ａｄｎ Ｂ ｏｉｇ￣ａ ｗ ｉ ｎ ｏ ｅ Ｔｃｎ ｌ ｙＣ ． Ｔ ｎ ｅ ＷｉｄＰ ｗ ｒ ｅｈ ｏｏ ｏ ，Ｌ Ｄ．Ｂ ｏ ｉｇＨ ｂｉ ７ ０ ，Ｃ ｉ ） ｇ ａ ｄｎ ｅｅ ０ ５ １ １ ｈｎ ａ
Ｕ 引 吾 变 速恒 频 风力 发 电 机组 中 ，采 用 双馈 异 步 发 电
机可 以 四象 限运 行 ，但 实际 运用 中 ，除 非特 殊 原 因 ，
比如 低 电压穿 越 期 间 ，发 电机 转 子 被 Ｃｏ ．ａ ｒｗｂｒ电路 旁路 ，电动 运 行 ；除 此 之 外 ，应 尽 量 避 免 发 电 机 运 行在 电动 状 态 ，也 就 是 通 过 转 子 的励 磁 控 制 技 术 ， 使发 电机 只运 行 在 亚 同步发 电和 超 同步 发 电这 两 个
状态 一 。
机 的转 子交 流 励磁 控 制 策 略 。变 流 器 的 容量 仅 为发 电机容 量 的 １３～１２ ／ ／ ；发 电机组 不但 可 以实 现 功 率 因数调 节 ，还 能对有 功 、无功 功率 进行 独立 调节 。 以前 的 文 献 仅 对 双 馈 电 机 、变 流 器 单 独 研 究 ， 没有将 两 者作 为 一 个 系 统做 详 细 的研 究 ，本 文 从 双
关 键 词 ：风 力 发 电 ；控 制 系统 ；双 馈 电 机 ；双馈 变 流 器 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ５ Ｍ １ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ １ ）５ ０６ ．５ ０ １６ ４ （０ １ ０ —０ ８０
Hale Waihona Puke Ｓ ｕｄ ｎ Ｍ ａ ｃ ｉ ｒ ｍ ｅｅ ｓｏ ｕ ｙ ｆ ｄ Ｉ ｄｕ ｔｏ ｅ ｅ ａ ｏ ｎ ｎｖ ｒ ｅ ｔ ｙｏ ｔ ｈ ｎｇ Ｐａ ａ ｔ ｒ ｆＤｏ ｂｌ －ｅ ｎ ｃ ｉ ｎ Ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ａ ｄ Ｃｏ ｅ ｔ ｒ
双馈式风力发电变流器资料.
18
国电南自1.5MW双馈变流器
19
谢 谢！
20
解决的办法是需要调整及增加新的硬件，只调整控 制部分是不够的。
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DFIG中的低压穿越问题
. 一种低成本的Crowbar解决方案
Crowbar 电阻
DFIG
晶闸管
17
国电南自1.5MW双馈变流器
主要技术指标
• 中间直流电压：1100V • 直流电压纹波系数： ≤5％ • 网侧额定容量： 420kVA • 网侧额定电流 350A • 电流谐波畸变率（THD）：＜5% • 机侧额定容量： 650kVA • 机侧额定电流 480A • 效率：≥97%（额定功率） • 过载能力： 120%功率过载≥1min • 工作环境温度：-30℃～+40℃ • 相对湿度：≤90% • 冷却方式：强迫风冷 • 防护等级：IP21/ IP54 • 外形尺寸：2600×910×2362mm
国电南京自动化股份有限公司
GUODIAN NANJING AUTOMATION CO.,LTD
双馈式风力发电变流器
2010年6月13日
双馈变流器与直驱变流器的区别
直驱变流器
变流器最大功率=发电机额定功率
双馈变流器
1 3
变流器最大功率= 发电机额定功率
2
双馈变流器拓扑结构
背靠背形式的结构
直流电容
6. 效率的提高
在开通和关断瞬间存在电流与
电压的重叠期，因此要尽量减少 重叠区域。
高开关频率可以获得更好的波
形，但同时带来了更大ห้องสมุดไป่ตู้损耗。
续流二极管的反向恢复能耗。
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DFIG中的低压穿越问题
低压穿越（LVRT）面临的问题 当电网电压跌落时，如果双馈电机仍然挂在电网上， 定子磁通几乎保持于直流分量不变，定子电流增加， 转子侧将会产生过量的电流和电压，从而影响到变流 器。
风电并网逆变器
双馈风电机变流器
双馈风电机结构与原理
双馈风电机变流器结构 双馈风电机变流器控制
双馈风电机结构与原理
双馈风电机结构与原理
变流器由发电机侧变流 器(AC/DC)和网侧变流 器(DC/AC)共同组成。
双馈电机与绕线式异步电机类似；其定、转子都能向 电网馈电，故简称双馈电机；变速恒频控制方案是由 和转子相连变流器实现；通过改变励磁（转子电流） 频率，可改变电机的转速，达到调速的目的；
永磁同步风电机变流器的控制
网侧变流器控制目标 1.与电网功率交换时，输出波形是正旋波，谐波 小，满足功率因素的要求； 2.保证直流母线电压的稳定，直流母线电压的稳 定是两个PWM变流器正常工作的前提 3.控制发电机侧变流器和网侧变流器的有功功率 传输平衡，并根据电网运行要求，与电网实现 指定无功功率交换。
