全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理
永磁同步风⼒发电系统的组成、⼯作原理及控制机理永磁同步风⼒发电系统的系统基本组成、⼯作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风⼒发电系统主要采⽤如下结构组成：风⼒机（这⾥概括为：叶⽚、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。
其中全功率变流器⼜可分为发电机侧整流器、直流环节和电⽹侧逆变器。
就空间位置⽽⾔，变流器和风机总控系统⼀般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。
2.⼯作原理：系统中能量传递和转换路径为：风⼒机把捕获的流动空⽓的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风⼒机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化⽽变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电⽹同步的可控电能并馈⼊电⽹，从⽽最终实现直驱系统的发电并⽹控制。
3.控制模式：风⼒发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电⽹、风况和机组运⾏参数，对机组运⾏进⾏控制。
⽽且还要根据风速与风向的变化，对机组进⾏优化控制，以提⾼机组的运⾏效率和发电量。
风⼒发电控制系统的基本⽬标分为三个层次：分别为保证风⼒发电机组安全可靠运⾏，获取最⼤能量，提供良好的电⼒质量。
控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运⾏主控制器、功率输出单元、⽆功补偿单元、并⽹控制单元、安全保护单元、通讯接⼝电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、⾃动最⼤功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、⾃动解缆、并⽹和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
⼀、系统运⾏时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个⽅⾯：⾃动对风、⾃动解缆和风轮保护。
1)⾃动对风正常运⾏时偏航控制系统⾃动对风，即当机舱偏离风向⼀定⾓度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，⾃动对风停⽌。
2)⾃动解缆当机舱向同⼀⽅向累计偏转2~3圈后，若此时风速⼩于风电机组启动风速且⽆功率输出，则停机，控制系统使机舱反⽅向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不⾃动解绕；若机舱继续向同⼀⽅向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障⾃动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，⾃动停机，等待⼈⼯解缆操作。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略CATALOGUE 目录•全功率变流器风电机组概述•全功率变流器风电机组的工作原理•全功率变流器风电机组的控制策略•全功率变流器风电机组的性能评估与优化•全功率变流器风电机组的发展趋势与挑战CHAPTER全功率变流器风电机组概述风能发电简介风能是一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景。
风力发电技术经过多年的发展，已经逐渐成熟并被广泛应用于电力领域。
风能发电的基本原理是利用风能驱动风力发电机转动，进而驱动发电机产生电能。
全功率变流器是风电机组中重要的组成部分，主要作用是将风力发电机产生的电能进行变换和调节，以满足电网的需求。
全功率变流器具有高效率、高可靠性、高灵活性等特点，能够有效提升风电机组的整体性能。
全功率变流器的作用风电机组与电网的交互风电机组需要与电网进行良好的配合，以保证电能的质量和稳定性。
风电机组需要适应电网的运行要求，如电压、频率、相位等参数，以保证风电场的稳定运行。
风电机组与电网的交互是实现风能发电的重要环节之一。
CHAPTER全功率变流器风电机组的工作原理风轮齿轮箱将风轮的转速提升，并将其传递给发电机。
齿轮箱通常位于风轮和发电机之间。
