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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。
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。
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。
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。
风力发电机组的动力系统及控制策略设计风力发电机组是一种利用风能转换为电能的装置，它由动力系统和控制策略组成。
动力系统包括风轮、传动系统和发电机，而控制策略则是确保风力发电机组高效运行的重要因素。
本文将详细介绍风力发电机组动力系统和控制策略的设计原理和要点。
一、动力系统设计1. 风轮设计：风轮是风力发电机组的核心部分，它负责将风能转换为机械能。
在设计风轮时，需要考虑到风力的大小和方向变化。
通常采用的是三叶式风轮设计，该设计能够最大程度地利用风能，提高风力发电机组的发电效率。
2. 传动系统设计：传动系统将机械能从风轮传递给发电机，使其产生电能。
传动系统的设计需要考虑到输出功率和转速的匹配，以及传动效率的提高。
常用的传动系统包括齿轮传动和链条传动，选择适合的传动系统可以提高转动的平稳性和传输效率。
3. 发电机设计：发电机是将机械能转化为电能的关键设备。
发电机的设计需要考虑到输出功率和效率的要求。
常用的发电机有同步发电机和异步发电机，选择合适的发电机类型对于整个风力发电机组的性能至关重要。
二、控制策略设计1. 风能预测：通过风能预测，可以预先了解到未来一段时间内风力的大小和方向，从而帮助调整转速和输出功率，提高发电效率。
风能预测可以通过气象数据的收集和分析来实现，以预测风力及其变化趋势。
2. 转速控制：通过控制风轮的转速，可以实现在不同风速下的最佳转速调整。
转速控制策略的目标是在保证安全运行的前提下，最大限度地提高发电效率。
常用的转速控制方式有变桨控制和变速控制，根据风速和功率输出要求进行合理调整。
3. 偏航控制：偏航控制是确保风轮始终面向风向的重要策略。
通过偏航控制，可以保证风轮始终受到足够的风力作用，提高发电效率。
常见的偏航控制方式有机械偏航和电子偏航，根据实际情况选择最适合的方式。
4. 故障检测和保护：风力发电机组在运行过程中可能会遇到各种故障和异常情况，及时检测和保护是确保系统安全运行的重要环节。
风电变流器产品介绍一、概述风电变流器是一种将风能转换为电能的设备，它将风电机组产生的交流电能转换为适应电网要求的交流电能。
风电变流器在风电系统中具有重要的地位和作用，它不仅可以调节风能发电机的转速，使其在最佳转速范围内工作，还可以提高风能转换效率并实现对电网的并网。
二、工作原理风电变流器主要由整流单元、逆变单元和控制单元组成。
整流单元将风能发电机产生的交流电信号转换为直流电信号，而逆变单元则将这个直流电信号再转换为适应电网要求的交流电信号。
控制单元对整个变流系统进行监视和控制，以确保变流器的可靠性和稳定性。
三、产品特点1.高效率：风电变流器具有高效率的特点，可将风能转换为电能的损耗降低到最低。
通过先进的功率电子器件和优化设计的拓扑结构，可以将损耗降至最小，提高系统的整体效率。
2.大功率密度：风电变流器具有较高的功率密度，可以实现在更小的体积内输出更大的功率。
这对于风电场有限的场地资源来说尤为重要，可以提高整个风电系统的发电效率。
3.高可靠性：风电变流器具有高可靠性的特点，采用了多种保护措施和故障诊断技术，可以有效保护设备的安全运行。
同时，严格的生产工艺和质量控制体系也能够保证产品的稳定性和可靠性。
4.广泛适应性：风电变流器可以适应不同类型的风能发电机并具有较强的适应能力。
无论是永磁同步发电机、感应发电机还是异步发电机，风电变流器都能够进行有效的控制和调节，提高发电系统的性能并实现对电网的并网。
5.高性价比：风电变流器具有较高的性价比，可以在满足性能需求的前提下，以较低的成本实现风能转换。
同时，长期稳定的运行和较低的维护成本也能够降低系统的运营成本。
四、应用领域五、市场前景随着对可再生能源的需求不断增加，风电的发展前景越来越被看好。
