兆瓦级风力发电变流器
大功率半导体器件在兆瓦级风力发电变流器中的应用
大功率半导体器件在兆瓦级风力发电变流器中的应用风力发电/变流器/IGBT/IGCT1引言风力发电，是面向未来最清洁能源之一。
当今全球对风力发电的关注，极大促进了风力发电技术和风力发电装备产业的发展。
随着风电机组功率等级及其对风电技术要求的不断提高，大功率变流器在风电领域的应用将越来越广泛。
由于大功率半导体器件很大程度上直接决定了大功率变流器对电能的变换处理的性能，因此对大功率半导体器件的应用就尤为重要。
就目前的技术水平，只有绝缘栅双极型晶体管（Insolated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）和集成门极换流晶闸管（Integrated Gate Commutated Thyristor，简称IGCT）能满足兆瓦级变流器应用的要求。
2风力发电变流器风力发电变流器是风力发电机与电网之间的桥梁与纽带，它是一种将多变的风力电能变换成稳定的电能馈入电网的技术。
随着风电产业的迅猛发展，风力发电技术呈现出以下趋势：定桨向变桨发展和恒速恒频向变速恒频发展；无齿轮箱的直驱方式和采用一级齿轮箱的半直驱方式倍受重视；单机容量稳步上升；风电设备的成本呈现不断下降的趋势。
根据风力发电机产生能量馈入电网的方式，风力发电系统可分为下述三种类型： (1)直接并网该系统中的风力发电机产生的能量直接馈入电网。
这种方式的技术简单，成本低廉，可靠性高，但存在功率因数低，受电网影响大，风能利用率低等缺点，随着技术的发展难免会被逐渐淘汰。
(2)部分功率变流并网该系统如双馈型风力发电系统可对风机输出电能按需要在一定范围内进行调节和控制，因此在输出电能质量、风能利用率等方面，与直接并网技术相比，具有明显的优势，而且在当前和今后一段时期内，仍然会在风电设备中扮演重要的角色。
(3)全功率变流并网图1全功率并网变流器该系统原理见图1。
其最大特点在于风机产生的全部电能都需经并网变流器处理后并网。
因此，该技术具有下述优势：●风机输出电压频率不再受电网频率的限制。
MW风力发电并网逆变器研究与设计
2MW风力发电并网逆变器研究与设计仇志凌陈国柱浙江大学电气学院 310027摘要：针对兆瓦级风电并网逆变器主电路研制中存在的并联扩容、开关频率较低和LCL滤波器难以优化设计等问题，提出了采用交流侧串接电感再进行并联的均流方案，采用载波移相技术提高变流器的等效开关频率，提出了LCL滤波器的设计原则，并给出了上述设计的理论依据和实现方法。
通过对2兆瓦风电变流器主电路的仿真验证了上述技术方案。
关键词：兆瓦级并网逆变器、电感均流、低开关纹波电流、载波移相、LCL滤波器1引言随着能源紧张和环境问题的日益严重，新能源发电技术，如风力发电和光伏发电等越来越受到人们的重视。
风力发电由于单机容量大、成本低，在现阶段更具有吸引力，在世界范围内其总装机容量得到了快速的增长。
当前，风力发电正在朝着更大的单机容量发展，兆瓦级机组在国外已经投入大规模商业运行，5～6兆瓦的机组也已开始试运行。
相应的，大容量机组对并网逆变器的容量提出了较高的要求。
为了满足大容量的要求，逆变器的并联扩容成为了必然的选择。
现有的并联方式主要有功率模块直接并联、功率模块交流侧串接电感再并联和以UPS为代表的系统级并联。
但采用何种简单、可靠的并联方式保证一定的均流效果需要仔细研究。
并网逆变器会引入附加的谐波，因此注入电网的电流谐波大小是一项重要指标，受到了人们的广泛关注。
IEEE Std929－2000和IEEE Std.P1547标准[1]对并网发电的电源系统注入电网电流的谐波做出了严格的限制，总谐波失真< THD）小于5%，3、5、7、9次谐波小于4%，11～15次小于2%，35次以上小于0.3%。
对于处于线性调制区SPWM或SVPWM逆变器，低次谐波含量基本都能满足标准，而开关频率纹波需要采用低通滤波器进行衰减以达到标准的要求。
理论上高的开关频率和低的滤波器截止频率可以获得满意的滤波效果。
但兆瓦级并网逆变器受到开关损耗的制约难以获得较高的开间频率。
兆瓦级风电变流器控制系统的设计
2021.14(1)上海电气技术7兆瓦级风电变流器控制系统的设计杨军亮李春毛琼一上海电气输配电集团技术中心上海200042摘要：介绍了风电变流器控制系统的发展现状，在此基础上设计了兆瓦级风电变流器控制系统。
分析了这一兆瓦级风电变流器控制系统的硬件组成和软件功能。
关键词：风电变流器；控制系统；设计中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1674-540X(2021)01-007-04Abstract:The development status of control system for the wind power converter was introduced,and the control system for the megawatt wind power converter was designed on this basis.The hardware composition and software functions of this control system for the megawatt wind power converter were analyzed.Keywords:Wind Power Converter;Control System;Design1设计背景随着新能源技术的不断提高，新能源利用效率越来越高，控制系统越来越智能化。
在过去的30多年中，风力发电装机容量持续增长.风力发电机额定容量由50kW提高至7.5MW O基于风电变流器控制系统发展现状，陆地兆瓦级风电变流器主要采用印制电路板控制器.这一控制系统响应速度快、成本低，能够满足陆地风力发电机的控制需求。
但是，印制电路板控制器需要从底层硬件开始设计，开发难度大、周期长。
海上环境较为恶劣，若将印制电路板控制器应用于海上兆瓦级风电变流器，则印制电路板的底层元器件会成为不稳定因素。