齿轮箱发电机01020303开关全功率变流器的电力电子器件01整流器02逆变器最大风能追踪电力控制全功率变流器的控制原理CHAPTER全功率变流器风电机组的控制策略最大风能追踪控制变速恒频控制1直交轴电流控制23直交轴电流控制是一种用于抑制风电机组运行过程中产生的谐波电流的控制策略。
该控制策略通过实时监测发电机电流，将其中谐波电流分量消除或减弱，以减小谐波对电网的污染。
直交轴电流控制通常采用PWM整流器来实现，通过控制PWM的占空比和相位，实现谐波电流的抑制和功率因数的优化。
矢量控制策略CHAPTER全功率变流器风电机组的性能评估与优化性能评估方法发电效率评估01电网稳定性评估02抗干扰能力评估03控制策略优化最大风能追踪控制滑模变结构控制电力电子器件的优化与保护电力电子器件的选型与配置全功率变流器风电机组需要选择适当的电力电子器件，如IGBT、IGCT等，并配置相应的保护电路，以确保其在高电压、大电流等极端环境下能够安全、可靠地运行。
风力发电机组变流器基本原理
1、双馈型风力发电系统的运行原理双馈型风力发电系统结构图如图1所示，由风轮机、齿轮箱、变桨结构、偏航机构、双馈电机、变流器、变压器、电网等构成。
其工作过程为：当风吹动风轮机转动时，风轮机将其捕获的风能转化为机械能再通过齿轮箱传递到双馈电机，双馈电机将机械能转化为电能，再经变流器及变压器将其并入电网。
通过系统控制器及变流器对桨叶、双馈电机进行合理的控制使整个系统实现风能最大捕获，同时，通过对变桨机构、变流器及Crowbar 保护电路的控制来应对电力系统的各种故障。
双馈异步发电机的定子与转子两侧都可以馈送能量，由于转子侧是通过变频器接入的低频电流起到了励磁作用，因此又名交流励磁发电机。
双馈异步发电机主机结构特点是：定子与一般三相交流发电机定子一样，具有分布式绕组；转子不是采用同步发电机的直流集中绕组，而是采用三相分布式交流绕组，与三相绕线式异步机的转子结构相似。
正常工作时，定子绕组并入工频电网，转子绕组由一个频率、幅值、相位都可以调节的三相变频电源供电，转子励磁系统通常采用交-直-交变频电源供电。
图1、双馈风力发电系统结构图双馈异步发电机在稳态运行时，定子旋转磁场和转子旋转磁场在空间上保持相对静止，此时有如下数学关系表达式：12r n n n =±2160f n n f r p ±=1211r n n n s n n −==±式中，1n 、r n 、2n 分别为定子电流产生磁场的旋转速度、转子旋转速度和转子电流产生磁场相对于转子的旋转速度，1f 、2f 分别为定、转子电流频率，p n 为发电机极对数，ss n n n s −=为发电机的转差率。
由上式可知，当发电机转子转速r n 发生变化时，若调节转子电流频率2f 相应变化，可使1f 保持恒定不变，实现双馈异步发电机的变速恒频控制。
当r n <1n 时，电机处于亚同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相同，变频器向转子提供交流励磁，定子向电网馈出电能；当r n >1n 时，电机处于超同步速运行状态，转子旋转磁场相对于转子的旋转方向与转子旋转方向相反，此时定、转子均向电网馈出电能；当r n =1n 时，2f =0，变频器向转子提供直流励磁，此时电机作为普通隐极式同步发电机运行。
全功率风机变流器介绍
全功率风机变流器介绍一、全功率变流器控制原理全功率风力发电系统主体电路结构，如图1所示。
发电机的输出端连接变流器的机侧，变流器的网侧输出经升压变后，连接电网。
图1全功率风力发电系统主体电路结构。
随着风速的变化，发电机的转速也变化，因此发电机输出的电压幅值和频率是变化的，而电网的电压幅值和频率是恒定的。
为了将发电机输出的频率和幅值变化的交流电送入到电网，变流器起到中间纽带环节的作用。
首先将发电机输出的交流电经机侧变流器部分整流成直流电，再经由网侧变流器部分逆变成交流电送入电网。
图2为全功率风力发电功率控制原理图，风机总控依据当前的风况，通过变桨和偏航控制叶片吸收的机械能，获得发电机的转矩量。
然后将转矩量值下发给变流器。
变流器根据总控下发的转矩指令，控制对发电机电能的抽取，从而控制并网电流大小。
总控依据当前风况，下发发电机转矩指令。
变流器响应转矩指令，控制并网功率。
图2 功率控制原理图对于机侧的变流器部分，在无速度传感器控制技术的基础上，采用基于定子电流定向的复合矢量控制技术，实现最大转矩电流比矢量控制的控制性能。
图3为发电机的控制矢量图。
图3 发电机控制矢量图对于网侧的变流器部分，采用电流解耦控制技术及并网电流对称控制技术。
通过对并网电流的解耦，将并网电流分解为有功电流、无功电流单独控制，实现有功功率和无功功率的控制。
同时为实现三相并网电流的对称控制，将负序的有功电流和无功电流控制为零。
控制结构框图如图4所示。
*dc图4 网侧变流器控制框图根据机侧变流器主体电路及控制策略，进行建模分析。
图5为机侧变流器的主体电路结构，图6为转换为数学模型的机侧控制框图。
V图5 机侧变流器主体电路结构图6机侧变流器控制数学模型框图根据网侧变流器主体电路及控制策略，进行建模分析。
