全功率变流器介绍

风电变流器摘要：随着智能电网概念的普及，各国开始注重新能源的利用。

风能，作为一种清洁的可再生能源，已开始得到大量利用。

但是风能的不稳定性，非连续性也是风能利用的一大难题，风力发电要更好地将风电接网利用，必须在风机上有技术性的突破，变流器是风力发电的一大重要技术，随着风电规模的不断扩大，风电变流器也随之不断推陈出新。

本文以双馈型和直驱型变流器为例浅析了风电变流器的技术问题。

关键词：智能电网风力发电双馈型变流器直流型变流器1.智能电网随着全球资源的逐渐稀缺、环境压力的不断增大、电力市场化进程的不断深入以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升,电力行业正面临着前所未有的挑战和机遇,建设更加安全、可靠、环保、经济的电力系统已经成为全球电力行业的共同目标。

在主张低碳经济与可再生能源的浪潮中，风能、太阳能、生物能等将是今后能源来源的重要途径，欧美许多发达国家的电网企业正积极推进技术革新和管理转变,普遍将智能电网作为未来电网的发展目标之一。

美国智能电网关注网络基础架构的升级更新，同时最大限度的利用信息技术，实现机器智能对人工的替代。

欧洲智能电网关注可再生能源的分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。

中国智能电网关注对电力生产和管理信息的数字化获取和整合，促进系统安全可靠性、企业效益和服务水平的持续提高。

值得注意的是我国电网公司在积极开展“数字化电网、信息化企业”建设的同时,也在密切关注全球电力行业发展的这一新动向。

智能电网，是以实现地球可持续发展为总目标，维护能源的优化利用和降低碳排放量，从而达到生态平衡和环境稳定。

2.风能及风力发电在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。

随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

在自然界的能源中，风能是极其丰富的。

据粗略估计，近期可以利用的风能总功率约为106～107兆瓦，这个数值比全世界可以利用的水力资源大10倍。

三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的研究的开题报告一、选题背景和意义近年来，随着风电装机容量的不断增加，风电并网系统的可靠性、稳定性和经济性等方面越来越受到重视。

在风电并网系统中，变流器是起关键作用的关键部件之一。

由于风力发电机输出电压呈现出较大的波动，因此在变流器设计中，需要考虑到其承受低电压穿越的能力，以确保系统的可靠稳定运行。

对于三电平全功率风电并网变流器而言，低电压穿越问题尤其重要，因为这种变流器使用的电力转换器结构较为复杂，电路路径也较长，导致其对低电压荷波的敏感性较高。

因此，开展三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的研究，对于提高风电并网系统的安全可靠性和经济性具有重要意义。