而作为风电系统中的关键设备，风电变流器的市场也将迎来新的机遇。
随着技术的不断进步和成本的不断降低，风电变流器将更加普及和广泛应用。
六、结语风电变流器作为风电系统中的核心设备，具有高效率、大功率密度、高可靠性、广泛适应性和高性价比等优点，将为风能转换和电网并网提供可靠的保障。
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器后，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。
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
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。
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 (15)5.2 全功率变流器风电机组变流器 (16)5.2.1 电机侧变流器控制策略 (17)5.2.1 电网侧变流器控制策略 (19)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。
凸极转子结构和加工比较简单，制造成本低。
中小容量电机一般采用凸极以降低成本；对大容量、高转速原动机，高速旋转的发电机转子将承受很大的离心力，采用隐极可以更好地固定励磁绕组。
同步发电机转子结构示意图当转子励磁绕组中流过直流电流时，产生磁极磁场或称为励磁磁场。
原动机拖动转子旋转时，主磁场同转子一起旋转，就得到一个机械旋转磁场。
该磁场对定子发生相对运动，在定子绕组中感应出三相对称的交流电势。
由于定子三相对称绕组在空间上相差120°，因此三相电势也在时间上相差120°电角度。
这个交流电势的频率取决于电机的极对数p 和转子转速n ，即160np f = 由于我国电网电源频率为50Hz ，发电机的转速必须保持恒定。
根据电机理论，图给出隐极同步发电机的等效电路。
图中，0E 为发电机空载时定子绕组一相感应的电动势，I 为负载电流，U 为一相端电压，R 为定子绕组一相的电阻，c X 为同步电机的同步电抗。
通常定子绕组的电阻比同步电抗小很多，因此可以忽略。
图为忽略电阻后隐极同步发电机简化的相量图。
U 和I 之间的夹角ϕ叫做功率因数角。
0E 和U 之间的夹角θ叫做功率角。
0E RI U C ϕθU I0E C jIX隐极同步发电机的等效电路与简化的向量图攻角特性：在忽略电枢电阻的情况下，根据电机学理论，同步发电机输出的电磁功率等于输出的有功功率cos M P mUI ϕ=其中，m 为发电机的相数。
经推导，有功功率表达式为0cos sin M cUE P UI X ϕθ== 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θ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0E U 和不变时，由M P ()f θ=画出的曲线称为攻角特性曲线。
当90θ=°时，隐极发电机输出的电功率最大。
图 攻角特性 有功功率的调节 由式0cos sin M cUE P UI X ϕθ==可知，对于一台并联到无限大电网上的同步发电机，如果想增加发电机的输出有功功率，当励磁不作调节时，就必须增大功率角θ。
功率角的物理意义可以从时间和空间两个角度来进行理解。
对于发电机而言，θ是励磁电动势0E 超前于端电压U 的时间角；从空间上，θ可看作转子磁极轴线与电枢等效合成磁极轴线之间的空间角。
因此，增大功率角意味着必须增加来自原动机的输入功率，使转子加速，从而使功率角增大，从而增大发电机的有功功率。
但需注意，90θ<°区域是发电机稳定工作范围，因此功率角的增加不能超过稳定极限90°，如果再增加来自原动机的输入功率，则无法建立新的平衡，电机转速将继续上升而失速。
无功功率的调节接到电网上的负载，除了阻性负载外，还有感性负载和容性负载，所以一个电力系统除了要能提供负载有功功率外，还要有提供和调节无功功率的能力。
通过改变同步发电机的励磁电流，可调节同步发动机输出的无功功率。
当cos ϕ=1时，定子的电流I 最小，这种情况称为负载时的正常励磁。
在正常励磁基础上增加励磁电流，称为过励。