图7为网侧变流器的主体电路机构，图8为为转换为数学模型的网侧控制框图。
V0图7 网侧变流器主体电路结构图8 网侧变流器控制数学模型框图全功率风机变流器网侧、机侧协同控制策略如图9所示。
风电机组变流器与控制
ua
G2
V
G3
U
G4
G5
G6
uc
ub
Ua、Ub、Uc为转子三相 电压；也可以看做电网。
North China Electric Power University
变流器
双馈发电机转子交流励磁控制
ua
ub uc
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直流母线
+
G1 U
W
ua
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Ua、Ub、Uc为转子三相 电压；也可以看做电网。
变流器
一、双馈发电机转子励磁调节 二、直驱发电机输出调节
North China Electric Power University
变流器
目前通常采用双PWM(脉宽调制)控制的交-直-交电压型变频器，该变流器 由电网侧变换器和机侧变换器所构成，因此也常称为“背靠背”变换器 (back-to-back converter)或双PWM变换器。由于双PWM变换器的主电路拓 扑方案已经非常成熟，因此其体积小、成本低，技术上实现可靠，借助于成 熟的PWM控制技术，在变换器中对电网侧变换器和机侧变换器均采用可控 PWM进行控制，可以将整个系统对电网和发电机的谐波污染控制得非常低， 同时具有较高的功率因数。不仅如此，通过PWM控制还可以非常容易地实 现四象限运行，满足发电机转速变化时励磁功率双向流动的要求。因此双 PWM变换器具有优良的输入、输出特性和能量双向流动等特点，在交流励 磁发电技术中获得了广泛的研究并逐步成为首选的交流励磁电源
u
SPWM波
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全功率变流器介绍
43
l 车载振动试验 l 正弦振动试验 l 随机振动试验
振动测试
44
电磁兼容测试
静电放电枪
l 静电放电 l 电快速瞬变脉冲群
l 射频电磁场辐射抗扰度试验
l 射频场感应传导抗扰度试验
接收机（人工电源网络）
45
综合测试仪
综合测试
l 浪涌（冲击）抗扰度试验 l 电压跌落试验 l电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 l 电压跌落试验
盐雾环境 • 适应严酷的风场运行
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。
40
通过了电科院实地检测和用户报告
41
测试项目
外观结构
功能测试
电磁兼容 （EMS）
性能测试
变流器 测试项目
安规检查 环境试验
运输振动
防护
42
高低温交变湿热试验箱（21m3 ） 高低温湿热试验箱（1m3 ）
环境测试
l 恒温试验 l 高低温交变试验 l 恒定湿热试验 l 交变湿热试验 l 盐雾试验
WT1600 数字功率计
46
内容导航
阳光风电简介 WG2000KFP变流器
测： 六鳌位于福建省漳州市，是大陆的边缘地带即半岛地形， 岛上环境优美、风力资源丰富，发展潜力巨大。
产品应用： 我公司2MW全功率水冷 风机变流器，在风场运 行稳定，并通过电科院 测试。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略全功率变流器是一种将风力发电机产生的交流电能转换为电网所需的直流电能的电子装置。
它的主要功能是实现风电机组的功率调节、保护以及与电网的连接。
全功率变流器由三个主要的模块组成：整流器、逆变器和控制单元。
整流器模块将风电机组产生的交流电能转换为直流电能，通过控制交流电能的整流部件（如晶闸管或IGBT）的导通角度，可以实现对输出直流电压的控制。
整流器的输出直流电压通过一个滤波电容进行平滑，以减小输出的脉动。
逆变器模块将整流器输出的直流电能转换回交流电能，通过控制逆变部件（如IGBT）的开关状态和频率，可以实现对输出交流电压和频率的控制。
逆变器的输出交流电能经过一个输出滤波器进行滤波，以去除输出的高次谐波。
控制单元对整个全功率变流器进行监测和控制。
它通过读取风电机组和电网的各种参数，如转速、电压、电流等，来实现对整流器和逆变器的控制。
控制单元采用先进的控制算法，如PID控制算法，来实现对全功率变流器的稳定运行和动态响应。
调频控制方式是通过控制风电机组的转速来实现对输出功率的控制。
该控制方式根据电网的需要，调节风电机组的转速，以使输出功率与电网的需求匹配。
调频控制可以使风电机组在不同的风速下运行在最佳转速范围内，提高风电机组的发电效率。
功率控制方式是通过控制全功率变流器的输出功率来实现对风电机组的控制。
