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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。
风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图风力发电机工作原理及原理图现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转距(风轮转动惯量),通过主轴传动链,经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后,通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网.如果超过发电机同步转速,转子也处于发电状态,通过变流器向电网馈电.最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成,立在一定高度的塔干上,这是小型离网风机.最初的风力发电机发出的电能随风变化时有时无,电压和频率不稳定,没有实际应用价值.为了解决这些问题,现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等.齿轮箱可以将很低的风轮转速(1500千瓦的风机通常为12-22转/分)变为很高的发电机转速(发电机同步转速通常为1500转/分).同时也使得发电机易于控制,实现稳定的频率和电压输出.偏航系统可以使风轮扫掠面积总是垂直于主风向.要知道,1500千瓦的风机机舱总重50多吨,叶轮30吨,使这样一个系统随时对准主风向也有相当的技术难度.风机是有许多转动部件的,机舱在水平面旋转,随时偏航对准风向;风轮沿水平轴旋转,以便产生动力扭距.对变桨矩风机,组成风轮的叶片要围绕根部的中心轴旋转,以便适应不同的风况而变桨距.在停机时,叶片要顺桨,以便形成阻尼刹车.早期采用液压系统用于调节叶片桨矩(同时作为阻尼、停机、刹车等状态下使用),现在电变距系统逐步取代液压变距.就1500千瓦风机而言,一般在4米/秒左右的风速自动启动,在13米/秒左右发出额定功率.然后,随着风速的增加,一直控制在额定功率附近发电,直到风速达到25米/秒时自动停机.现代风机的设计极限风速为60-70米/秒,也就是说在这么大的风速下风机也不会立即破坏.理论上的12级飓风,其风速范围也仅为32.7-36.9米/秒.风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控制,在稳定的电压和频率下运行,自动地并网和脱网;同时*齿轮箱、发电机的运行温度,液压系统的油压,对出现的任何异常进行报警,必要时自动停机,属于无人值守独立发电系统单元.风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
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。
风电变流器原理与维护-复件（1）.ppt.Convertor风电系统变流器原理与维护前言风力机控制技术已由定桨距失速控制风力机发展为变桨距控制风力机；发电系统的控制由恒速控制发展为变速恒频控制；变速恒频控制系统也出现了双馈异步机变流器变速恒频发电系统和直驱永磁同步电机变流器变速恒频系统等。
计算机和电力电子技术的飞速发展，为风电技术的发展提供了强大的推动力。
同步电机发电系统和异步电机发电系统各有所长，目前都在迅速发展中。
本课程主要介绍这两种系统迅速发展的核心技术：变流器—变速恒频控制器在风电系统中的应用与维护。
课程目录第一章变速恒频控制器—变流器第二章双馈电机的变速恒频发电原理第三章直驱低速永磁同步电机发电原理第四章变流器用半导体开关的特性第五章变流器的结构第六章变流器的检测与维护第七章变流器常见故障的处理第一章变速恒频控制器—变流器交流电机的转速交流电机的调速方案变频调速原理与变流器交流电机的转速n = 120 （1-s）f / pn：电机转速。