二、研究目标和内容本课题的研究目标是探索三电平全功率风电并网变流器低电压穿越的问题，并寻找相应的解决方法。

具体研究内容包括以下几个方面：1. 分析低电压穿越的原因和影响。

2. 研究低电压穿越对三电平全功率风电并网变流器的影响。

3. 探讨低电压穿越时的故障判定方法和保护措施。

4. 提出相应的解决方案，如采用电容器等方法降低低电压穿越对变流器的影响等。

三、研究方法和技术路线本研究主要采用文献调研、仿真模拟、实验验证等多种方法，以全面深入地探讨低电压穿越问题。

具体技术路线如下：1. 对三电平全功率风电并网变流器进行系统分析，找出可能存在低电压穿越的原因。

2. 运用SPICE软件对该系统进行仿真模拟，验证低电压穿越存在的可能性。

3. 设计实验方案，搭建实验平台，进行实验验证。

4. 基于仿真和实验结果，提出解决低电压穿越问题的技术方案。

5. 对方案进行系统性能测试，评估方案的实用性和可行性。

四、研究进度和计划本研究计划于2022年启动，预计将历时一年左右完成，具体研究进度和计划如下：1. 2022年1-3月：完成文献调研和系统分析。

2. 2022年4-6月：利用SPICE软件进行仿真模拟.3. 2022年7-9月：实验方案设计和实验平台搭建。

第二章风电系统PWM并网变流器2.1直驱风力发电变流系统概述直驱型风力发电机组需要做全功率的变流器变换"其交/直整流既可以采用IGBTPWM整流器,也可以采用二极管不控整流与升压斩波"后者使用的大功率IGBT开关管少,因而性价比更高"本文研究的MW 级风力发电变流系统采用二极管不控整流,升压斩波与两重并网逆变器的功率变换拓扑结构"通过控制升压斩波器的输入电流以控制有功功率,调节无功则通过控制作为电网接口的电压型PWM变流器"系统变流部分拓扑如图2一1所示"图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM变换中产生的高频谐波"系统结构具有以下特点:1.电机采用多极永磁同步结构:实现了电机的低速运转,无齿轮箱:不需励磁,无滑环和电刷;大大减少了系统的机械维护成本"2.电机与整流桥均采用六相结构,可减小电压脉动并降低对直流侧滤波电容量的要求"3.升压斩波器和并网逆变器采用并联多重化结构,一方面分担电流;另一方面采用合理的调制模式可以有效地抑制高频谐波"4.PWM变流器直流侧中点接地使三相电流独立控制,且对多重化结构能抑制环流,同时由于对直流电压中点的箱位降低了对直流母线绝缘性能的要求;而将直流电压分为两个独立变量,在控制上必须增加一个直流电压控制环或直流电压补偿器,加大了控制难度,且由于中线的连接,引入了零序电流"5.斩波器输出之后加入了制动单元"当电网电压突然跌落时,由于风轮机的机械惯性,传递功率不变而使并网电流突增"此时使制动单元IGBT导通,旁路PWM变流器,电阻能耗制动,降低并网电流"待电网电压恢复后再断开制动单元开关管,系统正常运行"6.PWM变流器网侧采用LCL滤波,实现了风电变流系统与电网的隔离:既滤除PWM变换的高频谐波,又滤除电网尖峰信号对功率变换系统的干扰"变流系统控制主要针对斩波器和逆变器"斩波器通过调节输入电流控制系统传输的有功功率"因为斩波器输出侧直流电压由PWM变流器控制恒定,所以控制输入电流时,调节IGBT开关管的占空比即控制了升压斩波器的输出电流,进而控制输入风能的功率"对变速恒频系统,斩波器输入电压会随风速的变化而改变"为了控制系统的有功功率,其输入电流指令也必然会相应的改变"所以快速的动态跟随性是斩波器的重要指标"网侧逆变器有两个控制要求,其一要求控制直流侧电压恒定,其二要求控制并网输出电流谐波畸变(THD)小,且保持单位功率因数(unitypowerfactor),以控制系统无功功率为零"当然在必要的情况下,也应可以向电网发出需要的感性无功或容性无功"而网侧逆变器由于与风轮机和同步发电机隔离,其主要控制目标是保持良好的抗扰性能"当然在系统指令改变时,PWM变流器也应具有快速的动态响应"2.2PwM变流器的分类及其拓扑从电力电子技术的发展来看,变流器较早应用的一种形式就是AC 心C变换装置,即整流器"它的发展经历了由不控整流器(二极管整流)!相控整流器(采用半控开关器件,如晶闸管)到PwM整流器(采用全控开关器件,如IGBT)的发展历程"传统的相控整流器,应用的时间较长,技术也较为成熟,但存在以下问题:图2一1直驱风力发电变流系统拓扑结构发电机采用多极永磁同步电机"发.出的交流电的电压幅值与频率随风速的变化而改变"经电容滤波后,六相二极管桥式整流器将幅值与频率变化的交流电变换为直流"不控整流输出的卜直流电压往往不能达到网侧逆变(PWM变换)对直流侧电压的要求,需要升压斩波器提高直流侧电压"三相电压型PWM变流器将直流电逆变为电压幅值和频率恒定的交流电馈入电网"图2一1所示的网侧逆变器采用特殊的直流侧中点接地的拓扑结构"另外在升压斩波与网侧逆变器中间有制动单元"一旦电网电压跌落,制动单元IGBT导通,电阻消耗能量,从而减小并网电流"网侧采用LCL滤波技术可以有效地滤除PWM 变换中产生的高频谐波"并网变流器作用(l)晶闸管换相引起网侧电压波形畸变;(2)网侧谐波电流对电网产生谐波污染;(3)深控时功率因数很低;(4)闭环控制时动态响应慢;虽然二极管整流器改善了网侧功率因数,但是仍会产生网侧谐波电流而污染电网,另外二极管整流的不足还在于直流侧电压的稳定性差"针对上述不足,PWM整流器已对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进"其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管,以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流,功能上也已经远远超过了最初的整流,所以名称也渐渐演变成变流器"PWM变流器可以取得以下优良性能:(l)网侧电流近似正弦波;(2)网侧功率因数控制(如单位功率因数控制);(3)电能双向传输;(4)较快的动态响应;(5)可进行并网逆变;目前已设计出多种的PWM变流器,电压型和电流型是最基本的分类方法"这两种类型的PWM变流器无论是在主电路结构!PWM信号发生以及控制策略等方面均有着各自的特点,并且两者存在着电路上的对偶性"电压型的PWM变流器研究和应用较多,因此本文主要介绍电压型PWM变流器(VSR)"1.单相半桥!全桥VSR拓扑图2一2分别示出了vsR单相半桥和单相全桥主电路拓扑结构I.4>"两者交流侧具有相同的电路结构,其中交流侧电感主要用以滤除网侧电流谐波"由图2一2(a)可看出,单相半桥VSR拓扑只有一个桥臂采用了功率开关,另一桥臂则由两电容串联组成,同时串联电容又兼作直流侧储能电容;单相全桥VSR拓扑结构则如图2一2(b)所示,它采用了具有4个功率开关的/H0桥结构"值得注意的是:电压型PWM 变流器主电路功率开关必须反并联一个续流二极管以缓冲PWM过程中的无功电能"比较两者,显然半桥电路具有较简单的主电路结构,!1.功率开关数只有全桥电路的一半,因而造价相对较低,常用于低成本!小功率应用场合"进一步研究表明,在相同的交流侧电路参数条件下,要使单相半桥VSR以及单相全桥VSR获得同样的交流侧电流控制特性,半桥电路直流电压应是全桥电路直流电压的两倍,因此单相半桥VSR 的直流侧电压利用率低,功率开关管耐压要求相对提高,另外,为使半桥电路中电容中点电位基本不变,还需引入电容均压控制,可见单相半桥VSR的控制相对复杂"2.三相桥式VSR拓扑结构图2-3为三相桥式VSR拓扑结构，其交流侧采用三相对称的无中线连接方式，采用6个功率开关管，这是一种最常用的三相电压型PWM整流器，广泛应用于电力系统的有源滤波和谐波补偿，以及作为大功率拖动设备的前端整流。