该控制方式通过调节变流器的导通角度或输出电压，以控制风电机组的输出功率。
功率控制可以使风电机组根据电网的需求进行平稳的功率输出，提高电网的稳定性。
此外，全功率变流器还具有多种保护功能，如过电流保护、过电压保护、过温保护等，以确保风电机组和电网的安全运行。
控制单元还可以实现对功率输出的统计和调度，以优化风电机组的运行效果。
总之，全功率变流器通过整流器和逆变器的转换作用，将风力发电机产生的交流电能转换为电网需要的直流电能，并通过控制单元的监测和控制实现对全功率变流器的稳定运行和动态响应。
风电体系变流调控策略
风电体系变流调控策略1引言由于直驱永磁同步风力发电机组与电网之间通过背靠背（双PWM）全功率变流器实现了隔离，在发生电网电压跌落时，如果采取相应的措施，可使风力机与发电机的运行基本不受电网故障的影响，从而使系统在故障消除后能迅速恢复正常工作，因此直驱永磁风电机组在低电压运行能力上相对于双馈风力发电机组具有一定的优越性[1-6]，因而获得了海上风场的青睐。
在直驱风电系统中，传统的控制策略是，机侧变流器实现对永磁同步发电机的无功、有功功率的解耦控制[1-5]，网侧变流器实现输出并网和直流侧电压控制。
当风电机组在额定运行情况下发生电网电压跌落时，变流器的电流将会增加，考虑到变流器热容量有限，必须对变流器的电流进行限制；这样一来就会使得直流母线环输入功率大于输出功率，直流侧电压将会升高。
当电压跌落幅度较大时，如果直流侧不采取措施，就会损坏变流器和直流环电容[5-7]。
目前有许多文献对直驱风电机组在电网故障下的保护策略进行了研究，比较适用的方法是在直流母线上接耗能电阻[2-4]。
有时也通过在机侧变流器和网侧变流器之间设计一个交叉耦合控制器[8]，当出现电网故障时，将故障信号传递到机侧变流器，机侧变流器开始对发电机功率进行控制以避免直流电容器内部的功率剩余。
另外，由于驱动链的扭矩特性，当系统受到激励，如风速变化或端电压变化时，变速风轮的发电机速度容易出现振荡[9,10]。
由于直驱永磁同步发电机的结构特点，不能像传统的方法那样在同步发电机中安装阻尼绕组去抑制速度振荡，因此必须从功率变流器控制方面采取措施。
目前国内直驱风机的控制策略中还未考虑这个问题。
本文提出了一种新的控制策略，即机侧变流器控制直流母线电压Udc和发电机定子电压Us，而用网侧变流器控制流向电网的有功和无功功率[11]，并对电网故障时功率变流器的控制和保护策略进行研究；最后用仿真和实验方法对该控制策略的可行性进行了验证。
2新型直驱风电系统控制策略采用新型控制策略的直驱永磁同步风电系统（DDPMSG）控制框图如图1所示，控制包括两个大部分：桨距角控制系统和功率变换器控制系统。
风电变流器常见故障原因及解决策略
风电变流器常见故障原因及解决策略1. 引言随着全球经济的发展，对环境保护的需求也越来越高。
风力发电作为一种可再生能源，在近年来得到了越来越广泛的应用。
风电变流器是风力发电装置中最为关键的部件之一，它将风轮机输出的交流电信号变换成适合于电网连接的直流电信号。
然而，在打开风电场监测页面时，你会发现风电变流器产生了多种不同的故障，如电流过载、电压过高、温度过高等等。
这时就需要专业的维修人员进行处理和维修。
2. 风电变流器常见的故障原因2.1 电流过载风电变流器的功率一般比风轮机的功率高得多。
如果出现问题，就会出现电流过大的情况，从而导致变流器的过热和继电器的跳闸。
电流过载的原因主要有以下几种：2.1.1 风轮机转速过高如果风轮机转速过高，就会导致过多的电压和电流，给风电变流器造成压力，从而导致电流过载。
这种情况通常在风场中断电或者风速突然增强时发生。
2.1.2 变电站电压过高或过低由于变电站的电压过高或过低导致风电变流器的输出电流过大，从而导致电流过载。
2.1.3 电缆插头接触不良电缆插头接触不良也是导致电流过载的一种常见原因。
在运行时，可能会出现电缆插头松动的情况，从而导致电流过载。
2.2 温度过高风电变流器在长时间运行中，会产生很多热量，如果风电变流器的散热设计不良，就会造成散热不良，导致温度过高，引起变流器故障。
温度过高的原因主要有以下几种：2.2.1 环境温度过高在环境温度过高的情况下，变流器硅的温度会上升，可能会造成关键部件损坏，从而导致变流器故障。
2.2.2 内部机件设计不良如果风电变流器内部机件的散热设计不良，就会导致温度过高、内部损坏，从而引起故障。
2.2.3 风机冲击风量不足在风力不足或风机冲击风量不足时，风电变流器的半导体器件负载过小，从而导致散热不当，发生温度过高的情况。
2.3 电压过高、过低如果风电变流器的电压过高或过低，就会引起变流器故障，导致风力发电停机。
风电变流器的电压过高或过低的原因主要有以下几种：2.3.1 电网电压波动在电网电压波动的情况下，变流器的电压波动范围很大，如果变流器不能识别电压波动并及时调整，就会出现电压过高或过低的情况。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