两种变流器比较
交流励磁双馈式风电系统的变流器，连接 于电网与可控励磁电流所在的转子绕组之 间。 无刷双馈式风电系统的变流器，连接于电 网与可控励磁电流所在的定子控制绕组之 间。
永磁同步风电机变流器控制
网侧变流器控制策略
当发电机侧变流器与网侧变流器传输功率不平衡时， 会导致电容电压的改变。
为了保持直流电压 恒定，采用了电压 外环，电流内环的 控制方法。
由于d轴分量与q轴分量 存在耦合，所以采用前 馈解耦的控制方法，是 的d轴与q轴解耦。
永磁同步风电机变流器控制
机侧变流器控制目标 根据永磁同步电机的数学模型，通过控制永磁 电机定子侧的电压电流，实现对定子侧磁链的 控制来实现对永磁同步电机的控制。
两种变流器比较
结构 直驱式风电系统的变流器接于定子绕组与 电网之间，功率输送是单向的，即只能从 发电机定子绕组流入电网。因此可以考虑 采用低成本的不控或半控器件。
全功率变流器介绍
30
采用先进的控制技术
双PWM控制， 四象限运行， 确保低风速时 多发电
自适应无速度传 感器控制方法， 精确检测发电机 转速，实现磁场 定向
复合矢量控制技 术，快速实现 MPPT控制，提 高发电效率
自动软并网、软 解列控制，对电 网冲击小
31
完善的保护功能
具有完善的保护功能 配置有源撬棒，支持LVRT功能。
谐波含量符合国标电能质量公用电网谐波能够在变速特别是在低风速情况下保持较高的能量转换效率较高的功率密度26wg2000kfpwg2000kfp主柜介绍主柜介绍并网柜控制柜功率柜27wg1500kfpwg1500kfp介绍介绍28wg1500kfpwg1500kfp介绍介绍29技术数据技术数据wg2000kfpwg2000kfp22500kg重量1100vdc最大可连续操作直流电压22600mm2080mm600mm尺寸机械参数1070v直流侧额定电压直流参数modbustcpipdevicenetprofibusdpethernet可选通讯方式1000vus输出电压dudt变化率canopen标准通讯方式通讯总线0100hz机侧变流器频率电网电压异常保护电机电压异常保护防雷保护过欠速保护直流过欠压保护短路保护电机过流保护接地故障保护过湿保护通讯故障保护过载保护过热保护保护功能1900a机侧变流器最大电流ip54防护等级1800a机侧变流器额定电流水冷冷却方式3ph690v105机侧变流器额定电压90湿度2200kva机侧变流器容量机侧变流器参数02000米海拔1800a网侧变流器最大电流4070存储温度1680a网侧变流器额定电流3050运行温度2000kva网侧变流器容量85散热器温度跳闸保护温度50hz35网侧变流器频率范围82db噪声3ac690v10网侧变流器电压范围网侧变流器参数15ms转矩上升时间50hz35电网频率97额定功率效率系统性能参数3ac690v10电网电压电网参数交流参数30全功率变流器技术特点全功率变流器技术特点采用德国品牌机柜优质美观尺寸兼容性好专利技术主电路设计配置防雷用电涌保护器完善的保护功能完善的保护功能有效对抗高低温潮湿及盐雾环境适应严酷的风场运行可靠的运行能力可靠的运行能力双pwm控制四象限运行确保低风速时多发电自适应无速度传感器控制方法精确检测发电机转速实现磁场定向复合矢量控制技术快速实现mppt控制提高发电效率自动软并网软解列控制对电网冲击小先进的控制技术先进的控制技术高品质的主流器件高品质的主流器件高性价比高性价比友好的人机界面友好的人机界面灵活的对外接口方案灵活的对外接口方案31双pwm控制四象限运行确保低风速时多发电自动软并网软解列控制对电网冲击小自适应无速度传感器控制方法精确检测发电机转速实现磁场定向复合矢量控制技术快速实现mppt控制提高发电效率采用先进的控制
讨论双馈变流器与全功率变流器
讨论一下双馈变流器与全功率变流器的技术难度那个更大一些？看了最近的广发证券海得控制的调研报告。
里面有一段是这样描述的。
于是产生这样的疑问，希望行内人士多发表自己的看法。
“对于双馈变流器来说，风速比较大的时候，30%能量由电机流向电网。
当风速比较小的时候，30%的能量由电网流向电机，所以从控制的角度来看，由于双馈变流器需要一端控制电网，另外一端控制电机，所以双馈变流器比全功率变流器设计更加复杂，控制更难。
所以说，一家公司如果已经拥有双馈变流器技术，那么他再开发全功率变流器就非常容易，反之则不是。
”另外，据我个人了解，目前国内进行风电变流器开发的单位也以全功率型居多，特别是新进入的企业，如荣信、江苏大全、上海科祺、江苏南自通华等。
阳光电源好像也是全功率型的销售情况比较好。
是不是从这方面可以推断双馈型变流器控制难度是不是要比全功率型的要大？为什么新进入的好多企业以全功率型作为突破口呢？是不是因为大家都看好直驱是未来风电机组的发展趋势？海得控制和深圳禾望做双馈型变流器比较成功，但其核心技术好像都是来自艾默生。
