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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。
风力发电机组的工作原理详解随着对可再生能源的需求不断增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，受到越来越多的关注。
风力发电机组作为风能转化为电能的关键设备，其工作原理是如何实现的呢？本文将详细解析风力发电机组的工作原理。
一、风力发电机组的组成风力发电机组主要由风轮、发电机、塔架和控制系统等组成。
1. 风轮：风轮是风力发电机组的核心部件，它负责将风能转化为机械能。
风轮通常由三个或更多的叶片组成，叶片的形状和材料选择对风力发电机组的性能有重要影响。
2. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的关键部件。
风力发电机组通常采用的是同步发电机，通过风轮带动转子旋转，转子上的线圈与固定的磁场之间产生电磁感应，从而产生电能。
3. 塔架：塔架是支撑风力发电机组的结构，通常由钢材制成。
塔架的高度决定了风轮的受风面积，从而影响风力发电机组的发电效率。
4. 控制系统：控制系统是风力发电机组的大脑，负责监测风速、控制转速、保护设备安全等。
控制系统可以根据风速的变化调节风轮的转速，以保证风力发电机组在不同风速下都能正常工作。
二、风力发电机组的工作原理风力发电机组的工作原理可以简单概括为：风轮受到风的作用而旋转，带动发电机产生电能。
具体来说，风力发电机组的工作原理可分为以下几个步骤：1. 风轮转动：当风吹过风轮时，风轮受到风的作用而开始旋转。
风轮的叶片形状设计得非常巧妙，能够利用风的动能将其转化为机械能。
2. 发电机发电：风轮带动发电机转子旋转，转子上的线圈与固定的磁场之间产生电磁感应。
通过电磁感应原理，发电机将机械能转化为电能。
3. 控制系统调节：控制系统通过监测风速和发电机的转速，根据预设的工作参数调节风力发电机组的运行状态。
当风速较低时，控制系统会提高风轮的转速，以提高发电效率；当风速过高时，控制系统会减小风轮的转速，以保护设备安全。
4. 输送电能：发电机产生的电能经过变压器进行升压处理，然后通过电缆输送到电网中，供人们使用。
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：切入风速到额定风速区域。
控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。
•第三：超过额定风速区域。
通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。
叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。
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。
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。
直驱风电变流器是将风机转子直接驱动发电机时所使用的电力转换设备。
它的主要作用是将由直流发电机输出的电能，通过转换成交流电，再通过升压、电网同步等控制处理，最终将可用风能输入到电网中。
以下是直驱风电变流器的工作原理及作用：
1. 工作原理：直流电源输入变流器，通过控制系统分别控制功率器件的开关状况，将输入的直流电源转换成交流电源输出给电网。
具体的转换方式通常有多种，其中一种常用的方式是采用三相桥式单元，将输入的直流电源通过H 桥模块转换成交流电源。
2. 直驱风机的工作方式：直驱风电变流器一般用于直驱风机的发电模式，即将风机的转子直接驱动发电机，消除了传统齿轮传动过程中的损失和振动，提高了风电发电的效率和稳定性。
3. 控制系统：直驱风电变流器的控制系统通常包括电源模块、驱动模块、信号调节模块和保护控制模块等。
控制系统需要精确地控制电压、电流和频率等参数，以保证变流器的稳定性和运行正常。
4. 作用：直驱风电变流器的作用是将风机出力的直流电转换成交流电，并连接到电网。
其中，升压、电网同步及逆变等控制处理是直驱风电变流器的核心所在。
具体地，升压处理将输出交流电压提高到适合电网连接的电压，电网同步处理保证输出电力与电网相同相位，逆变处理则是将输出交流电变成电网要求的正弦波形式。
需要注意的是，直驱风电变流器的设计和工作原理与其他类型的风电变流器有所区别。
在实际应用中，需要根据具体的风机特性和电网情况，选择合适的变流器类型及具体参数进行设计和调试，以保证其正常运行和高效输出适合电网的电能。
金风 1.5MW Freqcon 变流器1.引言变流器系统是金风直驱风电机组重要部件，也是永磁直驱机组故障率较高的部分，它的运行工况很大程度上决定机组可利用率，日常维保工作中变流器系统是重中之重，本人从事永磁直驱风电机组运维工作多年，针对变流器系统总结了一些现场维保经验，分享给大家，希望对现场全功率机组变流器运维工作有一些帮助。
关键词：IGBT功率模块、变流板、ACS510变频器2、1.5MW Freqcon 变流器组成及作用2.1 Freqcon变流器组成变流器主柜由五部分组成，即低压柜、主控柜、IGBT1柜、IBGT2柜、制动柜。
Freqcon变流器冷却方式为强迫风冷。
柜体内设计自动控制加热除湿装置，保证机组在-30℃环境下功能模块安全启动运行。
2.2 Freqcon变流器作用金风1.5MW Freqcon变流器I型采用风冷形式散热，适用于1.5MW直驱永磁风力发电机组。
Freqcon变流器采用IGBT功率控制单元，结合PWM控制技术实现风力发电机与电网之间功率传递和能量转换。
机侧采用全控形式IGBT功率模块，利用SPWM技术实现机组输出功率控制，保证机组结合实时风速获取最大风能，实现机组高效率运行。
网侧变流器采用三相四线制拓扑结构，利用控制脉冲交错并联技术，结合LCL滤波电路，实现高质量电能输出。
3、Freqcon变流器系统部件介绍3.1 变流器功率模块Freqcon变流器网侧和机侧共有13个IGBT功率模块，一组直流母线系统、一套Chopper制动斩波装置。
其中IGBT编号1~6#为网侧逆变电路功率模块，位于IBGT1柜内；IGBT7#为Chopper制动斩波电路使用，位于制动柜内；IGBT编号8~13#为机侧整流电路功率模块，位于IGBT2柜内。
3.2 变流控制器Freqcon变流器核心控制部分位于控制柜体内，主要由变流控制器和PLC模块共同组成。
变流控制器又称变流板（后文中均称变流板），是整个变流器控制核心部件。
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。
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 ............................................................................................. 18 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 160npf 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，cX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之间的夹角叫做功率因数角。0E和U之间的夹角叫做功率角。
0ER
IU
CjX
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0ECjIX
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 cosMPmUI 其中，m为发电机的相数。 经推导，有功功率表达式为
0cossinMcUEPUIX
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0EU和不变时，由MP()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。
图 攻角特性 有功功率的调节
由式0cossinMcUEPUIX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。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，是励磁电动势0E超前于端电压U的时间角；从空间上，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，90°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。
0
PM
90。180。 当cos=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sinQmUI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。