，发电机除了向电网发出有功功率外，还向电网发出感性无功功率。欠励时，电枢反 压U
超前于端电压 U ，发电机除了向电网发出有功功率外，还向电网 应为增磁作用，定子电流 I
发出容性无功功率。 5.1.3 永磁同步风力发电机结构及特点 （1）直驱式外转子永磁风力发电机结构 外转子电机的特点是定子在靠轴中间不动，转子在外围旋转。在下图中展示了内定子 的构造，内定子由硅钢片叠成，与常见的外定子相反，其线圈槽是开在铁芯圆周的外侧。
把右定子固定在右端盖中，左右端盖扣紧固定，发电机就组装好了，下图为发电机外观 图。
下图为中间转子盘式永磁发电机的剖面图
下图为侧视的剖面图。
5.1.4 电励磁同步风力发电机结构及特点 电励磁同步发电机(Electrically Excited Synchronous Generator，EESG)，通常在转子侧进 行直流励磁。使用 EESG 相比使用 PMSG 的优势在于，转子励磁电流可控，可以控制磁链 在不同功率段获得 最小损耗；而且不需要使用成本较高的永磁材料，也避免了永磁体失磁 的风险，Enercon 公司主要经营这类产品。但是 EESG 需要为励磁绕组提供空间，会使电机 尺寸更大，转子绕组直流励磁需要滑环和电刷。 永磁同步电机的数学模型 定子电压方程为
功功率
PM mUI cos
其中， m 为发电机的相数。 经推导，有功功率表达式为
PM UI cos
UE0 sin Xc
对于并联于无限大电网上的同步发电机，发电机的端电压 U 即为电网电压，保持不变， 在恒定励磁电流条件下， 根据上式可知， 隐极式同步发电机输出的电磁功率与攻角 的正弦 成正比。 这可以通过下图所示的攻角特性曲线描述。当 U 和 E 0 不变时，由 PM f ( ) 画出的曲线 称为攻角特性曲线。当 90 °时，隐极发电机输出的电功率最大。
风力发电工作原理
风力发电工作原理风力发电是一种利用风能转换成电能的可再生能源发电方式。
它的工作原理主要是通过风轮转动驱动发电机发电。
下面我们将详细介绍风力发电的工作原理。
首先，风力发电的核心部件是风力发电机组，它由风轮、发电机、塔架和控制系统等组成。
当风力发电机组安装在合适的地理环境中，当风速达到一定的程度时，风力发电机组就会开始工作。
风力发电机组的风轮是通过风的能量驱动旋转，而风轮的旋转则会带动发电机转子的旋转。
发电机转子的旋转产生感应电动势，最终输出交流电。
其次，风力发电的工作原理基于气流动能的转化。
当气流通过风轮时，风轮受到气流的冲击而旋转，这就是风力发电的基本原理。
风力发电机组利用风能的转化过程中，通过控制系统调整叶片的角度和风轮的转速，使得风力发电机组在不同风速下都能够稳定工作，最大限度地转化风能为电能。
另外，风力发电的工作原理还涉及到风能的捕捉与转换。
风力发电机组的叶片设计得非常精巧，能够充分捕捉风能。
在风力发电机组内部，通过传动装置将风轮的旋转运动转换成发电机的旋转运动，最终产生电能。
而风力发电机组的塔架设计得非常坚固，能够确保发电机组在恶劣天气下依然能够安全运行。
最后，风力发电的工作原理基于风能资源的利用。
风力发电机组的选择和布局需要根据当地的气候条件和地理环境来确定，以充分利用当地的风能资源。
同时，风力发电的工作原理也需要考虑到发电机组的运行效率和稳定性，以确保风力发电系统能够持续稳定地发电。
总的来说，风力发电的工作原理是基于风能的转化和利用，通过风力发电机组的设计和运行，将风能转化成电能。
风力发电作为一种清洁、可再生能源，具有广阔的发展前景，将在未来发电领域发挥重要作用。
双馈型风力发电变流器及其控制
双馈型风力发电变流器及其控制随着环保意识的日益增强和可再生能源的广泛应用，风力发电技术得到了快速发展。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统中的关键设备之一，在提高风能利用率和电能质量方面具有重要作用。
本文将介绍双馈型风力发电变流器的工作原理、特点优势及其控制方式。
双馈型风力发电变流器是一种交直流变换设备，可将风力发电机发出的交流电转换为直流电，再供给电力系统使用。
其工作原理是采用双馈（交流和直流）线路，通过电力电子器件（如IGBT、SGCT等）的开关动作，控制交流和直流电流的双向流动，实现能量的交直流转换。
高效性：双馈型风力发电变流器具有较高的能量转换效率，可实现风能的最大化利用。
灵活性：双馈型风力发电变流器可通过控制开关器件的占空比，调节输出电流的幅值、频率和相位，满足不同风速和负荷条件下的运行需求。
稳定性：双馈型风力发电变流器可有效平抑风速波动带来的影响，提高电力系统的稳定性。
维护性：双馈型风力发电变流器采用模块化设计，便于维护和检修，降低了运维成本。
矢量控制：通过控制交流侧电流的幅值和相位，实现有功功率和无功功率的解耦控制，提高电力系统的稳定性。
直接功率控制：采用瞬时功率采样，通过控制逆变侧电流的幅值和相位，直接控制有功功率和无功功率，具有快速的动态响应。