国内有单独研究双馈变流器且应用比较成功的厂家吗？不论是双馈变流器还是全功率变流器，所用功率器件几乎都是进口。
难点之一就是结构布局。
最大的难点在于软件设计和控制算法。
结构布局相对容易抄袭，而软件设计和控制算法抄袭难度很大。
全功率，基本上也就是用功率模块堆起来的，也可以说是用双馈的模块堆积起来的，你说哪个难度大？模块并联当然有一定的难度，但这方面的难度让功率器件厂商给解决了一部分，因为功率器件厂商可以提供模组。
国内的厂家也容易学习参考，因为这东西看得见，摸得着。
控制算法基本要靠猜测+验证了。
我觉得国内开发变流器的难点还是在控制算法这块。
这块花费的时间要长双馈和全功率变流器有许多相同的地方，也有许多不同的地方，情况如下：1、都采用了PWM背靠背方案，两者拓扑、主要器件及配置方案基本相同，可以理解将双馈变流器的的接线由转子改到定子即可2、控制策略方面，网侧和电机侧的策略基本相同，网侧控制电压恒定和1功率因素，机侧控制发电机力矩3、不太相同的是并网策略和低电压穿越策略。
双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
双馈异步和永磁同步风力
发电机特性分析摘要：本文分析了双馈异步和永磁同步风力发电机的工作原理，详细比
AUTOMATION PANORAMA
率，可使定子频率恒定，即应满足：。
为定子电流频率，由于定子与电网相连，所以与电网频率相同；为转子机械频率，，p为电机的极对为转子电流频率。
n<n1（n1是定子旋转磁场的同步转速）时，处于亚同步运行状态，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时，处于超同步运行状态，此时发电机同时由定子
统类似，只是所采用的发电机为永磁同步发电机。
式中，—电网频率（H z）；—发电机定子输出频率Hz）； K—功率变换器频率变比。
当转速变化时，发电机定子输出频率也跟随变化，通过功率变换器将定子发出的变频变压的电能转换为与电网频率幅值一致的稳定电能。
图3 DFIG和PMSG发电量比较
结论
（1）从结构分析来看，DFIG和PMSG在技术参数上各有优缺DFIG相比PMSG变流器容量小，易于安装和维护，成本低，发电机结构简单，重量和体积比同步发电机大大减小。
但低电压穿越功能不强，需要在变流器中额外增加模块，现在DFIG的市场认可度较高，但由于其低电压穿越能力不好，所以，如果国家以后出台并网要求相关规定后，市场将倾向于同步风力发电机组。
（2）就技术成熟度来讲，目前国内外DFIG技术成熟，国内大多数兆瓦级风机均采用该机型，而PMSG国内该方面的技术尚处于研发阶段，产业链不完善，基本要依赖进口。
（3）就成本来讲，双馈式风力发电机组比同步风力发电机
AUTOMATION PANORAMA
AUTOMATION PANORAMA。
【风机检修专项培训】2MW风电机组变流器产品介绍-双馈
一、科诺伟业公司变流器产品
变流器产品系列
双馈变流器
1.5MW双馈变流器 2MW双馈变流器 2.5MW双馈变流器
3MW双馈变流器
全功率变流器
850kW全功率变流器 2MW全功率变流器
3MW全功率变流器 5MW全功率变流器（690V） 5MW全功率变流器（海上，中压）
一、科诺伟业公司变流器产品
区域变电站风场变压器风机来自网点 箱式变压器690V
风力 发电机
66/110/220KV 其它风电场
10/35kV 场内其它风机
典型的风电机组连接电网图
•假设系统为理想电网； •风场远离高压输电网，电网相对薄弱，与公共连接点相连的区域负荷、其它风电 场发生短路，会使公共连接点电压降低；如果场内有风机发生短路故障，场内的并 网点电压也会降低。 •风电装机容量越来越大，电网中风力发电所占比重已经不能忽视，电网电压短时 间故障如果风机停机会使电网问题扩大化，各国并网导则都对风电机组的不脱网运 行能力提出要求，并要求机组发无功支撑电网电压。
二、2MW双馈型风电机组变流器
电网侧变流器
电网侧变流器控制直流侧电压稳定来保持有功功率 平衡；具备无功控制能力，在静止及发电机定子并 网状态下参与电网无功调节。
二、2MW双馈型风电机组变流器
电机侧变流器
电机侧变流器主回路 当电网侧变流器建立起稳定 的直流母线电压后，且发电 机转速在运行范围内，电机 侧变流器调试运行，为发电 机转子提供交变励磁电流， 控制发电机定子并网，并网 后功率（无功）控制。
电机侧变流器主回路 当电网侧变流器建立起稳定 的直流母线电压后，且发电 机转速在运行范围内，电机 侧变流器调试运行，为发电 机转子提供交变励磁电流， 控制发电机定子并网，并网 后功率（无功）控制。
双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估
