switch变流器在兆瓦直驱型风机中应用

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1、SWITCH变流器在兆瓦级直驱型风机中的应用  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

2、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。 网址：http://www.gesep.com联系电话：02161024899E-mail：service@gesep.com  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

3、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

4、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。   由于直驱发电机的特点，使得直驱风机在低速时切入速度小于双馈机组，从而使整机的发电量和发电效率提高。网址：http://www.gesep.com联系电话：02161024899E-mail：service@gesep.com   缺点是：   由于采用了低速电机，电机尺寸庞大，整体重量和成本较双馈机组更高。吊

5、装、安装等成本也有所上升。     由于必须使用全功率变流器，在这一个部件上的成本也要高出50%。相应的，变流器故障率也较双馈型机组更高。   目前，金风公司1.5MW直驱型机组已经在新疆、内蒙、渤海湾等多个现场运行了两年以上，其可利用率不断上升，发电量高、易于维护等优点也逐渐为各个业主所认可。   3. SWITCH变流器的原理和特点   3.1. 基本参数   电机参数：   双绕组，   额定电压：690V   额定功率：1600kW   每绕组额定电流：620A   额定频率：13.7Hz   

6、功率因数：1.0   电网参数：   额定电压：690V   额定频率：50/60Hz网址：http://www.gesep.com联系电话：02161024899E-mail：service@gesep.com   额定电流：1320A   功率因数：0.95。   等效年工作时间：3500小时。   环境参数：   运行环境温度：-40～+40摄氏度   储存环境温度：-50～+50摄氏度   运行湿度：<90%   3.2. 拓扑结构  图3：switch变流器一次系统图网址：http://www

7、.gesep.com联系电话：02161024899E-mail：service@gesep.com   从上图中可见，SWITCH变流器主要由网侧逆变单元1U1，电机侧逆变单元2U1,3U1和制动单元4U1组成。每个模块的设计原理均相同，在结构和关键器件选型上有所差别。这样在保证了较低成本的同时提高了生产的一致性，降低了产业化的难度。   为了保护电机绝缘，在电机侧逆变单元出口处还设置了dudt滤波器。   3.3. 控制及保护原理   和大多数商用四象限变频器一样，switch在控制上采用了分布式控

8、制的方式，也即每个功率模块都能够独立的执行控制、保护、监测等功能，模块之间则通过现场总线连接。  图4：模块间通信拓扑   为了实现控制目标解耦，在网侧逆变单元处采用了以直流电压恒定为目标的控制方式，在电机侧采用www.gesep.com环保了跟踪风机控制器给定转矩的方式。   下图给出了网侧控制逻辑框图：   网址：http://www.gesep.com联系电话：02161024899E-mail：service@gesep.com 图