rpmf：输入电机的电源频率。
Hzs: 电机转差率。
S = (n0-nr) / n0p: 电机极数。
2，4，6…从上可见，交流电机的转速是由s , f , p 三个因素决定的。
也就是说交流电机调速有三套解决方案：调速滑差；变极调速；变频调速。
交流电机的调速方案交流电机调速方案一：滑差调速其特点是：技术简单，调速连续，价廉；但效率低，较耗能。
交流电机调速方案二：变极调速其特点是：技术简单，效率高；有级调速，应用受限。
交流电机调速方案三：变频调速其特点是：兼具高效率与可连续调速，易于自动控制；但技术复杂，价高，维护不易。
转差调速调S （转差调速）在变频器面市以前，是交流电机调速的主要方式。
转差调速分能耗型和回馈型两类。
能耗型如电机定子调压调速，滑差离合器调速，线绕转子电机转子回路串电阻调速等；回馈型：如串级调速。
调S（转差调速）的优点是无级调速，产品成本较低，产品种类丰富。
风电系统变流器原理与维护前言风力机控制技术已由定桨距失速控制风力机发展为变桨距控制风力机；发电系统的控制由恒速控制发展为变速恒频控制；变速恒频控制系统也出现了双馈异步机变流器变速恒频发电系统和直驱永磁同步电机变流器变速恒频系统等。
计算机和电力电子技术的飞速发展，为风电技术的发展提供了强大的推动力。
同步电机发电系统和异步电机发电系统各有所长，目前都在迅速发展中。
本课程主要介绍这两种系统迅速发展的核心技术：变流器—变速恒频控制器在风电系统中的应用与维护。
课程目录第一章变速恒频控制器—变流器第二章双馈电机的变速恒频发电原理第三章直驱低速永磁同步电机发电原理第四章变流器用半导体开关的特性第五章变流器的结构第六章变流器的检测与维护第七章变流器常见故障的处理第一章变速恒频控制器—变流器交流电机的转速交流电机的调速方案变频调速原理与变流器交流电机的转速n = 120 （1-s）f / pn：电机转速。
rpmf：输入电机的电源频率。
Hzs: 电机转差率。
S = (n0-nr) / n0p: 电机极数。
2，4，6…从上可见，交流电机的转速是由s , f , p 三个因素决定的。
也就是说交流电机调速有三套解决方案：调速滑差；变极调速；变频调速。
交流电机的调速方案交流电机调速方案一：滑差调速其特点是：技术简单，调速连续，价廉；但效率低，较耗能。
交流电机调速方案二：变极调速其特点是：技术简单，效率高；有级调速，应用受限。
交流电机调速方案三：变频调速其特点是：兼具高效率与可连续调速，易于自动控制；但技术复杂，价高，维护不易。
转差调速调S （转差调速）在变频器面市以前，是交流电机调速的主要方式。
转差调速分能耗型和回馈型两类。
能耗型如电机定子调压调速，滑差离合器调速，线绕转子电机转子回路串电阻调速等；回馈型：如串级调速。
调S（转差调速）的优点是无级调速，产品成本较低，产品种类丰富。
转差能耗型调速的缺点是：以耗能来达到调速目的，因属耗能产品，已基本退出市场。
转差回馈型调速能将转差能量经逆变，回馈到电网，控制功率仅为定子控制的1/3，但调速范围较窄。
仅适用于泵和风机的控制，有较高性/价比。
转差能耗型调速转差消耗型调速是通过加大转子与定子间的转差，使转子输出速度降低。
而转差产生的功率则转变为热量耗散掉。
所以，这类调速都伴有发热的现象。
需要专门的冷却设计来散热，以保证电机的正常工作。
这类调速装置结构简单，成本较低。
仅在调速要求不高，功率较小的设备中应用。
一般已不采用。
转差能耗型调速原理K1转差回馈型调速线绕转子电机的串级调速（广义）属于转差功率回馈型。
它将转差功率经整流逆变后回馈到电网，由于电网对回馈电的谐波有较高的限制，因此装置成本较高。
有一种改进方案：斩波内馈调速电机，是在电机定子中再嵌入一副绕组，来接受回馈能量，用于补充电机的驱动。
以降低逆变器的要求和成本。