海上风电变流器控制系统稳定性和安全性的要求高于陆上风电变流器控制系统，加之海上风力发电机维护成本较高，应尽量减少出海次数，控制系统设计为冗余系统。
[论文] 1.5MW风电变流器参数
![[论文] 1.5MW风电变流器参数](https://img.taocdn.com/s3/m/bad7ead579563c1ec4da714e.png)
风电系统技术参数汇总网侧变流器额定容量 480kV A频率范围 50Hz，＋2/-3 Hz额定电流 400A额定网压 690V，±10%持续控制方式 PWM全控整流转子侧变流器额定容量 580kV A三相输出电压 0～690V ± 10%额定输出电流 400A最大输出电流 486A最大瞬时输出电流 727A控制方式定子磁场定向矢量控制电流波形畸变率 < 5%发电机型式：双馈异步感应电机，水冷频率：50/60功率因数:容性0.95~感性0.9额定转速、范围（RPM）：1800/1000~2000(50HZ)定子额定电压：690V定子额定电流：1090A定子电阻：0.001692Ω转子电阻：0.002423Ω定子漏抗：0.03692Ω转子漏抗：0.03759Ω互感：1.4568Ω电机转动惯量：97.5kg.m3风机转动惯量：5.45*106kg.m3叶轮叶轮直径：77.4m叶片长度：37.5/38叶片数：3标准空气密度：1.225kg/m3齿轮箱结构形式：两级行星轮+一级平行轴齿轮传动比：1：94定子电阻 0.007553定子漏抗 0.107133转子电阻 0.012385转子漏抗 0.103987励磁并联之路电抗 2.9683定子电阻 0.008Ω定子电感15.68mH转子电阻 0.0188Ω转子电感 16.2mH励磁并联之路电抗 15.66Mh定子三角形，转子y型在与清华大学合作的过程中，磁链观测模型采用模块化编程，所有输入/输出采用标幺值，具体// Define the base quantites#define BASE_VOLTAGE 305.9902587 //V#define BASE_CURRENT 282.8427125 //A#define BASE_FREQ 70 // Base electrical frequency (Hz)#define BASE_FLUX 0.695712317 //Wb#define BASE_TORQUE 196.7772 // BASE_FLUX*BASE_CURRENT for Torque observation #define BASE_IND 2.459714 //BASE inductance mH＝BASE_RES /w=BASE_RES /(2*pi*f)=1081.838934/(2*3.14*70)#define BASE_RES 1081.838934 //BASE resistancemO=BASE_VOLTAGE /BASE_CURRENT电感和电阻的标幺值之所以这样处理是考虑到Z=R+j(XL-XC)，从矢量合成图来看，合成量幅值必然大于两个分量的幅值，相电压/相电流＝|Z|,因此采用认为电阻的基值就是|Z|，认为XL的基值就是|Z|,是合理的，因为电阻和感抗XL永远小于等于|Z|.1.5MW风力发电机培训资料一、主机概况:数据单位名称参数说明77 [m] 风轮风轮直径3 [-] 叶片数目80 [m] 轮毂中心高78 [m]63 塔高3.7 [deg] 叶片安装角桨叶和变距之间的参考线相对于风轴回转平面的角0 [deg] 叶片回转锥角叶片回转锥角4 [deg] 仰角主轴和水平面的夹角3668 [m] 风轮中心到塔心的距离凤轮回转中心和塔筒中心线的水平距离0 [m] 侧偏移(主轴到塔心) 主轴和塔轴的水平偏差Clockwise [-] 风轮自转方向(顺时针/逆时针) 当从上风向向风机看时,风机顺时针或逆时针转12000 [kg] 轮毂轮毂质量不含桨叶0.05 [m] 轮毂重心从主轴和叶片轴的交点到轮毂质量中心的距离14600 [kgm2] 轮毂转动惯量 (x轴)16640 [kgm2] 轮毂转动惯量 (y轴)16640 [kgm2] 轮毂转动惯量 (z轴)0.90 [m] 叶根半径螺孔中心圆半径2.692 [m] 回转直径(球径) 回转直径(球径)top:φ2556*12bottom:φ4113*28 塔架在一些截面的几何尺寸78 [m] 高[kg/m] 单位长度质量[m] 直径[Nm] 抗弯刚度[mm] 壁厚7800 [kg/m] 密度2.06e11 [N/m] 杨氏模量[Hz] 塔架一阶频率(弯曲下风向纵向)[Hz] 塔架一阶频率(横向)[-] 空气动力拖动系数[-] 流体动力拖动系数(海上适用)[-] 流体动力惯量系数(海上适用)[m] 理论平均水深(海上适用)[N/m] 基础平移刚度水平[kg] 基础质量[Nm/rad] 回转刚度绕水平轴[kgm2] 基础转动惯量绕水平轴3.5 [m] 机舱宽不含风轮和轮毂8.44 [m] 机舱长3.4 [m] 机舱高2.57 [m] 机舱前端到塔中心的距离[-] 机舱拖动系数50000 [kg] 机舱质量[m] 机舱重心到塔轴线的侧向距离[m] 质量中心相对于塔顶的高度1.1 [m] 从塔轴线到机舱质量中心的前向距离220000 [kgm2] 塔架轴线惯量[kgm2] 机舱惯量(x轴)[kgm2] 机舱惯量(y轴)100 [-] 动力系增速比97.5 [kgm2] 电机转动惯量At high speed shaft [-] 闸位置在高速轴或低速轴(1234)[Nm/rad] 低速轴转动刚度[Nms/rad] 低速轴阻尼[Nm/rad] 高速轴转动刚度[Nms/rad] 高速轴阻尼0.95(efficiency) % 机械传动损失[Nm/rad] 底盘相对于风轮轴的旋转刚度例如柔性驱动拖底盘(见图) [Nms/rad] 底盘相对于风轮轴旋转阻尼[kgm] 底盘及其部件的惯性矩[Nm/rad] 增速箱相对于风轮轴的转动刚度[Nms/rad] 增速箱相对于风轮轴的转动阻尼6318 [kgm2] 