大学课件《风力发电机组控制》教学PPT课件:第七章 变流系统.pptx
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变流系流系统随随着着风风力力发发电电机机组组单单机机容容量量的的不不断断增增大大,其其核核心心部部件件变变流流器器的的功功率率等等级级也也在在不不断断增增大大。
目目前前,风风电电场场两两大大主主流流机机型型:
双双馈馈异异步步风风力力发发电电机机组组配配备备的的是是部部分分功功率率变变流流器器,直直驱驱永永磁磁同同步步风风力力发发电电机机组组配配备备的的是是全全功功率率变变流流器器。
变变流流系系统统的的出出现现为为风风力力发发电电提提供供了了新新的的契契机机,一一方方面面提提高高了了风风能能的利用率,另一方面也明显改善了并网电能的质量。
的利用率,另一方面也明显改善了并网电能的质量。
变变流流器器是是使使电电源源系系统统的的电电压压、频频率率、相相数数和和其其他他电电量量或或特特性性发发生生变变化化的的电电气气设设备备。
变变流流器器一一般般是是电电力力电电子子元元件件实实现现的的,作作用用是是实实现现功功率率的的传传递递。
电力电子器件就是实现电源变换与控制的基础器件。
电力电子器件就是实现电源变换与控制的基础器件。
正弦脉宽调制技术正弦脉宽调制技术正正弦弦脉脉宽宽调调制制的的基基本本原原理理是是将将参参考考波波形形与与输输出出调调制制波波形形进进行行比比较较,并并根根据据两两者者比比较较结结果果确确定定逆逆变变桥桥臂臂的的开开关关状状态态。
采采用用SPWMSPWM整整流流器器作作为为AC-DCAC-DC变变换换的的SPWMSPWM逆逆变变器器,就就是是所所谓谓的的双双SPWMSPWM变变流流器器。
它它具具有有输输入入电电压压、电电流流频频率率固固定定,波波形形均均为为正正弦弦波波,功功率率因因数数接接近近11,输输出出电电压压、电电流流频频率率可可变变,电电流流波波形形也也为为正正弦弦波波的的特特点点。
这这种种变变流流器器可可实现四象限运行,从而达到能力双向流动。
实现四象限运行,从而达到能力双向流动。
变流系流系统DFIG转子励磁子励磁电源的要求源的要求工作状工作状态可逆,能量可以双向流可逆,能量可以双向流动输入、入、输出特性出特性优良,良,对电网的造成的网的造成的谐波波污染小染小在不降低在不降低电网功率因数条件下,具网功率因数条件下,具备一定的一定的产生无功功率的能力生无功功率的能力DFIG转子励磁子励磁电源的要求源的要求双双PWMPWM变换器原理变换器原理双双PWMPWM型型变变流流器器由由网网侧侧和和机机侧侧两两个个PWMPWM变变流流器器组组成成,各各自自功功能能相对独立。
相对独立。
网网侧侧变变流流器器的的主主要要功功能能是是实实现现交交流流侧侧输输入入单单位位功功率率因因数数控控制制和和在在各各种种状状态态下下保保持持直直流流环环节节电电压压稳稳定定,确确保保机机侧侧变变流流器器乃乃至至整整个个DFIGDFIG励磁系统可靠工作。
励磁系统可靠工作。
机机侧侧变变流流器器的的主主要要功功能能是是在在转转子子侧侧实实现现DFIGDFIG的的矢矢量量变变换换控控制制,确确保保DFIGDFIG输出解耦的有功功率和无功功率。
输出解耦的有功功率和无功功率。
两两个个变变流流器器通通过过相相对对独独立立的的控控制制系系统统完完成成各各自自的的功功能能,值值得得提提出出的的是是,机机侧侧变变流流器器是是通通过过DFIGDFIG定定子子磁磁链链定定向向进进行行控控制制的的,网网侧侧变变流器则是通过电网电压定向进行控制的。
流器则是通过电网电压定向进行控制的。
双双PWMPWM变换器原理变换器原理双双PWM变流器的流器的结构和特点构和特点采用高采用高频全控器件全控器件IGBTIGBT、SVPWMSVPWM调制方式,消除了低次制方式,消除了低次谐波波直流直流环节具有具有电容,具容,具备产生一定无功功率的能力生一定无功功率的能力双双PWMPWM变换器原理变换器原理由两个由两个结构和功能相构和功能相对独立的独立的PWMPWM变换器器组成成双双PWM变换器变换器原理原理两个两个PWMPWM变换器运行状器运行状态可控,可可控,可实现可逆运行,能量可双向流可逆运行,能量可双向流双双PWMPWM变换器原理变换器原理部分功率部分功率变流器流器变流系流系统网侧滤波电容组1C1和1C2过压保护单元4U1控制器过压保护4U1功率单元电控系统供电总开关1F8网侧断路器1Q1网侧保护熔断器组1F1电网接入铜排接线端排预充电变压器3T1直流电源2G1网侧1U1功率单元网侧滤波电抗器1L1变流器直流母线排控制用中间继电器预充电整流块3H1水冷散热管路风扇3M1和3M2散热器网侧1U1功率单元控制器