缺点是此方案比较复杂，效率低。
仅适于新建设备，不适于旧设备改造。
线绕转子电机串级调速K2TI电网K1能量单向流动变频器交流电机调速方案二变极调速变极调速就是将多速电机定子极数通过改变线包连接方式，来改变其极数；或者，在同一定子和转子上安装两套不同极数的绕组切换运行，从而达到改变运行转速的方法。
其优点是调速效率高，技术简单，成本低。
缺点是：只能做到有级调速，并且级数有限。
如2/4，4/6等。
多速电机的变极调速控制多速电机的变极调速控制交流电机调速方案三变频调速变频调速是通过调节电机电源频率来调节电机转速。
变频调速集滑差调速与变极调速的优点于一身，是一种高效，无级，易于自动控制的交流电机最优调速方案。
变频调速有两种基本方式：定子侧全功率变频调速和定子侧工频，转子侧变频调速。
变流器原理与变流器变频器控制模式： 1.V/F恒磁通控制2. VC矢量控制3.DTC转矩直接控制变频器的分类风电变流器与变频器的区别交流电机转矩与控制M = CmΦm I2 COS φ2又：Φm = CωU1/ fM ：电机转矩。
N.m Φm：电机极磁通。
I 2 ：电机转子电流。
φ2：转子电路功率因素。
Cm ：转矩系数。
可见在电源电压不变时：f ΦM 电机转矩变小，带不动负载而致堵转。
f ΦI 导致磁路饱和，电流增大而致电机烧损。
变频器（VVVF）控制原理从转矩公式可知，仅调频率f，电机是不能正常工作的。
因为如果电源电压不变，f频率上升,电机阻抗将增大、电流降低、磁通变小、转矩/功率变小，电机将不能按额定值运行。
反之，f降低，则阻抗变小，电流增大，磁通变大甚至饱和，将导致电机的烧毁。
从磁通等式可见，若要使磁通不变，仅须f与V的比值不变。
也就是说，在f发生变化时，V须和f同时变，时时保持f/V之比不变即可。
电机即可长期安全地变速驱动额定负载。
这就是变频器工作的基本原理。
V（可变）V（电压）V（可变）F（频率）这个英语名词就是以其工作原理来命名变频器的。
V/F=常数的控制模式V/F=常数控制，是恒磁通控制即恒转矩控制，理论上可使变频器驱动的电机输出恒转矩，但是，由于定子压降几乎是恒定的，在低频（低速）时所占输出的比例已不可忽略，使得低频输出的转矩变小，启动困难，因此在低频段须提高电压，以满足启动要求，称之为转矩提升（或补偿）功能。
但不能超过30%，因电机处于过励状态，不能长期在低频下运行，否则会烧毁电机。
V/F控制以恒磁通为控制目标，是一种标量/平均值控制，对电机负载变化的响应较慢，动态性能较差。
在轻载时易出现不稳定现象。
它适合于负载惯量较大，负载较平稳的风机，水泵等控制要求不高的机械使用。
它的特点是运行平稳，适应性很好，对所接电机的参数及台数均无限制，只要在其额定电流之下即可安全工作。
是应用最广泛的一种控制模式。
V/F为常数的控制特点V/F协调变化的实现方法V/F的协调变化的2种方法：PAM和PWMPAM，是分别在整流回路通过可控整流或直流斩波来调节电压V，在逆变回路调节频率f，再设一个VF控制电路来协调控制V和f。
因中间回路有大电容，时间常数很大，使V的调节不灵敏，降低了输出的动态性能，目前已不常应用。
PWM是一种新技术，能在逆变回路中同时完成V和f的协调控制，控制简单，动态性能比PAM好。
是最常用的技术。
PAM 电路PAM（Pulse Amplitude Modulation）PAM 波形PWM 电路PWM（Pulse Width Modulation）PWM 波形单极性PWM双极性PWM采用PWM 的电压调节正弦波PWM（SPWM）V C( Vector Control) 矢量控制矢量控制的基本原理是将异步电机与直流电机类比，将定子电流分解出励磁电流和转矩电流，分别控制两分量的幅值即控制定子电流矢量，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
所以称这种控制方式为矢量控制。