神经网络控制：利用神经网络技术，建立风力发电变流器数学模型，实现自适应控制和优化运行。
模糊控制：基于模糊逻辑理论，通过模糊控制器对变流器进行非线性控制，具有良好的鲁棒性和适应性。
双馈型风力发电变流器作为风力发电系统的关键设备之一，具有高效、灵活、稳定和维护简便等特点及优势。
其控制方式多种多样，包括矢量控制、直接功率控制、神经网络控制和模糊控制等，可根据实际应用场景选择合适的控制方式以实现最优运行。
随着风电技术的不断发展，双馈型风力发电变流器在未来将发挥更加重要的作用，为可再生能源的广泛应用和绿色能源转型提供强有力的支持。
随着环境保护和可持续发展的日益重视，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的。
风力发电机变流器工作原理
风力发电机变流器工作原理
风力发电机变流器的工作原理基于电力电子技术，其核心部件是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
风力发电机产生的电能是交流电，其频率和电压都不稳定，无法直接输送到电网中。
因此，需要将其转换为直流电，再通过逆变器将其转换为稳定的交流电，才能输送到电网中。
这就是风电变流器的主要工作原理。
风电变流器的工作流程如下：首先，风力发电机产生的交流电经过变压器降压，然后通过整流桥将其转换为直流电。
接着，直流电经过滤波电容器进行滤波，去除掉直流电中的脉动成分，使其变得更加稳定。
然后，直流电经过逆变器，通过PWM（脉宽调制）技术将其转换为稳定的交流电，并将其输送到电网中。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询专业人士。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
02
全功率变流器风电机组技术
全功率变流器技术介绍
全功率变流器是一种能够将风能转换为电能的全功率变换装 置，能够实现风能的最大化利用。
全功率变流器通常采用电力电子变换器和控制系统来实现能 量的转换和控制，具有高效率、高可靠性、易于维护等特点 。
混合能源利用
全功率变流器风电机组将结合其他可再生能源，形成多能互补 的能源利用模式，提高能源的综合利用率。
智能电网建设
全功率变流器风电机组将更好地融入智能电网建设，提高电力 系统的稳定性、可靠性和经济性。
06
全功率变流器风电机组实际应用案例分 析
案例一
提高发电效率、优化电能质量
全功率变流器在大型风力发电场中作为核心的电能转换设备，通过最大功率追踪 、最优效率控制等策略，提高风能利用率和发电效率。同时，通过电能质量控制 技术，确保并网电能质量满足标准要求。
动对电力系统的稳定性的影响。
02
可靠性问题
全功率变流器风电机组涉及大量的电力电子器件，如何保证其长期稳
定、可靠地运行是亟待解决的问题。
03
经济性问题
目前全功率变流器风电机组的造价较高，如何降低其成本，提高市场
竞争力是亟待解决的问题。
发展方向展望
提高发电效率
未来全功率变流器风电机组将不断提高发电效率，优化风能利 用率，为绿色能源发展提供更强的推动力。
2023
全功率变流器风电机组的 工作原理及控制策略
目 录
• 风力发电系统概述 • 全功率变流器风电机组技术 • 全功率变流器风电机组控制策略设计 • 全功率变流器风电机组实验及仿真 • 全功率变流器风电机组应用前景与挑战 • 全功率变流器风电机组实际应用案例分析
风力发电技术与功率控制策略
0引言当前，不仅我国尤为重视风力发电，其他国家也对其密切关注，将其确定为一种必须加大发展力度的新能源技术。
风力发电技术与功率控制策略文/李 宁漠、荒岛及沿海的浅海中建造，占用耕地规模大大减少。
运用风力发电，不会产生废物或废气，不会对环境和人类造成影响。
例如，年发电量为 207 871.9毫瓦小时的风电场，与燃煤电厂相比，按照火电煤耗312 克每千瓦·时计算，每年可节约标煤66 700吨，每年可减少CO2排放量约170 800吨、SO2排放量约81.1吨、烟尘约6.6吨、氮氧化合物排放量约72.8吨。
2风力发电技术的基本发电原理风力发电主要是把风能变成机械能，然后将其转变成电力能源。
风力发电机组是风力发电中运用的一种设备装置，其主要可以分为3个部分，即塔架、风机主机、叶轮。
叶轮装置将风能转变成机械能，其主要包括：三片螺旋桨形状的桨叶、轮毂。
在风的作用下，桨叶上形成的气动力带动了叶轮的转动。
风力发电机的塔架，即一套为整个叶轮、风机主机提供支撑的构架。
在对塔架的高度进行设置时，需要全面考虑当地风速、实际环境地面障碍物以及叶轮直径大小对风速造成影响，确保设置塔架的高度符合风力发电机组实际工作的要求。
通常风机主机的组成部分包括：发电机、增速机、转体和尾翼，这些部分均发挥了重要作用。