增速箱转动惯量[s] 电功率时间常数对于变速发电机13500 [kNm] 发电机的最大扭矩,例如短路转矩常数或方程0.97 [%]or[kw] 电机损失(效率)[Nm] 主轴最大制动扭矩转子闸[s] 主轴刹车时间[rpm] 制动装置在开始停车时的风轮转速Attached 1 [rpm],[kNm] 在额定值内的转矩-速度曲线,发电机转速对发电机扭矩发电机扭矩来源于发电机速度(独立与时间)1100 [Nm] 最低发电机速度发电机在线时的速度1800 [rpm] 额定发电机速度电控安装点8208 [Nm] 额定发电机转矩需要的转矩控制的时间表的附加信息0 [deg] 最小桨角发电时的变距要求变距系统90 [deg] 最大桨角发电时的变距要求90 [deg] 变桨位置底限(硬件) 通过开关或其他硬件-2º [deg] 变桨位置上限(硬件) 通过开关或其他硬件12º [deg]/s 变距比率限制需要变距控制的时间表的附加信息0.5 [deg/s] 偏航系统偏航速度偏航系统360 [kNm] 偏航驱动最大力矩5400 [Nm/rad] 偏航轴承最大旋转刚度偏航轴承最大倾覆力矩1100 [Nms/rad] 偏航轴承最大旋转阻尼222480 [Nm] 机械偏航制动力矩±15º 偏航策略风机启动、停止、紧停策略过速、风向、解缆策略功率曲线控制策略3 m/s 切入风速21 m/s 切出风速12 m/s 额定风速18 rpm 转子额定转速20 rpm 转子极限转速1.1 风力发电机CPC 77s/1.5MW风力发电机(以下简称为“风力机” )是三叶片、上风向、叶片变浆距、主动偏航、叶轮直径为77米、额定容量为1500kW、设计使用寿命20年的风力机.该机采用双馈异步发电机,该电机可以使风力机在比较宽的风轮转子转速变化范围内运转,以获取更多的电能.风轮由3个叶片、叶片轴承及球墨铸铁轮毂构成.叶片全长37.5米.叶片通过4-点球式轴承,安装在叶片轮毂上,以实现叶片的迎角可调.风力机可以根据发电量及产生的噪音调节叶片运行时的角度.在高风速下,双馈发电机和变浆距系统将风力机的输出功率保持在额定功率.在低风速条件下,双馈发电机和变浆距系统通过选择风轮转子的转速和叶片角度的最佳结合使风力机的输出功率最大.风力机通过主轴将机械功率由齿轮箱传输到发电机.齿轮箱由1级行星齿和2级螺旋齿轴传动.从齿轮箱通过万向联轴节柔性联结,将能量耦合到发电机.发电机是一台高效率的4极双馈式发电机,带有绕组转子和滑差线圈,采用绝缘轴承配置.双馈异步发电机,又称交流励磁发电机.其结构与绕线式异步电机类似,但转子上需要4个滑环.馈电方式则和双馈电机或异步电动机超同步串级调速系统相似,即定子绕组接电网,转子绕组由变频器提供频率、相位、幅值都可调节的电源,实现恒频输出,还可以通过改变励磁电流的幅值和相位实现发电机有功、无功功率的独立调节.由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的,流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率,该转差功率仅为额定功率的一部分,这样该变频器的成本以及控制难度大大降低.另外发电机运行时,既可超同步转速运行,也可亚同步转速运行,变速运行在1100~1810rmp之间,而定子输出电压和频率可以维持不变,既可调节电网的功率因数,又可以提高系统的稳定性.这种采用双馈异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变频器的容量外,还可以实现有功、无功功率的灵活控制,对电网而言可起到无功补偿的作用.风力机的基本制动方法是全顺浆制动.高速轴的制动是紧急状态下的紧急制动,通过液压系统启动安装在齿轮箱高速主轴上的紧急碟式制动器.风力机的功能通过几台微处理器构成的控制单元监控.控制系统安装在机舱内. 在风力机全工况的过程中调节控制系统可以使叶片的转动角度变化在0°~90o.控制系统根据安装在机舱顶部的风向仪提供的风向信息控制偏航系统转向.偏航系统是由回转支撑轴承、弹簧阻尼装置和四台电机驱动的齿轮传动机构组成的.机舱盖是由玻璃纤维强化聚脂材料制成,可以保护机舱内部的设备,防雨、雪、尘和阳光的照射.从塔架进入机舱是通过塔顶的一个中央开口.机舱内还安装了一台起重量为200千克的链式提升机,提升高度为80米.风力机的塔架是钢制圆锥型筒式结构(不在供货范围内),设有攀梯助力装置.(由用户选购).CPC77s/1.5MW风力机的设计根据IEC 61400-1标准,78米塔架适用于III级风场(轮毂高67米和80米).1.5MW双馈异步风力发电机的主要技术参数1、发电机型号:YRKFF500-4 1500Kw 690v2、额定输出;右1800r/min时1500kw3、转速范围:1100—2000r/min4、电网电压:3AC 690V 50Hz cosφ＝1.05、发电机满载运行时额定效率:η≥97%6、发电机自身转动惯量:约97.5Kg.m安装方式MB3 冷却方式:IC616 防护等级IP54绝缘等级:H级温升F级(考核)旋转方向:顺时针(从轴伸瑞看)绕组连接方式:定子△,转子Y.转子绕组开路电压:2090VCPC 77s/1.5MW是并网型风电机组,由塔底控制柜引出的连接电力电缆(用户采购)通过容量为1.6MV A 35kV/690V或10kV/690V升压变压器(设备最高电压40.5kV,由用户选购)与中压电网连接,以10kV或35kV汇流线路集电,接入风电场升压站10kV或35kV母线,经二次升压后并入主电网.推荐接线方案为一机一变单元接线方式.对电网的要求:电网电压10~35kV,电压偏差±5%;电压闪变波动≥85%tev<0.1秒;周波50Hz+1Hz/-3Hz;电网失压的情况在整个风力机使用寿命期间最多允许平均每月发生一次. 风机的变桨距控制变距风轮的叶片在静止时,节距角为90度.气流对桨叶不产生转矩,整个桨叶实际是一块阻尼板.当测量风速在10分钟内平均达到起动风速时,桨叶向0度方向转动,直到气流对桨叶产生一定的攻角,(45度左右)风轮开始起动.