风力发电系统产品手册领先业绩卓越品质自主产权先导技术业绩分布地点：河北东辛营河北崇礼西桥梁河北大囫囵河北张家口河北御道口河北沧州河北唐山吉林大安红岗子吉林安广青海共和青海德令哈青海格尔木新疆喀什英吉沙新疆伊吾内蒙通辽义和内蒙宝龙山甘肃金昌甘肃兰州宁夏宁东宁夏固原宁夏中卫广东湛江广东连州广东广州广东东莞贵州赫章河南三门峡河南西峡广西富川湖南临武湖南隆回湖南桂阳辽宁沈阳辽宁抚顺黑龙江大庆黑龙江肇源黑龙江绥滨山东文登山东莱州山东平度山东烟台江苏扬州江西九江四川德昌陕西榆林甘肃瓜州甘肃玉门甘肃酒泉云南泸西云南寻甸云南陆良云南丘北云南洱源云南剑川山西天镇山西左云山西忻州山西朔州浙江玉环浙江宁波浙江杭州江苏无锡江苏苏州.....内蒙二连浩特内蒙化德内蒙海拉尔内蒙巴彦淖尔内蒙满洲里内蒙乌兰察布内蒙乌拉特后旗内蒙赤峰内蒙辉腾梁内蒙锡林浩特内蒙朱日和内蒙呼和浩特辽宁阜新辽宁营口辽宁彰武辽宁法库盐城苏州上海制造基地营销服务中心制造基地西北西南华南华东东北华北业绩点150+业绩点110+业绩点110+业绩点460+业绩点40+业绩点290+东莞北京深圳>>业绩分布风电产品电网主断路器网侧熔断器主接触器网侧滤波器网侧变流器机侧变流器机侧滤波器DFIGG定子接触器主动Crowbar3333产品概述风能是一种清洁的、可再生的能源，风力发电作为风能最重要的利用形式，有着良好的环境效益和经济效益。