在正常励磁基础上较少励磁电流，称为欠励。
无论增大和减小励磁电流，都将使定子电流增大。
发电机输出的无功功率可通过sin Q mUI ϕ=描述。
在正常励磁时，发电机只输出有功功率。
过励时，电枢反应为去磁作用，定子电流I 落后于端电压U ，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，电枢反应为增磁作用，定子电流I 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。
内定子铁芯通过定子的支撑体固定在底座上，在底座上有转子轴承孔用来安装外转子的转轴。
在定子铁芯的槽内嵌放着定子绕组，绕组是按三相规律分布，与外定子绕组类似。
外转子如同一个桶套在定子外侧，由导磁良好的铁质材料制成，在“桶”的内侧固定有永久磁铁做成的磁极，这种结构的优点是磁极固定较容易，不会因为离心力而脱落。
按多极发电机的原理，磁极的布置如下图把外转子转轴安装在定子机座的轴承上在实际风力机制造中往往把外转子磁軛直接与风轮轮毂（包括轮毂外罩）制成一体，使结构更紧凑。
（2）直驱永磁中间定子盘式风力发电机结构直驱永磁盘式风力发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构，定子与转子轴向交替排列，这里介绍中间定子盘式发电机。
下图是一个盘式定子。
由于盘式发电机通过定子绕组的的磁力线是轴向走向，在电机旋转时是绕轴运行的，所以定子的硅钢片是绕制的，在两侧有绕组的嵌线槽。
在定子线槽内分布着定子绕组，按三相布置连接。
定子铁芯固定在机座的支架上盘式转子由磁軛与永久磁铁组成，下图为左面转子图下图为磁极的分布图右面转子结构与左面转子结构相同，只是反个面而已。
下图为左右转子间的磁力线走向图。
为更清楚的看清磁力线走向，下图为稍侧面的磁力线走向图。
把转子与定子摆在一起安装上左右端盖，下图为组装好的永磁中间定子盘式发电机。
下图为永磁中间定子盘式发电机的剖面图。
下图为侧视的剖面图，为看清内部结构隐藏了右转子。
（3）直驱永磁中间转子盘式风力发电机结构盘式永磁直驱式风力发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构，定子与转子轴向交替排列，这里介绍中间转子盘式发电机。
下图是一个盘式定子，由于盘式发电机的通过定子绕组的磁力线是轴向走向，在电机旋转时是绕轴运行的，所以定子的硅钢片是绕制的，在一侧有绕组的嵌线槽。
在定子线槽内分布着定子绕组，按三相布置，单个绕组呈扇形状。
定子有两个，右定子与左定子结构一样，只是反个面而已。
转子由永久磁铁组成，磁铁固定在非导磁材料制成的转子支架上，下图是转子的结构图。
每块磁铁的磁极在转子的两面，下图表示了磁力线在转子与定子间的走向，下图是转子与定子的布置图先把左定子固定在左端盖中，再装上转子，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sd sd s sd d q sq sq sq s sq q d sd di u R i L L i dt di u R i L L i dt ωωωψ⎧=+-⎪⎪⎨⎪=+++⎪⎩其中，sd u 、sq u 分别为定子d 、q 轴电压分量；sd i 、sq i 分别为定子d 、q 轴电路分量；s R 为定子电阻；d L 、q L 分别为定子d 、q 轴自感；ω为转子角速度；ψ为转子永磁体的磁链最大值。
电磁转矩方程为()()e sq d q sd sq T p i L L i i ψ=+-其中，p 为电机的极对数。
忽略附加损耗后的功率平衡方程为 1e Fe m se cus P P p p P P p =--⎧⎨=-⎩ 其中，e P 、1P 、s P 分别为电机的电磁功率、输入功率和输入功率；Fe p 、m p 、cus p 分别为电机的铁耗、机械损耗和定子铜耗。
电磁功率与电磁转矩的关系为e e P T ω=5.2 全功率变流器风电机组变流器电力电子变流器作为风力发电与电网的接口，作用非常重要，既要对风力发电机进行控制，又要向电网输送优质电能，还要实现低电压穿越等功能；随着风力发电的快 速发展和风电机组单机容量的不断增大，变流器的容量也要随之增大，因此大容量多电平变流器也开始得到应用，以下将对一些典型变流器拓扑结构进行讨论。