双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估李辉;秦星;刘盛权;杨东;杨超;胡姚刚;冉立;唐显虎【摘要】为准确评估不同风况下双馈风电机组变流器的可靠性水平,提出一种机侧变流器IGBT模块的功率循环能力评估方法,并研究了风速对功率循环能力的影响.基于器件失效模型,建立机侧变流器IGBT模块的平均失效时间(MTTF)计算模型.结合变流器实时运行参数,建立机侧变流器IGBT模块结温计算模型,并分析湍流风速对结温波动的影响,进而提出基于雨流算法提取随机结温波动信息.根据提取的随机结温波动信息,结合风速统计特性,提出机侧变流器IGBT模块功率循环能力评估模型.最后,以某1.5 MW双馈风电机组机侧变流器IGBT模块为例,分析年平均风速及湍流强度对其功率循环能力的影响.分析结果表明:该变流器IGBT模块的MTTF其随着年平均风速及湍流强度的增大而减小;相比传统评估模型,所建立的评估模型更准确.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2015(035)001【总页数】7页(P6-12)【关键词】双馈风电机组;风电;变流器;IGBT;功率循环能力;结温;湍流风速;可靠性;评估【作者】李辉;秦星;刘盛权;杨东;杨超;胡姚刚;冉立;唐显虎【作者单位】重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044;重庆科凯前卫风电设备有限责任公司,重庆401121【正文语种】中文【中图分类】TM46;TM85;TM6140 引言风电变流器作为风能转换系统中的枢纽，是影响风电机组及其入网稳定性的重要环节，但现有文献表明，风电变流器是风能转换系统中的薄弱环节之一，因变流器失效导致系统故障占的比重很大，而且其中超过50%的故障是因IGBT模块（6组IGBT及其反并联二极管构成）功率循环失效造成的[1-4]。
双馈风力发电机双PWM变换器控制及实现
转子侧变流器要求
1
网侧变流器要求
二、双馈用变流器的要求及拓扑
1.双馈发电机用变流器的要求
1
二、双馈用变流器的要求及拓扑
2.双馈发电机用变流器的形式 ➢两电平电压型双PWM变流器 ➢多电平双P W M 变流器 ➢ 晶闸管相控交－交直接变流器 ➢矩阵式双PWM变流器 ➢钳位谐振双PWM变流器
1
二、双馈用变流器的要求及拓扑
PI调节参数设计依据
消除交叉耦合补偿项依据
1
DFIG定子磁链定向控制
通常采用低 通滤波器代 替纯积分器。
定子磁链观察器算法
1
DFIG定子磁链定向控制
采用定子磁链定向 后，实现了DFIG定 子有功和无功功率 解耦。
1
DFIG定子磁链定向控制
转子电流闭环设计
1
DFIG定子磁链定向控制
转子电流闭环设计
1
DFIG定子电压定向控制
1
DFIG定子电压定向控制
采用定子电压定向 后，实现了DFIG定 子有功和无功功率 解耦。
1
DFIG定子电压定向控制
转子电流闭环设计
1
DFIG定子电压定向控制
转子电流闭环设计
1
DFIG定子电压定向控制
DFIG的功率控制
1
DFIG定子电压定向控制
1
四、网侧PWM变流器及其控制
双馈风力发电机双PWM变 换器控制及实现
主要内容
一、双馈发电机工作原理 二、双馈用变流器的要求及拓扑 三、转子侧PWM变流器及对DFIG控制 四、网侧PWM变流器及其控制 五、SVPWM变换技术原理 六、双PWM变流器的DFIG系统及设计 七、结论和讨论
1
一、双馈发电机工作原理
双馈风力发电变流器和全功率风力发电变流器
负荷
治理 前 电压， ｐ ． Ｕ ． ０ ． ９ ４ ３
负荷
０ ． ９ ２ ８
负荷
０ ． ８ ２ ２
治理 后 电压／ ｐ ｌ ｕ ．
电压 提 高 ／ ％
０ ． ９ ６ ０
１ ． ８
０ ． ９ ７
４ ． ５
０ ． ９ ４ ９
１ ５ ． ５
参考文 献
４ １ （ ８ ） ： ６１ — ６ ７ ．
治 理前 电压 ／ ｐ ｌ ｕ ．
治 理 后 电压 ／ ｐ ． Ｕ ． 电压提 高／ ％
０ ． ９ ３ ０
０ ． ９ ４ ９ ２ ． Ｏ
０ ． ８ ４ ４
０ ． ９ ２ ４ ９ ． ５
０ ． ７ ８ ３
０ ． ８ ９ ６ １ ４ ． ４
位［ Ｄ］ ．杭 州 ：浙 江 大 学 ， ２ ０ １ ３ ． 戴 晓 亮 ．无 功 补 偿 技 术 在 配 电 网 中 的 应 用 ［ Ｊ ］ ． 电 网
技术， １ ９ ９ ９ ， ２ ３ （ ６ ） ： １ １ — １ ４ ．
补 设备 在 电压过 低 时 自动投 入 了两段 电容 器 ，线路 电压提 高率 有 了 明显 提高 。线 路安装 分档 式低 压 串
一
本实 用新 型适用 于 电子 技术领 域 ， 提 供 了一种双 馈风
力 发 电变 流 器 和 全 功 率 风 力 发 电变 流 器 ， 双 馈 风 力 发 电变
