风机变频器控制原理讲解

K54 Ffiilltteerrccoonntatactcotro2r
US12 US32
U VW
PS,QS
+PE
PM
To Step Up Transformer
690VAC / 50Hz
1500/1A
iL1..3
3x40A
3x32A
690V + 400V auxiliary power for
nacelle load
V2 主电路
电气隔离
电力电子器件在实际应用中的系统组成
在主电路 和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
变频器的内部控制框图
变速恒频控制原理
变速恒频：转子的转速跟踪风速的变化，定子侧恒频恒压输出。
f1 pfm f2
f1 ——定子电流频率，与电网频率相同； p——电机极对数； fm——转子机械频率，fm=n/60（n为发电机转子转速）； f2——转子电流频率；
变频器控制单元： 电网电压、电流测量；功率测量；电 网监测；与主控制器通讯
conv-blk-d6-1250.vsd, sf, 15.09.06
电机侧du/dt滤波器： 滤除由于功率元件开关引起的高电压上 升沿和下降沿的高频信号，防止此高频 信号对电机转子绕组的影响
过压保护器： dc-link电压过高 时开启，短路转 子，保护变频器
网侧变换器 交流侧三相 电流
DFIG 系统
从电网吸收电能
网侧变换器 交流侧三相 电压
进线电抗器 的等效电阻 和电感
双PWM变流器主电路结构图
直流环节的 储能电容
向电网发送电能
DFIG转子绕 组的漏感和 等效电阻
DFIG转子绕组 感应电动势
控制电路
控
检测 电路
制 保护
电
电路
路
驱动 电路
V1 LR
变频器—系统原理（ALSTOM)
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
并网柜
控制柜
功率模块柜
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
并网柜
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
• 并网柜： • 1 并网（断路器） • 2 保护（断路器的过流保护） • 3 系统电源分配 • 4 与机舱主控制器信号交换
DClink voltage
fibre or copper
fFilitleterrbbaankk 2
1000/0,1A
iR1..3
dV/dT
μ Filter
1152uHH, 555500AA
rotor current feedback
main grid voltage feedback main grid current feedback
n小于定子旋转磁场的同步转速ns时，处于亚同步运行状态，上式取正号， 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大于ns时，处于超同步运行状态，上式取负号，此时发电机由定子和转子 发出电能给电网，变流器的能量逆向流动；
n等于ns时，处于同步运行状态，f2=0，变流器向转子提供直流励磁；
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
控制柜
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
控制柜内部
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
• 控制柜：
• 1 功率模块（变频模块）触发控制 • 2 励磁回路控制 • 3 自动同期控制 • 4 功率回路保护 • 5 信号采集及转换、分配 • 6 控制板件加热
变频器系统机器原理介绍
变频器—接线
• DFIG系统
• 变速恒频控制原理 变频器—系统原理 • 功率因数调节
变频器—硬件结 构及功能
• 控制策略
• 变流器系统图
• 并网过程
• 硬件结构
与发电机的接线
变频器—接线
塔筒上部：发电机电缆 →BUS BAR
塔筒下部：BUS BAR→变频 器
变频器—系统原理
f = f Grid
齿FIG 系统
• 交流侧功率因数控制
• 保持直流环节电压稳 定
• 调节控制转子励磁电流 频率，以实现DFIG变速 恒频运行
• 调节励磁电流幅值和相 位控制DFIG电势的相位 和频率
• 确保DFIG输出解耦的有 功功率和无功功率
变频器系统框图
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
功率模块柜
与转子的 连接电缆 的螺栓
变频器—硬件结构及功能（ALSTOM)
• 功率模块柜： • 1 变频 • 2 功率回路滤波 • 3 功率回路保护（Crow-bar)
DFIG 系统
f fGrid
交直交电压型变流器
3
=
=
3
电机侧变流器 电网侧变流器
因此，当发电机转速n变化时，即pfm变化，若控制f2相应变化，可使f1保 持恒定不变，即与电网频率保持一致，也就实现了变速恒频控制。
功率因数调节
考虑到风电系统的功率扰动以及电网本身 的供电质量问题，因此希望风力发电系统发电机 输出有功功率可调节，同时还能改变输出功率因 数。通过转子侧变频器励磁控制，可以实现风力 发电机组在稳定状态下的总有功功率和转差率不 随功率因数设定值的变化而变化。其总有功功率 由机组的风机功率特性与风况决定，同时，发电 机的转差率由风力机组的总有功功率和转速控制 特性决定，与发电机输出无功功率无关。
grid contactor K2
500/0,12A
iG1..3
Grid Controller
UL12 UL32
grid filter 1.02,6mmHH, 303030AA
grid current feedback
fibre or copper
Rotor Controller
1100VDC
UDC
Converter Control
stator voltage interface crowbar interface
K,L,M
Crowbar
DFIG
Enc
Quadrature encoder with marker pulse
rotor position feedback
电网侧交流滤波电抗器： 抑制功率元件通断引起的 电磁干扰
Filter bank 1
低次谐波过滤器1 (根据需求投切)
PMG,QMG
Filter contactor 1 K4
PG,QG
M
stator circuit breaker
K1
低次谐波过滤器 12250(A固定投切)
iS1..3 = iS1..3 - IG1..3
I>
K3 charge DC link PR,QR