并网前变桨距系统的节距给定值由发电机转速信号控制,转速控制器按一定的速度上升斜率给定速度值,调整节距角.调整风力发电机转速在同步转速附近,寻找最佳时机并网.风机运行时,变浆系统也在工作1)如果风速低于额定风速,系统选择最佳的叶片受风角度.这样,风机的电能输出在任何一个风速下都将达到最大.这是通过变浆系统实现的.(2)当风速超过额定风速时,系统调节叶片的受风角度,使风机产生额定的发电功率.叶片沿其长度方向的轴转动调整叶片的受风角度.风机的变桨系统是靠液压系统推进的,通过各自独立的液压系统推动,使3个叶片保持相同的受风角度.风机的旋转速度和叶片角度随时根据风速的变化调整.控制系统选择这些变量的最合适的操作参数.根据风速的不同,可以将控制分为4个阶段和两种控制方式,即并网前的速度控制和并网后的功率控制.1).低风速(低于风机切入风速),控制系统将发电机与电网断开;2).中等风速(高于切入风速,小于额定风速),发电机连接到电网,但是功率没有达到额定值;3).高风速(高于额定风速,低于切出风速)风机发出额定功率的电;4).极高的风速(高于切出风速),发电机与电网断开,风机停止运转.低风速⌝当风速低于但是接近于风机切入风速的时候(4m/s),控制系统将叶片角度调整到45o左右.这种叶片角度将给予转子非常高的力矩.当风速提高时,转子的转速以及发电机的转速也相应提高,叶片的角度相应地被控制器调小,直到发电机的连接达到最佳的条件.⌝中等风速在风速高于启动风速而低于额定风速,控制系统确定最好的转子转速(,以及叶片角度,使电能的吸收率在每一个风速下达到最大.高风速⌝当风速超过额定风速时,风的动能足以满足风机产生额定功率,系统调整叶片的角度(调大叶片的角度)使功率达到额定值.⌝停止风速如果风速超过停止风速值,系统将发电机和电网断开,并将叶片角度调节到全顺浆位置(~90o).然后控制系统将等待风速降低到再启动风速以下,从新启动发电机.。
风力发电变流器水冷系统的优化设计
风力发电变流器水冷系统的优化设计作者：林锦华来源：《科技创新与应用》2017年第09期摘要：兆瓦级风力发电机变流器的散热一般采用空气冷却和水冷却两种方式。
水冷有体积小、散热效率高和各器件易更换等优势，一般大兆瓦变流器都采用水冷方式。
文章以某1.5MW风力发电机组为例，根据水冷系统运行出现的问题进行优化设计，并阐述了设备的优化选型思路，最后对关键问题的验证手段进行了分析。
关键词：变流器；水冷系统；优化设计前言目前，在1.5MW和2MW机型上，约有65%的风机变流器使用水冷。
在大兆瓦机型上，几乎全部采用水冷。
从2005年开始，国内大多数风电整机厂家开始引进国外兆瓦级风力发电技术，而国内厂家直接采用进口水冷产品与进口变流器进行配套使用。
由于国内风电整机厂家并未对水冷给予足够的关注，同时进口水冷产品厂家没有充分考虑国内、外使用环境的差异性，直接套用国外经验和产品，以致运行期间出现温度调节功能失效、温度压力突变等问题，基于此对系统进行设计优化和选型优化。
1 水冷系统出现的问题及优化设计研究1.1 针对温度调节功能失效问题的优化设计国外主流产品通常在水泵进口处设置温控阀，该温控阀是机械式自励调节。
随着温度的逐步上升开始逐步导通水-风冷却器循环回路，使得其中一部分水直接回水泵，另一部分水则进入水-风冷却器进行循环；随着温度的升高，通过水-风冷却器的流量逐渐增加，直接回水泵的流量减少，直至最后冷却介质全部通过水-风冷却器循环。
由于系统温升（降）波动大，机械式的温度调节速度无法与电动调节的方式配比，而且由于内部结构的限制，机械式温控阀往往容易出现受异物堵塞的问题。
针对上述现象，优化设计的思路是在与空气换热器的进口管路连接的循环管路上设置一电动三通阀，且该电动三通阀的一支路与和空气换热器出口管路连接的循环管路连通，从而控制流经空气换热器回路的流量。
根据水温的变化，三通阀在一定温度范围内自动调节阀门工作角度从而控制流经换热器的流量比列，当水温过低时，使一部分从被冷却器件中过来的热水不经过空气换热器降温，直接回到主循环泵的入口，从而使循环水温回升。
关于编制全功率兆瓦级风力发电并网变流器项目可行性研究报告编制说明
全功率兆瓦级风力发电并网变流器项目可行性研究报告编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：高级工程师：高建关于编制全功率兆瓦级风力发电并网变流器项目可行性研究报告编制说明（模版型）【立项 批地 融资 招商】核心提示：1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。
2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整）编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司专业撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书商业计划书可行性研究报告目录第一章总论 (1)1.1项目概要 (1)1.1.1项目名称 (1)1.1.2项目建设单位 (1)1.1.3项目建设性质 (1)1.1.4项目建设地点 (1)1.1.5项目主管部门 (1)1.1.6项目投资规模 (2)1.1.7项目建设规模 (2)1.1.8项目资金来源 (3)1.1.9项目建设期限 (3)1.2项目建设单位介绍 (3)1.3编制依据 (3)1.4编制原则 (4)1.5研究范围 (5)1.6主要经济技术指标 (5)1.7综合评价 (6)第二章项目背景及必要性可行性分析 (8)2.1项目提出背景 (8)2.2本次建设项目发起缘由 (8)2.3项目建设必要性分析 (8)2.3.1促进我国全功率兆瓦级风力发电并网变流器产业快速发展的需要 (9)2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9)2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9)2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9)2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10)2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10)2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11)2.4项目可行性分析 (11)2.4.1政策可行性 (11)2.4.2市场可行性 (11)2.4.3技术可行性 (12)2.4.4管理可行性 (12)2.4.5财务可行性 (13)2.5全功率兆瓦级风力发电并网变流器项目发展概况 (13)2.5.1已进行的调查研究项目及其成果 (13)2.5.2试验试制工作情况 (14)2.5.3厂址初勘和初步测量工作情况 (14)2.5.4全功率兆瓦级风力发电并网变流器项目建议书的编制、提出及审批过程 (14)2.6分析结论 (14)第三章行业市场分析 (16)3.1市场调查 (16)3.1.1拟建项目产出物用途调查 (16)3.1.2产品现有生产能力调查 (16)3.1.3产品产量及销售量调查 (17)3.1.4替代产品调查 (17)3.1.5产品价格调查 (17)3.1.6国外市场调查 (18)3.2市场预测 (18)3.2.1国内市场需求预测 (18)3.2.2产品出口或进口替代分析 (19)3.2.3价格预测 (19)3.3市场推销战略 (19)3.3.1推销方式 (20)3.3.2推销措施 (20)3.3.3促销价格制度 (20)3.3.4产品销售费用预测 (21)3.4产品方案和建设规模 (21)3.4.1产品方案 (21)3.4.2建设规模 (21)3.5产品销售收入预测 (22)3.6市场分析结论 (22)第四章项目建设条件 (22)4.1地理位置选择 (23)4.2区域投资环境 (24)4.2.1区域地理位置 (24)4.2.2区域概况 (24)4.2.3区域地理气候条件 (25)4.2.4区域交通运输条件 (25)4.2.5区域资源概况 (25)4.2.6区域经济建设 (26)4.3项目所在工业园区概况 (26)4.3.1基础设施建设 (26)4.3.2产业发展概况 (27)4.3.3园区发展方向 (28)4.4区域投资环境小结 (29)第五章总体建设方案 (30)5.1总图布置原则 (30)5.2土建方案 (30)5.2.1总体规划方案 (30)5.2.2土建工程方案 (31)5.3主要建设内容 (32)5.4工程管线布置方案 (33)5.4.1给排水 (33)5.4.2供电 (34)5.5道路设计 (36)5.6总图运输方案 (37)5.7土地利用情况 (37)5.7.1项目用地规划选址 (37)5.7.2用地规模及用地类型 (37)第六章产品方案 (39)6.1产品方案 (39)6.2产品性能优势 (39)6.3产品执行标准 (39)6.4产品生产规模确定 (39)6.5产品工艺流程 (40)6.5.1产品工艺方案选择 (40)6.5.2产品工艺流程 (40)6.6主要生产车间布置方案 (40)6.7总平面布置和运输 (41)6.7.1总平面布置原则 (41)6.7.2厂内外运输方案 (41)6.8仓储方案 (41)第七章原料供应及设备选型 (42)7.1主要原材料供应 (42)7.2主要设备选型 (42)7.2.1设备选型原则 (43)7.2.2主要设备明细 (44)第八章节约能源方案 (45)8.1本项目遵循的合理用能标准及节能设计规范 (45)8.2建设项目能源消耗种类和数量分析 (45)8.2.1能源消耗种类 (45)8.2.2能源消耗数量分析 (45)8.3项目所在地能源供应状况分析 (46)8.4主要能耗指标及分析 (46)8.4.1项目能耗分析 (46)8.4.2国家能耗指标 (47)8.5节能措施和节能效果分析 (47)8.5.1工业节能 (47)8.5.2电能计量及节能措施 (48)8.5.3节水措施 (48)8.5.4建筑节能 (49)8.5.5企业节能管理 (50)8.6结论 (50)第九章环境保护与消防措施 (51)9.1设计依据及原则 (51)9.1.1环境保护设计依据 (51)9.1.2设计原则 (51)9.2建设地环境条件 (52)9.3 项目建设和生产对环境的影响 (52)9.3.1 项目建设对环境的影响 (52)9.3.2 项目生产过程产生的污染物 (53)9.4 环境保护措施方案 (54)9.4.1 项目建设期环保措施 (54)9.4.2 项目运营期环保措施 (55)9.4.3环境管理与监测机构 (57)9.5绿化方案 (57)9.6消防措施 (57)9.6.1设计依据 (57)9.6.2防范措施 (58)9.6.3消防管理 (59)9.6.4消防设施及措施 (60)9.6.5消防措施的预期效果 (60)第十章劳动安全卫生 (61)10.1 编制依据 (61)10.2概况 (61)10.3 劳动安全 (61)10.3.1工程消防 (61)10.3.2防火防爆设计 (62)10.3.3电气安全与接地 (62)10.3.4设备防雷及接零保护 (62)10.3.5抗震设防措施 (63)10.4劳动卫生 (63)10.4.1工业卫生设施 (63)10.4.2防暑降温及冬季采暖 (64)10.4.3个人卫生 (64)10.4.4照明 (64)10.4.5噪声 (64)10.4.6防烫伤 (64)10.4.7个人防护 (65)10.4.8安全教育 (65)第十一章企业组织机构与劳动定员 (66)11.1组织机构 (66)11.2激励和约束机制 (66)11.3人力资源管理 (67)11.4劳动定员 (67)11.5福利待遇 (68)第十二章项目实施规划 (69)12.1建设工期的规划 (69)12.2 建设工期 (69)12.3实施进度安排 (69)第十三章投资估算与资金筹措 (70)13.1投资估算依据 (70)13.2建设投资估算 (70)13.3流动资金估算 (71)13.4资金筹措 (71)13.5项目投资总额 (71)13.6资金使用和管理 (74)第十四章财务及经济评价 (75)14.1总成本费用估算 (75)14.1.1基本数据的确立 (75)14.1.2产品成本 (76)14.1.3平均产品利润与销售税金 (77)14.2财务评价 (77)14.2.1项目投资回收期 (77)14.2.2项目投资利润率 (78)14.2.3不确定性分析 (78)14.3综合效益评价结论 (81)第十五章风险分析及规避 (83)15.1项目风险因素 (83)15.1.1不可抗力因素风险 (83)15.1.2技术风险 (83)15.1.3市场风险 (83)15.1.4资金管理风险 (84)15.2风险规避对策 (84)15.2.1不可抗力因素风险规避对策 (84)15.2.2技术风险规避对策 (84)15.2.3市场风险规避对策 (84)15.2.4资金管理风险规避对策 (85)第十六章招标方案 (86)16.1招标管理 (86)16.2招标依据 (86)16.3招标范围 (86)16.4招标方式 (87)16.5招标程序 (87)16.6评标程序 (88)16.7发放中标通知书 (88)16.8招投标书面情况报告备案 (88)16.9合同备案 (88)第十七章结论与建议 (90)17.1结论 (90)17.2建议 (90)附表 (91)附表1 销售收入预测表 (91)附表2 总成本表 (92)附表3 外购原材料表 (94)附表4 外购燃料及动力费表 (95)附表5 工资及福利表 (97)附表6 利润与利润分配表 (98)附表7 固定资产折旧费用表 (99)附表8 无形资产及递延资产摊销表 (100)附表9 流动资金估算表 (101)附表10 资产负债表 (103)附表11 资本金现金流量表 (104)附表12 财务计划现金流量表 (106)附表13 项目投资现金量表 (108)附表14 借款偿还计划表 (110) (114)第一章总论总论作为可行性研究报告的首章，要综合叙述研究报告中各章节的主要问题和研究结论，并对项目的可行与否提出最终建议，为可行性研究的审批提供方便。
金风1.5兆瓦机组变流部分培训课件
锁相环
斩波器控制 温度 信号处理
制动单元 控制
逆变器控制
PWM调制
PWM调制
PWM调制
三角波 产生电路
斩波器 脉冲输出
制动单元 脉冲输出
逆变器 脉冲输出
斩波器 控制脉冲
制动单元 控制脉冲
逆变器 控制脉冲
三、各元器件介绍
变压器支架
620/400V自耦变压器——提供机组动力用电和控制用电。总容量40KVA，副 边22.4KVA 提供主控柜，变流柜用电。17.5KVA提供机舱用电。 IGBT2冷却风扇——风冷系统循环动力
放电回路：一端接在 正、负直流母排上，另 端经过接触器接在PE 排上。
充电电阻 机组母排上连接有很多电容，预充电时网侧电流很大，为了限制 网侧电流，防止网侧电流击穿电路中的电容器，所以在预充电回路上 加上了充电电阻，充电电阻的主要作用是限流。
充电回路：一端接在框架 开关的下口，另一端端就在 开关的上口。达到设置的电 压后断开此回路，框架开关 闭合。
高压I/O板
高压I/O板是用来连接高压I/O信号，主要作用是接收电流互感 器信号，发出预充电启动、主控开启动及其反馈信号，直流母排电 压监测，整流母排电压监测，将监测出来的I/0信号通过插针端子 DSUB电缆传送给变流器控制板。
25 芯 线
高压I/O板
变流器控制板
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金风1.5MW机组变流器介绍 （FREQCON系统）
主要内容： 一、1.5MW机组freqcon变流系统的主拓扑结构
二、freqcon变流系统
三、freqcon变流系统各元器件介绍
四、预充电回路
五、freqcon变流系统的冷却
一、freqcon变流系统主拓扑结构
兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究
兆瓦级双馈式三电平风电变流器关键技术研究能源和环境是如今困扰人类生存和发展的两大紧迫问题。
大力发展以风能为代表的新兴绿色能源是解决该问题的重要手段。
合理发展风能不仅具有巨大的经济利益，还蕴含着更多的社会效益和环保效益。
因此，近年来风电发展创造了惊人的增长速度。
风电变流器是风电系统中核心设备，也是制约风电产业完全国产化的重要瓶颈。
研究高性能风电变流器对于完善我国风电产业链，提升风电制造业整体水平具有重要意义。
风电机组单机容量不断增大，电压等级必然提升的发展趋势，并且国家对风力发电电能质量要求也将进一步提高。
由于三电平拓扑结构自身优势，可适应更高的电压等级，提供更绿色的电能。
因此采用三电平拓扑结构代替传统两电平模式是风电变流器研究的重要方向之一。
本文针对基于三电平结构的兆瓦级双馈式风电变流器一些关键技术进行了深入研究。
首先提出了双馈式三电平风电变流器的整体设计方案，并对其一些重要部件的设计进行了详细的介绍；分析了简化式三电平SVPWM控制算法的实现；通过实验验证了设计方案的有效性。
在深入分析网侧变流器数学模型和现有控制策略的基础上，针对传统PI控制器参数不易整定的问题，提出了一种基于LQRI新型三电平网侧变流器控制策略，实现了网侧变流器最优控制；采用双电流控制方法实现了电网故障条件下网侧变流器的有效控制。
提出了一种基于模糊滑模控制的转子电流内环控制策略，利用滑模变结构特性抑制了并网前后电机数学模型变化带来的不利影响；有效地实现了并网前对电网电压跟踪以及并网后对功率给定的跟踪控制。
采用一种基于定子磁链在不同坐标系下角度偏差的转子位置辨识策略，改进了一种磁链观测算法，实现了双馈式变流器无速度传感器控制。
本文设计的三电平变流器先后通过不同试验平台，以及风场现场试验验证。
结果表明设计方案以及控制策略正确有效。
该论文有图78幅，表11个，参考文献147篇。
MW级大功率风电机组变流器系统的研究
系统的稳定性 。图 ５为系统结构示意 图。