主 断路器 ；第一 主 断路器为 真空 断路器 。
流器， 包 括第一 机侧 变换器 、 第一 网侧 变换器 、 主 接触器 、 并 网接触 器和第 一主 断路器 。
作 者 简 介
两种IGCT三电平变频产品功率部分的比较
两种IGCT 三电平变频产品功率部分的比较楚子林,徐道恒,赵相宾,许希,伍丰林(天津电气传动设计研究所,天津300180)摘要:目前在中压兆瓦级变频应用中IGCT 器件比GT O 和H VI GBT 有更多的综合优势。
在兆瓦级变频应用领域,基于I GCT 器件的中压变频器产品已经越来越多地得到应用。
两家国际知名电气公司ABB 和SI EM EN S 都生产基于中点钳位三电平拓扑的中压变频系列产品。
简单介绍了两家公司的电压型中压变频器产品,并试图通过对这两家公司的两种典型产品功率部分的简单比较,来说明两家公司相关产品功率部分的若干技术特点。
关键词:IG CT 器件;中点钳位;三电平结构;水冷散热器;电压型变频器中图分类号:T P21 文献标识码:APower Stage Comparison of Two IGCT 3Level NPC InverterCH U Zi O lin,XU Dao O heng,ZH AO Xiang O bin,XU Xi,WU Feng O lin(T ianj in D esig n &Res ear ch I nstitute of Electric D r ive,T ianj in 300180,China)Abstract:T he state of the art of hig h pow er sw itching device in medium vo ltag e mega watt applicatio n is the I nteg rate G ate Co mmutat ed T hy risto r,IG CT ,w hich has mo re adv antag es o ver the G T O and H V IG BT.M or e and mor e meg a w att medium voltag e conver ter pr oducts based on IG CT a re bing used.T w o famous com -panies,A BB and SIEM ENS,hav e their o wn product ser ies based on I GCT in 3level N PC topolog ies.T hispaper first briefly int roduced the v oltage so ur ce medium voltage co nv erter product s of the tw o companies and then tr y to explain the specialty v ia t he co mpa rison of t he po wer stag e of tw o typical conver ter by the t wo com -panies.Key words:IGCT ;neutr al point clam ped;3level topolog y;water co ol heat sink;v oltage source conver ter作者简介:楚子林(1963-),男,高工,Email:chu zilin@1 引言集成门极换向晶闸管IGCT 器件自问世以来以其导通压降小、无需过压吸收回路、控制简单可靠、开关速度快等诸多比GTO 器件更为先进的性能指标,正在逐步取代GT O,成为当前中压兆瓦级电压型变频器的首选功率器件。
风电机组变流器系统介绍
双馈型变流器拓扑图
网侧口 电流测量
690V 电网
框架断路器
定子 电流测量
并网接触器
DFIG
网侧电压 测量
定子电压 测量
滤波器
预充电电阻
主控690V 400V控制电源 供电
电网电压 测量
变流器 网侧电流测量
变流器
转子电流测量
滤波器
Crowbar
预充电：电网侧变流器启动时，先闭合预充电回路
网侧入口 电流测量
在放电过程中，开关断开（三极管截止） 时，电感开始给电容充电，电容两端电压升高， 升压完毕。
直接控制发电机转矩，动态响应好， 发电机端电流THD小。
发电机转矩不直接控制，直流侧斩波环 节可采用多重化，动态响应慢，定子电
流谐波大。
全功率变流器电气组成：1、电网侧变流器回路
2、电机侧变流器回路 3、直流侧卸荷单元
定子 DFIG
转子
S1 双馈电 机转子
转子
转子
变流器 电流测量
Crowbar
滤波器
网侧LC滤波单元与箱式变压器漏感构成LCL拓扑结构，有效 地滤除高次谐波，降低变流器对电网的高次谐波污染。