实际工作中，在风力的作用下，风机叶轮开始旋转，借助增速机使旋转速度加快，向发电机传递机械能。
一般发电机转子均是使用励磁体或永磁体，利用定子绕阻切割磁力线促使电能产生，最后由发电机把机械能转化为电能。
为了保证叶轮在工作中一直对准风向，实现功率最大化，在实际使用时需要把尾翼安装在叶轮后，风力发电机的转体和尾翼可以保证叶轮一直和风向保持一致，以获得最大的风力作用力。
3风力发电技术的发展趋势3.1风力发电从陆地风电朝着海上风电发展现阶段，陆地上的风力发电应用范围越来越广，但陆地上风能充足，具有电力消纳能力且符合开发条件地方并不多，所以风力发电风能逐渐从陆地风能转移到海上风能。
直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究
直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环保意识的逐步加强，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，已在全球范围内得到了广泛的关注和应用。
直驱型风力发电系统，作为一种新型的风力发电技术，其全功率并网变流技术是实现风能与电网高效、稳定、安全运行的关键。
本文旨在深入研究直驱型风力发电系统的全功率并网变流技术，探讨其原理、特点、优势以及在实际应用中的挑战和解决方案，以期为风力发电技术的发展和应用提供理论支持和实践指导。
本文首先介绍了风力发电技术的发展背景和现状，重点阐述了直驱型风力发电系统的基本原理和结构特点。
在此基础上，详细分析了全功率并网变流技术的关键要素，包括并网控制策略、功率变换器设计、电能质量控制等方面。
接着，本文探讨了直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的优势，如高效的能量转换、优良的电能质量、较低的运维成本等。
同时，也指出了在实际应用中可能遇到的问题和挑战，如电网接入稳定性、系统保护与控制等。
为了全面、深入地研究直驱型风力发电系统全功率并网变流技术，本文采用了理论分析和实验研究相结合的方法。
在理论分析方面，建立了直驱型风力发电系统的数学模型，推导了并网变流技术的关键控制方程，为后续的仿真和实验研究提供了理论基础。
在实验研究方面，搭建了直驱型风力发电系统实验平台，进行了并网变流技术的实验研究，验证了理论分析的正确性和实际应用的有效性。
本文总结了直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究成果和贡献，展望了未来的发展方向和应用前景。
通过本文的研究，希望能够为直驱型风力发电系统的发展和应用提供有益的参考和借鉴，推动风力发电技术的不断创新和发展。
二、直驱型风力发电系统的基本原理及结构直驱型风力发电系统（Direct-Drive Wind Turbine Generation System，简称DDWTS）是一种无需齿轮箱增速，直接将风力机叶片的旋转动能转化为发电机电能的风力发电系统。
变流器功能原理
风电变流器原理和功能风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。
风电变流器系统功能变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。
变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。
变流器提供多种通信接口，如Profibus（现场总线）,CANopen（硬件协议）等（可根据用户要求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。
变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。
变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。
变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。
风电变流器基本原理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。
变流器工作原理框图如所示：风轮风电变流器系统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、/&入/输出滤波器、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。
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。
全功率变流器工作原理
全功率变流器工作原理
全功率变流器工作原理是将输入电源的直流电压变换为需要的交流电压，实现直流电到交流电的转换。
主要由输入滤波电路、整流电路、逆变电路和输出滤波电路等组成。