图 ５ 系 统 结 构 框 图
其 主要优 点在 于 ：单个器 件承受 的 电压 应力 小，更
容 易 实 现 高 压 大 功 率 ；在 相 同 开 关 频 率 下 ，输 出波 形 更 接 近 正 弦 波 ，谐 波 含 量 更 低 ； 同 时 还 大 大 减 轻 了 电 磁 干 扰 （ ＭＩ 问 题 。 Ｅ ）
Ａｂｓｒ ｃ Ｉ ｈ ａ ｒ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐｅ ，ｗｅ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｗ ｉｄ ｐ ｗｅ ｙｓｅ ｉ ｏ ｍｏ ｅ ｏ ｈｒ ｅ ｋｉ ｄ ｉ ｈ ｔ ｄ ｈ ｎ ｏ ｒｓ ｔ ｍ ｎ ｃ ｍ ｎ ｕｓ ｆｔ ｅ ｎ ｓ ｏｆｈ ｇ
系 统 由 一 个 操 作 器 和 两 个 并联 的 变 流 器 组 成 。
系 统各个对 象之 间采 用 Ｃ Ｎ 总线方式进行 通信 。 Ａ 操
作 器 （ 机 接 口 ） 控 制 各 变 流 单 元 的 启 停 和 参 数 修 人
改 ；变流器 负责机 侧整流 与 网侧逆 变 。机侧 整流原
采用器 件 串并联方 式提 高变流 器的功 率 ，具有 拓 扑结构 简单 ，功率器 件个 数少等优 点 。但器件 串 联会 带来分压 不均 问题 ，器 件并联 会带来器 件的均 流 问题 ，因而对驱 动 电路 的要 求也大 大提 高，要尽 量做到 串联器 件 同时导通 和关 断，否则 由于各器 件 开断 时间不一 ，承 受 电压 不均或 分流不均 ，会 导致 器件 损坏甚 至整个 逆变器 崩溃 。 ２３ 多 电平 大功率 变流器 ． 多 电平 变频器 本质 依赖于 内部 多 电平逆 变器 的
[整理]SWITCH变流器在兆瓦级直驱型风机中的应用
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SWITCH变流器在兆瓦级直驱型风机中的应用1. 简介近年来，兆瓦级风机市场在以极快的速度增长着。
金风公司在国内率先引导的直驱型风机，是其中很有前途的一种机型，其中主要使用的变流器是SWITCH公司的产品。
在过去的两年里，SWITCH公司制造的全功率变流器和金风公司直驱型风机一同进步，逐渐成熟。
2. 金风直驱型风机的原理及特点2.1. 直驱型风机之原理兆瓦级风机市场上的主流是变浆变速风机，根据结构的不同又可以分为两种：双馈型和直驱型。
双馈型采用双馈发电机，在转子绕组上串入可以四象限运行的变频器，控制定子绕组和电网之间的功率流动。
这种结构对变频器的功率要求只有系统总功率的1/3左右。
图1：双馈型变流装置示意图金风公司的直驱型风力发电机组采用永磁式发电机的形式，将电机定子绕组输出直接连接到全功率的变流器上，由变流器将电机输出变化的电压/电流转换为和接入电网电压和频率相匹配的形式。
图2：直驱型风力发电系统示意图为了降低电机成本，希望变流器具有能够调节电机内磁场的功能，因此全功率四象限变流器就成为了直驱型风机变流器的首选。
2.2. 直驱型风机之优点及和双馈机型的异同和双馈型风力发电机组相比，直驱型机组有如下特点：优点包括：省略了齿轮箱，机械系统大为简化，机械可靠性显著提高。
在发电机和电网之间采用了完全可控的全功率变流器进行功率转换，在电网侧能够自由的实现各种功能，如低电压穿越、动态无功补偿，甚至有限的谐波补偿能力。
在接入网性能方面，直驱型机组具有无以伦比的优势。
由于少了齿轮箱等传动机构，且没有附加的励磁损耗，风机整体效率较双馈机组高，理论值为3%，在吉林、内蒙多个风况相同现场的实际差异则远高于此数值。
由于没有齿轮箱、碳刷等机构，机组需要定期维护的器件数量大大降低，长期维护成本较低。
由于直驱发电机的特点，使得直驱风机在低速时切入速度小于双馈机组，从而使整机的发电量和发电效率提高。
缺点是：由于采用了低速电机，电机尺寸庞大，整体重量和成本较双馈机组更高。
全功率兆瓦级风力发电并网变流器项目可行性研究报告
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【报告说明】本报告是针对行业投资可行性研究咨询服务的专项研究报告，此报告为个性化定制服务报告，我们将根据不同类型及不同行业的项目提出的具体要求，修订报告目录，并在此目录的基础上重新完善行业数据及分析内容，为企业项目立项、上马、融资提供全程指引服务。
可行性研究报告是在制定某一建设或科研项目之前，对该项目实施的可能性、有效性、技术方案及技术政策进行具体、深入、细致的技术论证和经济评价，以求确定一个在技术上合理、经济上合算的最优方案和最佳时机而写的书面报告。
风力发电变流器
风力发电变流器2008-1-5 14:59:23互联网1.1 产品原理：永磁直接驱风力发电系统是采用永磁同步电机无齿轮箱直接驱动型的风力发电机组。
兆瓦级风力发电用全功率风电变流器PowerWinvertTM 1500A在发电机输出端并上无功补偿电容，提高发电机的功率因数和利用效率。
采用六相不可控整流桥对其进行12脉波整流（如图2所示）。
在整流输出端并上电容进行支撑稳压，减小直流脉动，之后由IGBT桥逆变输出。
在风力发电机组额定功率以内，以控制器的控制实现最佳功率点跟踪，尽量最大利用风能，而当风速超过额定风速时，为使发电机组和变流器不至于过载运行，此时应调整桨距角，减小叶尖速比值，让风力发电系统运行于安全功率区域。
哈尔滨九洲电气拥有该产品技术自主知识产权，在此领域处于国内领先水平，是国内率先实现1.5MW功率等级的风力发电全功率变流器。
可为我国风能发电提供领先技术，为产业化提供技术支撑。
1.2产品用途：用于永磁同步电机直接驱动风力发电系统中。
图2 兆瓦级永磁直驱风力发电并网全功率变流器PowerWinvert 1500A1.3 产品特性：1. 基于双DSP的高性能高速全数字化控制。
2. 自动最佳功率点跟踪控制。
3. 双PWM控制四象限运行。
4. 有功无功充分解耦，可以根据电网需求进行无功补偿。