机侧通过由LCR所组成的du/dt网络，有效降低发电机终端的 电压尖峰，减少对发电机绝缘的损坏，提高发电机使用寿命。
电网电压 测量
变流器 网侧电流测量
变流器
转子电流测量
滤波器
Crowbar
双馈型变流器控制原理
由交流异步发电机的原理可得下面关系式：
f1
fr
fs
np 60
fs
其中f1为定子电流频率，n为转速，p为电机极对 数，fs为转子励磁电流频率，由该公式可知，当发 电机 转速变化时，若控制转子供电频率fs相应变化 ，可使f1保持不变，与电网电压保持一致，这就是 交流励磁发电机变速恒频运行的基本原理。
双馈风力发电机的电流谐波分析
双馈风力发电机的电流谐波分析摘要：由于化石能源的枯竭，新能源发电在电网发电总量中的占比也逐步提高。
双馈风力发电机作为新能源发电的重要电力设备应用广泛。
本文在分析双馈电机的基本原理基础上，理论分析了双馈电机的电流谐波的来源以及特点，总结了双馈电机定子电流谐波、转子电流谐波的相互作用的规律，并结合工程应用数据，验证了上述理论分析的正确性。
关键词：双馈电机；谐波；定子电流；转子电流；1 引言双馈风力发电机是新能源风力发电机中重要的发电设备，由于其对配套运行的变流器容量需求相比较全功率发电机小，更具成本优势，从而在风力发电中得到广泛应用。
谐波问题是新能源发电系统电能质量的关键问题，谐波会对电力设备的安全运行带来隐患，甚至导致电力系统故障。
随着双馈发电机的广泛应用，双馈电机的谐波问题越来越备受关注，对双馈电机的谐波分析可以查找谐波的来源，指导谐波抑制方案，提高风力发电系统的电能质量，因此双馈发电机的谐波分析具有较大的工程意义。
本文通过对双馈电机的基本原理的分析，总结了双馈电机的定子电流、转子电流的相互作用的规律以及双馈电机的电流谐波的基本特征，最后结合一2MW双馈发电机工程样机的实验数据，验证了双馈电机电流谐波理论分析的正确性。
2 双馈电机的基本原理与数学模型双馈电机是绕线型感应电机的定子绕组和转子绕组分别与交流电网或其他含电动势电路相连接来进行电能的转换传递。
定子并网后，定子电流形成的旋转磁场，其角频率为对应于电网工频，转子电流形成的旋转磁场，对转子而言，为对应于转子变流器的供电频率，以角频率旋转的旋转磁场。
为实现机电能量转换，定子和转子旋转磁场应保持相对静止。
分析双馈电机的数学模型时，定转子电流参考方向以流入电机为准，双馈感应发电机的电压、磁链矢量模型：3双馈电机的谐波电流分析3.1 双馈电机的齿槽谐波双馈电机的谐波来源主要分为电机本体、与定子连接的电网以及转子连接的变流器。
对于电机本体，定子表面有齿、槽存在，会引起气隙不均匀，由定子的齿谐波磁动势所产生的磁场，与定子基波磁动势因开口槽而产生的齿磁导谐波磁场合成定子齿谐波磁场。
直驱和双馈的比较
“直驱VS双馈”风机技术流派大比对随着国家新能源发展线路的明确，风电行业的发展正在被越来越多的人所关注和期待。
在风电技术的选择方面，随着国内风机大型化趋势的升级，业内对于直驱与双馈技术孰优孰劣的讨论也更加激烈。
今天我们就从发展历史、运维情况、发展趋势等方面来比对一下这两种技术的特点。
发展历史现在市场上有一种误解，即直驱技术是一种新兴的技术，而双馈技术是传统的技术。
其实，从诞生时间看，双馈和直驱两种技术几乎是同时出现的，甚至直驱技术的出现要比双馈技术更早些。
但是发展至今，双馈技术因其运行稳定的特性占据了大片的市场份额。
双馈、直驱两种技术路线的本质区别在于双馈型是带“齿轮箱”的，而直驱型是不带“齿轮箱”的。
现在全世界风电机组中，85％以上是带齿轮箱的机型。
尤其在技术、稳定性及可靠性要求更高的海上机组中，无一例外的全部采用了技术成熟且可靠性好的带齿轮箱技术方案，包括2兆瓦、2.3兆瓦、3兆瓦、3.6兆瓦、5兆瓦等各级别机型，厂商包括Vestas，Siemens,Repower,华锐风电等全球所有主要海上风电机组生产厂商。
目前为止，除金风科技的一台1.5兆瓦机组外，全世界范围内还没有更多的直驱机组下海。
从目前国内的情况来看，双馈变桨变速型风机的装机容量最大。
代表厂家包括vestas，GE，GAMESA，华锐，东汽，国电联合动力、明阳、上海电气，北重等；直驱式变桨变速型风机也有一定装机容量，代表厂家包括如金风，湘电，上海万德等；此外还有一种失速型定桨定速风机，多数为小功率机型，目前在大功率机型上基本淘汰。
从市场份额来看，多数业内人士认为，带齿轮箱的风电技术将在今后相当长的时间内继续占据市场主流地位。
而直驱技术的市场表现如何，还有待观察。
部件差异在发电机、变频器、齿轮箱等风机主要部件中，双馈和直驱机型都存在一定的差异。
从发电机看：目前双馈机组采用双馈式异步发电机，而直驱机组多采用低速多极发电机，发电机的励磁方式分为永磁和电励磁两类。
双馈发电系统两种有功功率控制器的性能比较
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维普资讯
