变频器在风电场中应用

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1、第33卷第12期华电技术V01．33No．122011年l2月HuadianTechnologyDec．201l变频器在风电场中的应用郭迪华，武修苗，杨旭(大唐~-I'q峡风力发电有限公司，河南三门峡472000)摘要：介绍了背靠背双脉冲宽度调制(PWM)双馈型变频器和全功率变频器的基本工作原理，分析了风力发电系统中发电机启机、正常运行及电网异常时变频器的动作机制，为进一步研究更适用于风力发电系统的变频器提供参考。关键词：风力发电；双馈型；变频器；全功率中图分类号：TN77文献标志码：B文章编号：1674—1951(2011)12—

2、0073—05PWM(PulseWidthModulation)整流电路，机侧功率0引言模块为三相桥式PWM逆变电路。单个桥臂由续流随着社会的发展，能源紧缺和环境污染的现象二极管和绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedGate日益严重。风能作为一种可再生能源，完全符合保BipolarTransistor)组成，通过直流母线电容将网侧护生态环境、优化能源结构的要求，它是人类实现可整流回路和转子侧逆变回路隔离。持续发展的一种新动力源。我国风能资源十分丰富，实际可开发利用量达253GW。为充分利用河南地区丰富的风力资源，中国大唐集

3、团公司在河南省三门峡地区建设了一系列风电项目。大唐三门峡风力发电有限公司(以下简称三门峡风电公司)北临黄河，南临秦岭支脉，属于较明显的内陆山地风电场。风电场使用的风力发电机组包含双馈异步发电机和永磁直驱发电机2种。在双馈异步发电机中，变频器控制转子励磁电图1变频器工作原理图流解决了发电机并网及实时追踪发电机最大功率输3种变频器的控制策略都为主控控制。风机运出点的问题；另外，它还用来进行转子与电网之间转行时，主控实时跟踪转速，当风速改变时，主控给变差功率和励磁无功功率的传输。而永磁直驱发电机频器“转矩给定”的信号，变频器再通过机侧功率

4、模中的全功率变频器将发电机和电网完全分开，发电块中的驱动回路来控制绝缘栅双极型晶体管(IG．机发出的全部功率都由它进行传输，所以，对于同一BT)的通断，对直流母排的电流进行逆变，从而得到额定功率的发电机组，它的额定设计功率比双馈变所需转子励磁电流的频率。网侧功率模块可以稳定频器大。直流母排上的电压，当电能由转子侧向电网输送时，本文通过对风电场所用2种变频器的分析，阐直流母排上的电流经过网侧功率模块的逆变，达到述了变频器在风力发电机中的作用以及工作机制，工频频率。为深入研究适用于山地风电场的变频器提供依据。1．2变频器的作用1．2．1

5、当风速改变时，始终保持与电网频率一致1双馈型变频器简介由图1可知，风力发电机定子直接与电网连接，三门峡风电公司使用的双馈型变频器按厂家分变频器与发电机转子、电网相连，主控通过变频器控类，有禾望变频器、森瑞克斯变频器和许继变频器，3制发电机转子侧励磁电流的频率、相位和幅值来保证发电机在不同转速下其定子侧的输出频率与电网类变频器的基本原理相同。1．1变频器的原理频率一致，以满足并网条件，即实现变速恒频控制。如图1所示，双馈型变频器功率模块采用背靠发电机定子输出电压频率=±，(1)背结构。网侧功率模块为三相桥式脉冲宽度调制式中：为发电机定

6、子输出电压频率；p为发电机极收稿日期：2011—08—10；修回日期：2011—10—10对数；fm为发电机转子机械频率，fm=n／60，为发-74·华电技术第33卷电机转速；为发电机转子电流频率。由式(1)可知，当转子的机械频率因风速变化而变化时，通过控制励磁电流的频率_厂2来控制定子输出电压的频率。2011年6月19日，三门峡风场22风力发电机实时数据图如图2所示。22风力发电机由东方汽轮机有限公司生产，其极对数P为2，即发电机同步转速为1500r／min。当发电机转速达到1500r／rain图3不同风速下功率曲线及最佳功率曲线

7、图时厂m为25Hz，由式(1)可知此时转子励磁电流频率．为0，电网提供直流励磁。由图2可以看出，转速越接近1500r／rain，转子侧励磁电流的频率越小。时间／sa发电机转速变化曲线一7IⅢ．J)，掉糌时IN／s时间／sa转矩变化曲线b定子侧有功功率变化曲线图4风力发电机运行时转速与有功的关系图2000[发电机实际转矩增大，发电机转速呈上升趋势。。。[——————————一1．2．3软启动及加热功能loo。3个厂家的变频器都有预充电回路。下面以禾。～——————————望变频器为例，分析预充电回路的作用：主回路容量时间／大，启机时若

8、通过主回路直接充电，会造成大电流而b转子侧励磁电流变化曲线损坏回路中的器件；而预充电回路中有限流电阻，在启机时应降低回路中电流，以保护各器件；在主控给．量旨变频器启机信号时，变频器首先会检查变频器的温商度，当冬天山地地区温度过低时，会