在风力发电机系统中，风力发电变流器将风力发电机输出的频率和幅值变化的电能通过交-直-交转换，转化为恒压恒频的电能馈送到电网，实现风力发电机的变速恒频控制。

风力发电变流器可分为双馈变流器、全功率变流器、中压风电变流器等，分别配合双馈电机、低压永磁/电励磁电机、中压永磁电机等使用。

产品系列名 称适配机型功 率应用环境配置风能产品双馈变流器风冷 1.5MW~6.0MW标准型高原型低温型沿海型海基型水冷全功率变流器低速永磁 1.0MW~10.0MW中速永磁高速永磁电励磁高速异步机中压风电变流器永磁电机5.0MW~10.0MW沿海型海基型>> 风力发电变流器概述风 电 产 品—变 流 器 产品技术参数技术参数>> 双馈变流器-风冷通用型① 满足1.3倍高电压运行② 其它频率范围详询禾望电气③ 4000m以上解决方案详询禾望电气* 以上①②③通用于整个双馈变流器系列性能特点高可靠性设计：耐受严酷的气候、振动等工作环境丰富、灵活的对外接口：完美匹配各类电机和主控系统领先的控制技术：主动适应恶劣电网，保障用户投资收益高功率密度：小型化部件和模块化设计，可快速安装和维护风冷系统，维护方便、简单，性价比高，特别适用于陆地高海拔、高温、低温等环境完善的系统监控和故障诊断：hopeInsight监控软件可实现单台变流器的远程监控与故障诊断，hopeView网络监控系统可方便实现风场变流器的组网和监控以及变流器有功、无功的远程调度2.0MW2.5MW3.2MW工作电压552V~759V工作频率（网侧）47.5Hz~52.5Hz / 57Hz~63Hz额定电流2000A 2417A 2761A 网侧最大持续电流420A 550A 700A 网侧过载电流（1min/10min）540A 600A 770A 机侧最大持续电流800A 1000A 1250A 机侧过载电流（1min/10min）880A1100A 1400A 电网电压谐波耐受度≤5%电网电压不平衡度耐受度≤8%整机效率＞97%噪声＜70dB工作温度环境温度：-40℃~+50℃（45℃~50℃降额）储存温度-40℃~+70℃海拔常规型：≤2000m，高原型：2000m~5000m冷却方式水冷防护等级IP54低压穿越满足国标，欧洲E.ON2006外形尺寸W*H*D（mm）2700*2200*640技术参数>> 双馈变流器-水冷型技术参数丰富、灵活的对外接口：完美匹配各类电机和主控系统领先的控制技术：主动适应恶劣电网，保障用户投资收益高可靠性设计：耐受严酷的气候、振动、盐雾等工作环境高功率密度：小型化部件和模块化设计，可快速安装和维护水冷系统，防护等级高，可靠性高，特别适用于高盐雾、高污染和高湿度环境完善的系统监控和故障诊断：hopeInsight监控软件可实现单台变流器的远程监控与故障诊断，hopeView网络监控系统可方便实现风场变流器的组网和监控以及变流器有功、无功的远程调度性能特点2.0MW2.5MW3.2MW5.0MW工作电压552V~759V工作频率（网侧）47.5Hz~52.5Hz / 57Hz~63Hz额定电流2000A 2417A 2975A 4686A 网侧最大持续电流420A 550A 700A 1020A 网侧过载电流（1min/10min）640A 600A 770A 1200A 机侧最大持续电流800A 1000A 1250A 1940A 机侧过载电流（1min/10min）880A1100A1400A2140A电网电压谐波耐受度≤5%电网电压不平衡度耐受度≤8%整机效率＞97%噪声＜70dB工作温度环境温度：-40℃~+50℃，入水口水温：+5℃~+55℃（50℃~55℃降额）储存温度-40℃~+70℃海拔常规型：≤2000m，高原型：2000m~5000m冷却方式水冷防护等级IP54低压穿越满足国标，欧洲E.ON2006外形尺寸W*H*D（mm）2300*2000*640（一字型）1650*2200*1300（背靠背型）2300*2000*640（一字型）1650*2200*1300（背靠背型）3600*2200*640（一字型）参数功率等级参数功率等级水冷机由变流器自主控制，无需外部参与，配合逻辑更优，变流器可以及时响应水冷机异常状况统一的后台监控软件，可以实时监控水冷机运行状况及故障记录等，统一客服巡检>>全功率变流器原理简述禾望电气HWFP069系列全功率变流器用于风力发电系统中与永磁、电励磁同步发电机或者高速异步发电机配套使用，变流器由机侧变换器和网侧变换器组成，两者通过直流母线连接。

浅谈风电场低电压穿越技术摘要：低电压穿越能力：是指在风机并网点电压跌落时，风机能够保持并网，对过电压、过电流进行抑制技术，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时段。

关键词：浅谈；风电场；低电压；穿越技术一．规程与标准根据《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》（国能新能【2011】182号），风电机组应严格按照《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求，具备低电压穿越的能力，并通过有关机构的检测认证；对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。

《风电场接入电力系统技术规范》（GB/T 19963—2000）中对风电场低电压穿越能力的基本要求：（1）风电场内的风电机组具有并网点电压跌至20﹪额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力。

（2）风电场发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90﹪时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。

二.发生低电压穿越的原因针对电网故障引起的故障，通常可以分为电网单相接地故障、电网两相接地故障、电网两相相间短路故障以及电网三相相间短路故障引起的电压跌落，根据电力系统运行经验表明，在各种类型的电网故障中，单相接地故障占大多数，容易引起不对称故障电路，而对于我们风力发电场，除了考虑电网电压的波动，还应该分析风电场集电线路和风机所对应的箱变等可以引起风电机组网侧电压波动的因素。

三．永磁同步风力发电机组实现低电压穿越的原理1. 永磁直驱同步风力发电系统永磁直驱同步风力发电系统是一种新型发电系统，采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电，然后通过全功率变流器变换电路，将电能转换后并入电网。

2.全功率变流器全功率变流器是由发电机侧变流器和网侧变流器两个三相PWM电压型变流器构成，发电机侧变流器实现对永磁同步发电机的控制，网侧变流器实现输出并网，输出有功、无功功率的解耦和直流侧电压控制，永磁直驱同步风力发电系统依靠全功率变流器实现高性能控制。