温度调节开关3S3湿度调节开关3S2变流器水冷温度传感器3B11变流器湿度传感器3S5变流器主水冷管路网侧1U1功率单元控制面板电机侧2U1功率单元控制面板断路器2F12F3电机侧3U1功率单元控制面板断路器1F111F17维护插座变流器维护开关2U1电机侧接线铜排3U1电机侧接线铜排电机侧2U1功率单元控制器电机侧保护熔断器组2F1变流器直流母线排电机侧2U1功率单元水冷散热管路电机侧防雷保护2F113U1电机侧接线铜排电机侧2U1功率单元电机侧保护熔断器组2F2功率单元控制线当前工当前工业上上应用的直用的直驱式永磁同步式永磁同步发电机机组主要采用全主要采用全功率功率变流器,流器,归纳起来主要有以下四种形式。
起来主要有以下四种形式。
机机侧采用不可控整流,网采用不可控整流,网侧采用采用PWM逆逆变;机机侧采用不可控整流采用不可控整流+boost升升压,网,网侧采用采用PWM逆逆变;机机侧采用相控整流,网采用相控整流,网侧采用采用PWM逆逆变;采用具采用具备四象限运行能力的背靠背双四象限运行能力的背靠背双PWM变流器控制的功流器控制的功率率变流器。
流器。
14变流系流系统15机侧采用不可控整流,网侧采用机侧采用不可控整流,网侧采用PWM逆变逆变这种方式只有当发电机线电压的峰值高于直流母线电压时发电机这种方式只有当发电机线电压的峰值高于直流母线电压时发电机才能馈出电能,因此发电机运行电压需设计较高的输出电压,这对变才能馈出电能,因此发电机运行电压需设计较高的输出电压,这对变流器所使用的电力电子器件耐压提出很高的要求,导致系统成本大大流器所使用的电力电子器件耐压提出很高的要求,导致系统成本大大增加,降低了整机效率。
由于采用二极管不可控整流,能量不能双向增加,降低了整机效率。
由于采用二极管不可控整流,能量不能双向流动;同步发电机不可控,最大功率跟踪不易实现。
而且发电机定子流动;同步发电机不可控,最大功率跟踪不易实现。
而且发电机定子电流存在很大的低次谐波成分,发电机的铜耗和铁耗较大,降低了发电流存在很大的低次谐波成分,发电机的铜耗和铁耗较大,降低了发电机的效率。
电机的效率。
变流系流系统机侧采用不可控整流机侧采用不可控整流+boost升压,网侧采用升压,网侧采用PWM逆变逆变风风速速的的变变化化导导致致直直流流侧侧电电压压的的波波动动,这这种种电电路路结结构构的的成成本本较较低低,但但是是它它不不具具备备四四象象限限运运行行的的能能力力,且且发发电电机机侧侧由由于于不不可可控控整整流流导导致致谐谐波波增增大大,影影响响电电机机运运行行和和效效率率,因因而而在在运运行行中中受受到到很很大大的的限限制制。
并并且且当当系系统统功功率率较较大大时时,大大功功率率的的boostboost升升压压电电路路设设计计困困难难。
但但是是,这这种种拓拓扑扑结结构构因因为为成成本本相相对对较较低低,在在当当前前直直驱驱式式风风力力发发电电工工程程中中应应用较多。
用较多。
变流系流系统17机侧采用相控整流,网侧采用机侧采用相控整流,网侧采用PWM逆变逆变机侧采用相控整流的永磁直驱变流器如图所示,这种方式与前两种机侧采用相控整流的永磁直驱变流器如图所示,这种方式与前两种方式相比,由于晶闸管的导通时间可以通过触发角控制,一定程度上方式相比,由于晶闸管的导通时间可以通过触发角控制,一定程度上抑制了电流,防止直流母线过压,实现机侧可控,成本较低。
但是机抑制了电流,防止直流母线过压,实现机侧可控,成本较低。
但是机侧低次谐波较大的缺点依然没有改善。
因此实际系统中这种拓扑结构侧低次谐波较大的缺点依然没有改善。
因此实际系统中这种拓扑结构也很少采用。
也很少采用。
变流系流系统采用具备四象限运行能力的背靠背双采用具备四象限运行能力的背靠背双PWM变流器控制的功率变流器变流器控制的功率变流器背背靠靠背背双双PWMPWM变变流流器器结结构构是是目目前前直直驱驱式式风风力力发发电电机机组组中中较较为为常常见见的的一一种种拓拓扑扑结结构构,定定子子绕绕组组经经过过四四象象限限变变流流器器和和电电网网相相连连。
背背靠靠背背双双PWMPWM变变流流器器由由机机侧侧变变流流器器和和网网侧侧变变流流器器组组成成,可可实实现现能能量量的的双双向向流流动动,机机侧侧变变流流器器可可实实现现对对永永磁磁同同步步发发电电机机的的转转速速/转转矩矩进进行行控控制制,网网侧侧变变流流器实现对直流母线进行稳压控制。
器实现对直流母线进行稳压控制。
变流系流系统全功率全功率变流器流器变流器水冷系统变流器水冷系统水冷系统的散热风扇水冷系统的散热风扇变流系流系统变流器风冷系统变流器风冷系统变流系流系统
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