1. 输入滤波电路：用于对输入电源的直流电进行滤波，去除其中的纹波，保证后续电路的供电稳定。
2. 整流电路：将滤波后的直流电压经过整流电路，将交流电压转换为直流电压。
常用的整流电路有单相或三相的整流桥电路。
3. 逆变电路：逆变电路实际上是将直流电再次转换为交流电。
逆变电路主要包括逆变器桥电路和开关管电路。
逆变桥电路可以将直流电反向供电给输出负载，同时通过控制开关管的通断来控制输出交流电的频率和幅值。
4. 输出滤波电路：逆变电路输出的交流电可能会有纹波，需要经过输出滤波电路进行滤波，去除纹波，保证输出的交流电的稳定性。
总体来说，全功率变流器通过滤波、整流、逆变和滤波等过程，实现输入直流电到输出交流电的转换。
通过控制输入直流电的大小和逆变器桥电路的开关状态，可以实现输出交流电的频率和幅值的精确控制。
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
一、工作原理：
1.风能转换：当风能发电机接收到风能时，风轮叶片被风推动旋转，驱动风能转换机械将机械能转换成电能。
2.三相桥式整流：风能转换后的电能为三相交流电能，需要经过三相桥式整流电路进行整流，将交流电能转换成直流电能。
3.全功率变流：直流电能通过全功率变流器进行变流，将直流电能转换成与电网频率相同的交流电能。
4.电网连接：变流器输出的交流电能与电网的相电压相同，可以直接连接到电网。
二、控制策略：
1.风能最大化控制策略：风能最大化控制策略的目标是使风电机组能够最大化地利用风能并输出到电网。
该策略通过控制风能转换机械和全功率变流器的工作状态，以及叶片的角度等参数，实现不同风速下的最大功率输出。
2.无功功率控制策略：无功功率控制策略是为了确保电网的稳定运行而采取的控制策略。
根据电网的需求，风电机组通过控制全功率变流器的无功功率输出来调节电网的功率因数。
总结：
全功率变流器风电机组的工作原理是通过风能转换、整流和变流等步骤将风能转换成交流电能输出到电网。
其控制策略包括风能最大化控制策
略和无功功率控制策略，通过优化和调整控制策略，可以提高风电机组的发电量和电网的稳定性。
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第五章全功率变流器风电机组的工作原理及控制策略
5.1 全功率变流器风电机组的工作原理 (2)
5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式 (2)
5.1.2同步发电机 (2)
5.1.3永磁同步风力发电机结构及特点 (5)
5.1.4电励磁同步风力发电机结构及特点 (18)
5.2 全功率变流器风电机组变流器 (19)
5.2.1 电机侧变流器控制策略 (20)
5.2.1 电网侧变流器控制策略 (21)
5.1 全功率变流器风电机组的工作原理
5.1.1全功率变流器风电机组传动链形式
随着现代风电机组的额定功率呈现上升趋势，风轮桨叶长度逐渐增加而转速降低。
例如：额定功率为5MW的风电机组桨叶长度超过60米，转子额定转速为10rpm左右。
当发电机为两对极时，为了使5MW风力发电机通过交流方式直接与额定频率为50Hz的电网相连，机械齿轮箱变速比应为150。
齿轮箱变速比的增加，给兆瓦级风电机组变速箱的设计和制造提出了挑战。
风电机组功率及变速箱变速比增大时，其尺寸、重量及摩擦磨损也在增加。
作为另外一种选择，风力发电机可以采用全功率变流器以AC/DC/AC的方式与电网相连。
全功率变流器是一种由直流环节连接两组电力电子变换器组成的背靠背变频系统。
这两个变频器分别为电网侧变换器和发电机侧变换器。
发电机侧变换器接受感应发电机产生的有功功率，并将功率通过直流环节送往电网侧变换器。
发电机侧变换器也用来通过感应发电机的定子端对感应发电机励磁。
电网侧变换器接受通过直流环节输送来的有功功率，并将其送到电网，即它平衡了直流环节两侧的电压。
根据所选的控制策略，电网侧变换器也用来控制功率因数或支持电网电压。
5.1.2同步发电机
发电系统使用的同步发电机绝大部分是三相同步发电机。
同步发电机主要包括定子和转子两部分。
定子是同步发电机产生感应电动势的部件，由定子铁芯、三相电枢绕组和起支撑及固定作用的机座组成。
转子的作用是产生一个强磁场，并且可以由励磁绕组进行调节，主要包括转子铁心、励磁绕组、滑环等。
同步发电机的励磁系统一般分为两类，一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁系统，另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统。
发电机容量大时，一般采用整流励磁系统。
同步发电机是一种转子转速与电枢电动势频率之间保持严格不变关系的交流电机。
同步发电机的转子基木上是一个大的电磁铁。
磁极有凸极和隐极两种结构。
凸极转子结。