风力发电变频器，风力发电变频器原理

对于风力发电变频器和风力发电变频器原理的题，你了解多少呢？让小编带大家来了解一下吧！

变频器是利用变频技术和微电子技术，通过改变电机工作电源的频率来控制交流电机的电力控制装置。

主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元组成。变频器具有过流、过压、过载保护等多种保护功能。

变频器的结构特点

1个电流型逆变器

逆变器的直流环节以电感元件命名，其优点是具有四象限运行能力，可以轻松实现电机的制动功能。缺点是逆变桥需要强制换流，装置结构复杂，调节困难。另外，由于电网侧采用晶闸管移相整流，输入电流谐波较大，容量较大时会对电网产生一定的影响。

2电压逆变器

因变频器直流环节使用的电容器元件而得名，其特点是不能进行四象限运行。当负载电机需要制动时，需要单独安装制动电路。当功率较大时，需要在输出端加正弦波滤波器。

3高低高频转换器

它采用降压-升压的方法，将低压或通用变频器应用于中、高压环境，故而得名。其原理是利用降压变压器将电网电压降低到低压逆变器的额定或允许电压输入范围，然后逆变器变压形成变频、变幅的交流电，再将其变换为电机通过升压变压器所需的交流电流。电压等级。这样，由于标准低压变频器与降压、升压变压器配合使用，可以任意匹配电网和电机的电压等级。当容量较小时，改造成本为

需要特别说明的是，由于该类逆变器输入功率因数较低，输入输出谐波较高，因此需要在其输入输出侧加装高压自愈电容器。

42电压型

电路结构采用IGBT直接串联技术，又称直接器件串联高压逆变器。它在直流环节采用高压电容器进行滤波和储能，输出电压可达6KV。其优点是可以使用耐压较低的功率器件。冗余设计。缺点是电平数少，只有两级，输出电压dV/dt也比较大。需要使用专用电机或添加高压正弦波滤波器，其成本会增加很多。不具备四象限运行功能，制动时需单独安装制动单元。

这类逆变器还需要解决器件的电压均衡题，一般需要对驱动电路和缓冲电路进行特殊设计。对IGBT驱动电路的延时也有极其严格的要求。一旦IGBT的开通和关断时间不一致，或者上升沿和下降沿的斜率相差太大，就会对功率器件造成损坏。

5埋入式变压器

钳位型逆变器一般可分为二极管钳位型和电容钳位型。

51二极管钳位型

不仅可以实现二极管中点钳位，还可以实现三电平以上的输出，其技术难度低于直接器件串联逆变器。由于直流环节采用电容元件，因此仍属于电压型逆变器。此类逆变器需要配备输入变压器，用于隔离和星三角变换，可实现12脉冲整流，并提供中间钳位零电平。通过辅助二极管将IGBT等功率器件强行嵌入中间零电平，使IGBT两端不会因过压而烧毁，实现多电平输出。

采用这种逆变器结构，输出端可以不安装正弦波滤波器。

52电容嵌入式

采用在同一桥臂上增加浮置电容的方法，实现功率器件的嵌入。目前这种变频器很少使用。

6台串联逆变器

这是近几年才发展起来的电路拓扑结构。它主要由输入变压器、功率单元和控制单元三部分组成。采用模块化设计，因通过功率单元串联解决高压题而得名。它可以直接驱动交流电机，无需输出变压器，更不用说任何形式的滤波器。以6台串联为例。整套变频器共有18个功率单元，每相由6个功率单元串联组成，并形成Y形连接，直接驱动电机。各功率单元的电路和结构完全相同，可以互换或互为备用。

变频器的输入部分为移相变压器，初级侧为Y形接法，次级侧沿边呈三角形接法。共有18组三相绕组为每个功率单元供电。它们均匀地分为、、三部分，每部分有6对三相小绕组，它们之间的平均相移为10度。

:逆变器特点如下

采用多重PWM控制，输出电压波形接近正弦波。

多重整流电路，脉冲数高达36个，功率因数高，输入谐波小。

模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性。

直接高压输出，无需输出变压器。

极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器。

采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性。

功率单元自动旁路电路，可实现故障不停机功能。

变频器结构原理图

可以简单地说，AC-AC逆变器需要使用的元件较多，不易控制，而AC-DC-AC则使用元件少，易于控制，所以大多数AC-DC-AC逆变器目前正在使用。

1、变频器的发展也要经历一个渐进的过程。最初的变频器并没有采用这种拓扑结构交流到直流再到交流，而是直接交流到交流，没有中间直流环节。这种变频器称为AC-AC变频器。目前此类变频器多用于超高功率、低速调速。它的输出频率范围是0-17，所以不能满足很多应用的要求，而且当时还没有IGBT，只有SCR，所以应用范围受到。