迫 轧 与控 制 应 田 ２０， ６ ０８ ５（ ） ３
控制与应用技术 硼 Ｃ Ａ
双馈 发 电 系统 两种 有 功 功 率控 制器 的性 能 比较
李 岚 ， 杨 一雄 ， 熊光煜
（ 太原理 工 大学 电气与动 力 工程 学 院 ， 西 太原 山
器 和模糊 控 制器 的双 馈 发 电 系统 进 行 了仿 真 ， 并
出很多控制方法 。其 中， 于定子磁场定 向的矢 基
量 控 制策 略 使 用 最 多 。它 是 将 同 步 旋 转 Ｍ－ Ｔ 轴 系 的 轴 沿 定 子 磁 场 定 向 ， 导 出基 于 定 推 子磁 场定 向 的双馈 风力 发 电系统数 学模 型 和稳 态
分析、 比较了系统 的动态跟随性能及抗扰性能。
下的励磁控制模型 ， 从而进行有功 、 无功功率的解 耦 控制 … 。由于 风力 机 的 风 速 随机 变 化 ， 干扰 且 因素较 多 ， 因此 如 何 提 高 系统 的快 速 动 态 响 应 能
典型双馈全功率变流器参数比较
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率
风
网侧变流器（NPC）和机侧变流器（MPC）两部分构成，二者通过中间直流环节连
能
接，构成一个背靠背（Back-to-Back）/交直交（AC-DC-AC）四象限运行变流器
变
（WG850KFP除外）。发电机产生的幅值频率均变化的交流电，通过机侧变流器整
流
器
流为直流电，经直流支撑电容稳压后输送至网侧变流器，控制系统通过PWM矢量控
一流的电气及结构设计 专利技术的主电路设计 3D结构设计 热仿真技术 模块化设计，安装维修方便 分相单元并联技术，减少母线寄生电感
完善的保护功能 支持LVRT，配置撬棒 多重保护功能 配置防雷保护器及共模电压抑制器
灵活的对外接口方案 友好的人机界面
接口方案 现场总线适配器能将变流器无缝接入多种风电机组，使变流 器作为一个从站，接受风场主控的命令与控制 可选择CANopen, ModbusTCP/IP, Profibus-DP, DeviceNET, EtherNET以及硬接点通讯等总线通讯方案 现场调试可选用EtherNET或串口通讯方式
<90%
冷却方式
水冷
防护等级
IP54
保护功能
电网电压异常保护、电机电压异常保护、防雷保护、过欠速保护、直流过欠压保护、短路
保护、电机过流保护、接地故障保护、过湿保护、通讯故障保护、过载保护、过热保护
通讯总线 标准通讯方式
CANopen
可选通讯方式
Modbus TCP/IP, Device Net, Profibus-DP, EtherNET
大型风能变流器 2010~2011
关于阳光
合肥阳光电源有限公司是一家专注于太阳能、风能等可再生能源 电源变换产品研发、生产和销售的高新技术企业。主要产品有光 伏并网逆变器、光伏离网逆变器、控制器、风能变流器、回馈式节 能负载和电力系统电源等，并提供系统解决方案的设计及技术服 务，是我国最大的光伏电源产品的研发生产企业，也是我国光伏 和风力发电行业为数极少的掌握多项核心技术并拥有完全自主 知识产权的企业之一。2007年，公司引进外资并顺利改制为中外 合资企业。 阳光电源自1997年成立以来，始终以技术创新作为企业发展的动 力源。公司每年投入的研发经费不低于销售收入的10%，拥有一 支以博士、硕士为主体的专门研发队伍，具有可再生能源电源行业 丰富的研发经验和很强的自主创新能力，先后承担了10余项国家 重大科技攻关项目。截至目前，公司已有8项科研成果通过省级以 上鉴定，先后取得发明、实用新型等专利30多项，主持起草了多项 国家标准。 阳光电源在可再生能源电源变换技术领域的创新研究和产业化 方面的突出成绩受到了社会各界的广泛关注和赞誉。吴邦国、贾 庆林、蒋正华等党和国家领导人对阳光电源给予了亲切关怀，对 自主创新工作给予充分肯定；公司先后荣获国家发改委“技术进 步优秀项目奖”，“金太阳”认证，安徽省“115产业创新团队”、“优 秀民营科技企业”，“安徽名牌产品”等荣誉，是“安徽省可再生能 源电源工程技术研究中心”依托单位，安徽省研究生“产、学、研” 示范基地。 未来，阳光电源将秉承“致力于清洁高效”的发展使命，持续创 新，不断提升社会及客户对公司的满意度，积极参与全球竞争，努 力把公司打造成为对社会有更大贡献、全球知名的新能源企业。
通讯总线 标准通讯方式
CANopen
可选通讯方式
Modbus TCP/IP, Device Net, Profibus-DP, EtherNET
机械参数 尺寸(宽×高×深)
2220mm×2080mm×800mm
重量
2200kg
外形尺寸
复位 急停
6
WG1500KFP
全 功 率 风 能 变 流 器
性能特点
匹配附件
LVRT模块
励磁单元
监控软件
以太网通讯模块 GPRS通讯模块
RS485-232转换器 多模光纤转换器 温度检测系统
水冷系统
