浅谈永磁同步发电机变流系统.docx

          浅谈永磁同步发电机变流系统                    摘要 直驱永磁风力发电系统省去了齿轮箱因而具有低噪音，高效，可靠等优点但直驱永磁风力发电机定子电压的幅值和频率随风速的波动而变化不可直接并网，需要变流器把其变成与电网电压等幅度等频率的电压才能入网本文对金风1.5MW永磁同步发电机的变流系统进行了简单的介绍关键词：整流电路，逆变，开关损耗，变流器；引言现代风力发电技术是涉及空气动力学、机械传动、电机、自动控制、力学、材料学等多学科的综合性高技术系统工程变流技术是整个风力发电技术中的核心部分，变流器功率主回路主要由电机侧滤波器、六相不可控整流器、整流输出电容器组、斩波升压变换器、制动单元、逆变侧滤波电容器、逆变器、逆变输出平衡电抗器、滤波器、升压变压器等组成一 变流器基本结构图1金风1.5MW变流拓扑结构金风1.5MW永磁同步发电机采用六相对称结构，其输出电压为六相正弦电压,相位依次相差60度,输出电压频率及幅值随风速及发电机转速而变化，因此在变流系统主电路中，发电机输出的六相交流电压通过由二极管组成的六相不可控整流桥变换成直流电压变流器功率主回路主要由电机侧滤波器、六相不可控整流器、整流输出电容器组、斩波升压变换器、制动单元、逆变侧滤波电容器、逆变器、逆变输出平衡电抗器、滤波器、升压变压器等组成。

主回路原理如图1所示二 变流器开关占空比计算因整流输出直流电压随发电机转速变化而在一定范围内变化，其最大电压为940V左右,不能满足并网逆变器对直流侧电压的要求，因此在整流电路之后采用了升压斩波器进行直一直变换金风1.5M系统中，升压斩波器采用三重化结构，一方面可以减小每个IGBT开关器件的电流应力，使器件工作在允许的电流范围内，另一方面通过多重化连接还可以减小输入电流中的谐波含量，降低电机转矩脉动1. Boost升压变换器输出电压由于并网变压器的额定输入电压为690V, 则正弦波滤波器输出电压也应该是690V, 此时峰值电压为 但需要考虑正弦波滤波器上的电压损失, 因此在这里选Vdc=1050V2. Boost升压变换器占空比计算当发电机输出电压达到最高681V时, 变换器中开关管的占空比最低, 约 %当发电机输出电压最低达到323V时, 变换器中开关管的占空比最高, 约为 %3. Boost变换器续流二极管电流确定电机转速最高时, 变换器总输出电流不超过 , 它由三个变换器中的续流二极管所平摊, 故续流二极管最大平均电流为 但是, 续流二极管是在间歇状态下进行工作的, 其导通率与开关管的导通率息息相关, 此时开关管的导通率10.5%, 续流二极管导通率为 ,每一次脉冲导通时间内的平均电流为 。

电机转速最低时, 变换器总输出电流不超过 ，三个续流二极管平摊后为 此时开关管的导通率57.1% , 续流二极管导通率 , 每一次脉冲导通时间内的平均电流 金风公司1.5MW级风机变流系统采用的是三重升压斩波电路, 三重化的目的是分流和减小电流谐波的含量三 金风1.5MW逆变主电路中的直一交变换部分采用两重化逆变器,用于将直流侧能量变换成满足电网连接要求的形式传递给电网, 在保持直流侧电压恒定的同时, 使交流侧相电流接近于正弦, 相电流与相电压同相, 功率因数接近于1, 以减少输送到电网的谐波和无功含量该逆变器采用两重化的目的一是实现电路的并联均流, 提高功率等级, 二是减小交流输出电流中的谐波含量, 满足电网对谐波的要求两重逆变器总输出功率为 ，上式中 为连接到电网的线电压, 为逆变器的输出相电流有效值并网逆变器的线电压额定电压是690V, 可以计算相电压是400V, 根据逆变的要求, 直流侧电压一半高于相电压额定值因此金风1.5MW级系统设定直流侧额定电压为1050V四、 变流故障分析（一）功率不匹配风机在风机启机，主空开吸合时，报有功功率不匹配从程序中监测L1,L2,L3三相，发现在主空开未吸合时，三相的功率都在2KW左右，但当主空开一吸合，功率都猛增到20KW左右，系统报故障.对电流互感器电压，电流进行检查，发现都正常！检查KL3403没有问题，发现KL3403端子1，端子2，端子3接线错误，把线改正后，再进行启机，主空开吸合，未报有功功率不匹配。

故障消除二）变流器未调制风机启动，在风机并网时，报变流器未调制，故障文件如下：故障后，对主控到变流，1U1控制盒各条线路，进行检查，都正常，初步以为程序出错，对U1重新刷程序，发现程序刷不进去，更换U1控制盒，程序成功刷进去，原来是U1控制盒有问题！对风机进行启机，发现故障依旧，初步判断可能是检测板或驱动版有问题，首先更换检测版，更换完毕后，进行启机，故障消除风机故障的处理，要求我们有耐心，一步一步的查线，检查每一个元器件，把故障点排除！尤其是在有多个故障点时，更需要我们细心的去发现结束语通过将几种适合直接驱动型风力发电系统的高压、大功率变流器拓扑结构进行了简单对比, 飞跨电容多电平变换器的开关负荷不一致, 飞跨电容均压难以实现,二极管箝位多电平变换器存在中点电位平衡问题金风1.5MW直驱风力发电系统的原理图如图1所示，该系统前端采用不控整流桥整流,DC-DC部分采用3个工作于电流连续模式CCMBoost变流器并联, 逆变器采用组合变流器结构该系统具有工作稳定、控制简单, 网侧功率因数高达97%, 对电网谐波影响小的特点，二极管，电容的个数相对更少，在经济效益上更具有优势由于本人知识有限，论文存在着许多不足之处，希望大家给予指正！参考文献1.金风1.5MW《电控原理》  -全文完-。