风电变流器一般均使用高性能的VC矢量型或DTC直接转矩型。
所以发电机都带有编码器。
VC矢量控制模式的特点矢量控制在性能上与直流电机相当，在低速转矩和动态性能方面比V/F控制有很大的提高。
但是这一性能是在电机装有测速装置（光电编码器）才能达到，并且必须向变流器提供电机的实时准确的电磁参数。
这些参数在变流器运行前通过变流器对发电机的在线测试得到。
直接转矩控制技术，是利用开关的空间矢量，定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band—Band 控制），直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。
DTC型变流器同样需要发电机的电磁参数及实时温度等。
一般不需要编码器，在较高精度控制时才需要编码器。
DTC(Direct Torque Control) 直接转矩控制DTC直接转矩控制的特点DTC控制模型较直观简单，对电机电磁参数的准确度要求不高，在不装速度检测装置的情况下也能达到较高的性能。
但输出转矩的波动较大，对波动大的负载控制不太稳定。
几种控制模式性能的对比转矩阶跃时间精确的电机或速度控制零速时满转矩转矩的直接控制–没有误跳闸电网闪落的跨越不会引起不必要的生产中断快速控制- 更好的保护DTCFlux vectorOpen loop PWM< 5 msec.10 to 20 msec.> 100 msec.变频器的分类按变换形式分：交—交；交—直—交。
按变频器输出阻抗分：电流型；电压型。
按结构形式分：单板OEM，壁挂，柜体。
按使用工况分：两象限，四象限。
交—交变频器交—交变频器没有整流电路，通过直接对交流电进行通断控制，使输出频率降低。
常用于调速范围不超过1/3额定转速的大型风机水泵等设备。
新型矩阵变频器有望使交-交变频器达到交—直—交变频器的性能。
交—交变频器能实现能量双向流动，是一种适用于变速恒频工作的可逆变频器。
交—交变频器原理图矩阵型交-交变频器主回路图RSTUVW交-交变频调速系统是一种不经过中间直流环节，直接将较高固定频率的电压变换为输出频率和输出电压较低而可变的变频调速系统。
其每一相均由两组（正、负组）三相全波变流器反并联构成。
输出的电压为：Ud = Ud0cosαp = －Ud0cosαN (1)式中：αP——正组整流器控制角；αN——负组整流器控制角；Ud0——α=0°输出电压平均值。
交—交变频器的输出电压交—交变频器波形图交—直—交变频器交-直-交变频器有两个变换器，通常是一个整流器加一个逆变器。
因为变换过程是交流转换为直流，再由直流转换为交流。
如果由两个逆变器组成，则称为四象限变频器，可以工作在电动-发电的可逆状态。
通常使用在有势能负载如电梯，吊车，起重设备的驱动。
还有在风电双馈系统中应用的变流器就是这种变频器。
下面就主要介绍这种变频器。
交-直-交变流器原理框图电流型变频器特性中间回路中使用电感滤波，具有电流源输出特性，输出不怕短路，但不能开路，保护简单可靠。
输出与负载特性有关，变频器是按实际负载特性设计制造的。
适用于单台运行，频繁加/减速和正反转的电机电流型变频器电路电压型变频器特性中间回路中使用电容滤波，具有电压源输出特性，它对负载没特殊的要求，只要总电流不超过变频器的额定电流即可。
因其对电流的控制能力较差，输出不可短路，否则将烧毁功率模块。
电压型变频器电路风电变流器与变频器的区别风电变流器是变频器系列产品种的一种，在工作原理，硬件结构，控制模式等方面，绝大部分是相同的，只是为了适合风电的一些特殊控制要求，在软件方面有一些不同：如对两个变流器的协调控制和对转子侧变流器的增加控制模式和转换等。
在硬件方面，不同也很小：如转子侧增加输入电抗器，增加Crobar选件，两个变流器容量的配合等。
为了符合对象的特性要求，有特殊的控制特性电力电子变换器的几个定义整流器：能将交流电转变为直流电的电子装置。