5. 零冲击并网，自动软并网和软解列控制。
6. 随机风速下的电功率平滑控制。
7. 在阵风时采用阵风控制，降低了风机载荷。
8. 功率因数控制。
9. 标准通讯接口，如CAN Bus、Profibus、RS485接口等，具有远程控制功能。
10. 具有过流、过压、过温等故障检测与保护功能和显示功能。
11. 电网电压异常保护、风机电压异常保护、孤岛保护、防雷击保护。
12. 符合工业现场运行要求。
1.4 产品技术指标：1. 装臵容量：1500KW；2. 输入输出电压：690VAC；3. 效率：>97%；4. 电流畸变率：<4%；5. 频率精度：±0.01Hz；6. 网侧功率因数：根据需要可调；7. 控制方式：采用全数字化控制；8. 并网控制：自动软并网和软解列；9. 电磁兼容性能：可抗2000V脉冲干扰；10. 防护等级：IP23；11. 加热装臵：有；12. 冷却方式：水冷＋强迫风冷；13. 屏蔽保护：柜体内主回路有金属网防护；14. 防雷保护：主回路采用B级防护，控制回路采用C级防护；15. 过压、过流、短路、过热保护：有；16. 过热保护温度：80°C；17. MTBF：>100000h；18. 绝缘标准：GB 3859/93。
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兆瓦级风力发电变流器
风力发电，是面向未来最清洁能源之一。
PowerWinvert系列兆瓦级风力发电变流器，是为风力发电机与电网之间建立的桥梁和纽带，它是一种将多变的风力电能变换成稳定的电能馈入电网的技术。
PowerWinvert系列兆瓦级风力发电变流器，采用多重化ＰＷＭ技术，通过多重叠加将多台变流单元并联，形成不同功率等级的变流器。
它不仅具有输出波形近似正弦的特点，而且具备一定的冗余能力，单台故障单台退出，不影响其它变流单元正常工作。
哈尔滨九洲电气股份有限公司应用现代电力电子技术、电力并网技术以及计算机控制技术等科研成果，依据市场需求而研制开发的这一高效型风电产品，采用先进、独特的桥式逆变技术、优秀的光纤传送技术、ＩＧＢＴ过流处理技术、完善的过电压保护技术、波形连续变换技术以及远程通讯控制技术等，汇集了国外同类产品的优点，是满足当今风电机组、电网输变电要求的新一代风电变流产品。
九洲电气，自一九九七年成立以来，一直从事现代电力电子并网技术的研究，目前已经建成了全国最大的并网变流器试验站，可以对风电系统中的变流器进行模拟试验和测试，并网功率可达5兆瓦。
PowerWinvert系列兆瓦级风力发电变流器，采用专门的变流器生产技术和生产工艺，可满足风电系统对变流器高可靠性、高环境适应性和无人值守的苛刻要求。
分类及原理
九洲电气研制的PowerWinvert系列风力发电变流器，专为变速恒频风力发电系统设计，主要分为PowerWinvert–A型、PowerWinvert–B 型和PowerWinvert–Ｃ型。
PowerWinvert-A型
为二极管整流直驱用型
采用二极管整流、ＢＯＯＳＴ升压及ＰＷＭ逆变方式，电压等级４００Ｖ、６９０Ｖ，功率从７５０ｋＷ到３ＭＷ。
产品用途
用于无齿轮箱的直驱或带齿轮箱的半直驱式的永磁同步风力发电系统全功率变换。
基本原理
电机侧采用二极管整流＋ＢＯＯＳＴ升压电路，实现ＡＣ／ＤＣ稳压及升压变换，形成１２００ＶＤＣ的直流电压源，再经ＰＷＭ逆变变流单元变换成稳定电压和频率的三相交流电，输送到电网。
变流单元采用多重化ＰＷＭ技术，输出波形近似正弦，具有谐波小，效率高的特点。
PowerWinvert-Ｂ型
为双PWM直驱用型
采用ＰＷＭ整流＋ＰＷＭ逆变方式，电压等级４００Ｖ、６９０Ｖ，功率从７５０ｋＷ到３ＭＷ。
产品用途
用于无齿轮箱的直驱或带齿轮箱的半直驱式的永磁同步风力发电系统全功率变换。
基本原理
电机侧采用ＰＷＭ整流，实现ＡＣ／ＤＣ稳压及升压变换，直接形成１２００ＶＤＣ的直流电压源，再经ＰＷＭ逆变变流单元变换成稳定电压和频率的三相交流电，输送到电网。
整流器和逆变器结构完全相同，通过直流母线以背靠背形式组合在一起，构成双ＰＷＭ控制。
它实质是一种交直交的电压源型四象限变流器，可以实现能量的双向流动。
风力发电变流器由多台ＰＷＭ控制的变流单元构成，多台变流单元并联可以构成更广泛的功率输出，且通过特殊设计，可以提供一定的冗余能力，单台故障单台退出，不影响其它变流单元正常运行。
每台变流单元均接受同一台控制器的控制，其间采用光纤连接。
实现整流和逆变，通过采用多重化ＰＷＭ技术，输出波形近似正弦，具有谐波小，效率高的特点。
PowerWinvert-Ｃ型
为双馈风力发电用型
采用ＰＷＭ整流＋ＰＷＭ逆变方式，电压等级４００Ｖ、６９０Ｖ，适合发电机组功率从６００ｋＷ到３ＭＷ。
产品用途
用于带齿轮箱的交流励磁双馈风力发电系统。
基本原理
双馈发电机在结构上与绕线式异步电机相似，即定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，发电机的定子接入电网；而电网通过四象限交直交变流器向发电机的转子供电，提供交流励磁电流。
通过变流器的功率仅为电机的转差功率，功率变流器将转差功率回馈到转子或者电网，双馈电机的交直交功率变流器由于只通过转差功率，其容量仅为电机额定容量的1/3～1/2，因此大大降低了并网变流器的造价，网侧和直流侧的滤波电感、支撑电容都相应缩小，电磁干扰也大大降低，也可方便地实现无功功率控制。
变流试验站
九洲电气，拥有专业的兆瓦级并网变流器试验平台，可以对风力发电变流器进行模拟、仿真试验和实载测试，是目前国内最大的并网变流器试验室之一。
试验站，建筑面积2000平方米，是针对大功率变流器进行智能化带载测试的试验场所，具备电压等级380V、690V、1200V、2400V、3300V、6600V和10000V，功率最大可达5MW的变流器测试能力，是国内少有的大功率变流器测试平台之一。
强大的试验手段，保证了风电变流器的可靠性及稳定性。
完全模拟风力变化情况，通过模拟风力的骤生骤降等突变情形，来考核变流器的响应速度和应对突发事件的能力，验证产品的可靠性能。