AC-AC逆变器的工作原理是通过多组相控开关控制三相工频电源，直接产生所需的变压变频电源。其优点是效率高，能量可以方便地返回电网。频率必须小于输入电源频率的1/3或1/2，否则输出波形太差，电机会振动而无法工作。因此，交交变频器至今仅限于低速调速场合，大大了其应用范围。

矩阵变频器是一种交-交直接变频器，由直接连接在三相输入输出之间的九个开关阵列组成。矩阵变换器没有中间直流环节，输出由三电平组成，谐波含量相对较小；其电源电路简单、紧凑，可输出频率、幅值、相位可控的正弦负载电压。矩阵变换器的输入功率因数可控，可工作于四象限。

虽然矩阵变换器有很多优点，但很难实现换流过程中不允许两个开关同时导通或关断。矩阵变换器的最大输出电压能力较低，器件的耐压较高也是该类变换器的一大缺点。

当应用于风力发电时，由于矩阵变换器的输入和输出不解耦，即负载或电源一侧的不对称性会影响另一侧。另外，矩阵变换器的输入端必须连接滤波电容。虽然该电容的容量比AC-DC中间储能电容小，但由于它们是交流电容，所以要承受开关频率的交流电流，而且体积也不小。

交交变频是直接变频，少了一个环节，但使用的器件较多，三相需要36个晶闸管，控制复杂。我们老师开玩笑说，谁调整了36个管子，谁就能立即毕业。还有，AC-AC频率只能调节到工频，一般调节到工频的1/3-1/2，差不多20Hz。

2、这种将交流电变换为直流电再变换为交流电的逆变器我们称之为AC-DC-AC逆变器。分为两种，一种是AC-DC-AC电压型，另一种是AC-DC-AC电流型。其中，前者应用较多，目前通用变频器均采用这种拓扑结构。其特点是中间为电解电容储能提供母线电压，前级采用二极管不控整流，简单可靠，逆变器采用三相PWM调制。

由于采用了一定容量的电解电容器，直流母线电压稳定。此时，只要控制好逆变器IGBT的开关顺序和占空比，就可以获得非常优越的控制特性。

AC-DC-AC逆变器首先将交流电通过整流器整流为直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑和滤波，然后通过逆变器将直流电变换为频率和电压可变的交流电。逆变器。

AC-DC逆变器可分为电压型和电流型。由于控制方法和硬件设计等多种因素，电压型逆变器被广泛使用。传统的电流模式AC-DC-AC逆变器使用自然换向晶闸管作为功率开关。直流侧的电感比较昂贵，用于双馈调速。当超过同步速度时，需要换向电路。在某些条件下性能也比较差，在双馈异步风力发电中应用不多。

采用电压型交直交变换器的整流变频装置，具有结构简单、谐波含量少、定转子功率因数可调等优点，可明显改善发电机组的运行状态和输出电能质量。双馈发电机，其结构完全通过直流母线侧电容器实现网侧与转子侧的分离。电压型AC-DC-AC变换器的双馈发电机定子磁场定向矢量控制系统，基于风机最大功率点跟踪，实现了发电机有功、无功功率的解耦控制。是目前变速恒频风力发电的一个代表方向。

此外，还有并联AC-DC-AC逆变器拓扑。这种结构的主要思想是并联一个AC-DC-AC电流型和一个AC-DC-AC电压型逆变器。电流型逆变器作为主逆变器负责功率传输，电压型逆变器作为辅助逆变器负责补偿电流。类型逆变器谐波。在这种结构中，主逆变器具有较低的开关频率，辅助逆变器具有较低的开关电流。

与上述AC-DC-AC电压逆变器相比，该拓扑开关损耗较低，整个系统的效率较高。其缺点也很明显。大量电力电子器件的使用导致成本上升和控制算法更加复杂。另外，这种结构的电压利用率较低。

3、虽然AC-DC-AC逆变器具有输出频率高、功率因数高的优点，但AC-DC-AC逆变器还存在很多需要改进的题

目前，大功率、高压电力电子器件正处于发展期，GTO器件面临淘汰，IGBT、IGCT尚未成熟；

对于采用IGCT和IECT的变流器，仍难以保护器件故障引起的直通短路；如果功率侧变流器发生直通短路，就会造成电网短路，因此变流器必须采用高漏抗输入变压器，一般需要15级，甚至高达20级；

AC-DC-AC逆变器在低频运行时过载能力降低，5Hz以下运行时逆变器过载能力一般减半；

AC-DC-AC逆变器输出的PWM调制电压波形的电压变化率du/dt很高，容易对电机和电器造成绝缘疲劳损坏；当输出线较长时，共模反射电压会在电机侧产生较高电压。电压，如果是两电平变换器，这个电压的峰值是直流电压的两倍，如果是三电平变换器，这个电压的峰值是中间半电压的三倍；

AC-DC-AC逆变器PWM调制会产生谐波、噪声、轴电流等题。

高压逆变器工作原理

关键词移相变压器；动力单元

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