9
技术参数
交流参数 电网参数
电网电压
3AC 690V±10%
电网频率
50Hz +3% -5%
全
网侧变流器参数
功
网侧变流器电压范围
3AC 690V±10％
率
网侧变流器频率范围
50Hz +3% -5%
风
网侧变流器容量
1500kVA
能
网侧变流器额定电流
1260A
变
网侧变流器最大电流
1350A
流
机侧变流器参数
器
机侧变流器额定电压
3AC 690V+10%-5%
机侧变流器频率
0~100Hz
机侧变流器容量
1650kVA
机侧变流器额定电流
1300A
机侧变流器最大电流
1400A
输出电压du/dt变化率
匹配附件
LVRT模块
励磁单元
监控软件
以太网通讯模块 GPRS通讯模块
RS485-232转换器 多模光纤转换器 温度检测系统
5
技术参数
交流参数 电网参数
电网电压
3AC 620V±10%
电网频率
50Hz +3% -5%
全
整流器参数
功
网侧变流器电压范围
3AC 620V±10%
率
网侧变流器频率范围
50Hz +3% -5%
风
整流器容量
860kVA
能
整流器额定电流
720A
变
整流器最大电流
800A
流
逆变器参数
器
逆变器额定电压
3AC 0~690V+10%-5%
逆变器容量
960kVA
逆变器额定电流
800A
逆变器最大电流
900A
直流参数 直流侧额定电压
1050Vdc
最大可连续操作直流电压 1150Vdc
系统性能参数 效率
>97%（额定功率）
制技术将直流电转换为频率幅值稳定的交流电，馈入电网。完善的保护功能以及先
进的控制技术保证变流器运行的安全、稳定，并将对电网的冲击降至最小。
型号说明：
示例：型号为WG2000KFP的2兆瓦全功率风力发电机组用风能变流器
WG 2000K FP
全功率风能变流器 适配风力发电机组功率为2000kW 阳光电源风能产品线产品
机械参数 尺寸(宽×高×深)
2620mm×2080mm×600mm
重量
3300kg
外形尺寸
总出水口
总出水口
总入水口
总入水口
8
WG2000KFP
全 功 率 风 能 变 流 器
性能特点
双PWM控制技术，四象限运行，确保低风速下仍保持较高的能量转换效率 额定功率时能量转换效率>97% 配置撬棒，支持低电压穿越 独立温控单元，水冷加热控制逻辑，适应较宽温度范围 可选配励磁电源，适用于多种发电机组 丰富的对外接口，多种通讯方案 热流仿真设计、三维模块化设计，系统稳定、易于安装维护 电科院权威风场实地检测认证 长期风场运行考验，适应严酷的工作环境 德国新一代智能功率模块，高可靠性，寿命长 采用德国品牌机柜，优质美观，尺寸兼容性好
转矩上升时间
<15ms
噪声
<82dB
跳闸保护温度
>85℃（散热器温度）
运行温度
-30~+50℃
存储温度
-40~+70℃
海拔
0~2000米（超过1000米时需降容使用）
湿度
<90%
冷却方式
强迫风冷
防护等级
IP21
保护功能
电网电压异常保护、电机电压异常保护、防雷保护、过欠速保护、直流过欠压保护、短路
保护、电机过流保护、接地故障保护、过湿保护、通讯故障保护、过载保护、过热保护
产品一览
系列大型风能变流器
3000kW
WG3000KFP
2500kW
WG2500KFP
2000kW
WG2000KFP
1500kW 850kW
WG1500KFP WG850KFP
全功率风能变流器
WG3000KDF
WG2000KDF WG1500KDF
双馈风能变流器
系列大型风能变流器
WindPlus+系列风能变流器产品是集电力电子、现代控制理论及新能源应用技术 于一体的电能变换装置。变流器以数字信号处理器（DSP）为控制核心，采用最 大功率寻优和基于非线性解耦控制的PWM可逆变流技术，实现风力发电机组安 全、高效并网发电。专门针对复杂电网进行最优化设计，适应严酷的风场环境和 恶劣的电网环境，拥有完全自主知识产权，可方便与市场主流机型配套。优化了 风机系统的应用，实现高效率并网发电，代表了当前的主流技术趋势。本系列变 流器分为两种：全功率风能变流器以及双馈风能变流器。 风力并网发电系统由风力发电机组、风能变流器、总控系统及配电系统等组成。 风力发电机组将风能转换为幅值与频率都变化的交流电，再通过风能变流器的控 制转化为恒频恒压，且与电网同相位的交流电馈入电网。
ontents 目 录
大型风能变流器
全功率风能变流器 01~14
全功率风能变流器内部结构
WG850KFP
WG1500KFP
WG2000KFP
WG2500KFP
WG3000KFP
双馈风能变流器 15~24
双馈风能变流器内部结构
WG1500KDF
WG2000KDF
WG3000KDF
相关附件 25~36
匹配附件
LVRT模块
励磁单元
监控软件
以太网通讯模块 GPRS通讯模块
RS485-232转换器 多模光纤转换器 温度检测系统
水冷系统
7