变频器控制原理

变频器系统机器原理介绍DFIG系统变速恒频控制原理功率因数调节控制策略变流器系统图并网过程硬件结构2009-5-25=3»=3»f=fGridf¹fGrid齿轮箱双馈感应发电机风轮DFIG系统电网侧变流器电机侧变流器交直交电压型变流器DFIG系统交流侧功率因数控制保持直流环节电压稳定调节控制转子励磁电流频率，以实现DFIG变速恒频运行调节励磁电流幅值和相位控制DFIG电势的相位和频率确保DFIG输出解耦的有功功率和无功功率电网侧交流滤波电抗器：抑制功率元件通断引起的电磁干扰电机侧du/dt滤波器：滤除由于功率元件开关引起的高电压上升沿和下降沿的高频信号，防止此高频信号对电机转子绕组的影响变频器控制单元：电网电压、电流测量；功率测量；电网监测；与主控制器通讯低次谐波过滤器1(根据需求投切)低次谐波过滤器2(固定投切)过压保护器：dc-link电压过高时开启，短路转子，保护变频器变频器系统框图DFIG系统双PWM变流器主电路结构图从电网吸收电能向电网发送电能网侧变换器交流侧三相电压进线电抗器的等效电阻和电感网侧变换器交流侧三相电流直流环节的储能电容DFIG转子绕组的漏感和等效电阻DFIG转子绕组感应电动势电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行电气隔离控制电路变频器的内部控制框图变速恒频控制原理变速恒频：转子的转速跟踪风速的变化，定子侧恒频恒压输出。f1——定子电流频率，与电网频率相同；p——电机极对数；fm——转子机械频率，fm=n/60（n为发电机转子转速）；f2——转子电流频率；n小于定子旋转磁场的同步转速ns时，处于亚同步运行状态，上式取正号，此时变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；n大于ns时，处于超同步运行状态，上式取负号，此时发电机由定子和转子发出电能给电网，变流器的能量逆向流动；n等于ns时，处于同步运行状态，f2=0，变流器向转子提供直流励磁；因此，当发电机转速n变化时，即pfm变化，若控制f2相应变化，可使f1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，也就实现了变速恒频控制。功率因数调节考虑到风电系统的功率扰动以及电网本身的供电质量问题，因此希望风力发电系统发电机输出有功功率可调节，同时还能改变输出功率因数。通过转子侧变频器励磁控制，可以实现风力发电机组在稳定状态下的总有功功率和转差率不随功率因数设定值的变化而变化。其总有功功率由机组的风机功率特性与风况决定，同时，发电机的转差率由风力机组的总有功功率和转速控制特性决定，与发电机输出无功功率无关。控制策略

在基于同步电动机变频调速的矢量控制策略中，由于转子接变频器的结构特点，目前应用在DFIG的励磁控制中主要有两大类，即基于气隙磁场定向的矢量控制策略和基于定子磁场定向的矢量控制策略矢量控制控制策略基于双馈电机数学模型的坐标变换：定转子三相坐标系两相静止坐标系和两相旋转坐标系ωr=pθr

——转子旋转角速度ωK=pθ

——dq系统旋转速度控制策略基于定子磁场定向的矢量控制：令同步轴线d轴与定子磁场向量重合，推导出解耦有功和无功分量方程如下由此可见，采用定子磁场定向矢量控制时，定子侧有功功率P1可通过转子电流的转矩分量irq控制，定子侧的无功功率Q1可通过转子电流的励磁分量ird控制。因此，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，可达到调节有功功率和无功功率的目的。L1=Ls/LmLs——定子自感Lm——定转子间互感控制策略变流器系统图du/dt滤波器电抗器并网过程：预充电Udc并网过程：DC-link升压Udc并网过程：同步化Ustator并网过程：并网并网运行：亚同步

变频器的保护电路原因——保护财产和人身的安全通常有五种保护电路：过流保护过压保护过热保护du/dt保护di/dt保护过电流保护软件与硬件双重保护过电流保护保护措施：过电流——过载和短路两种情况同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器过电流保护措施及其配置位置过电压保护外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换相过电压：晶闸管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压：晶闸管关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。变频器的过电压——外因过电压和内因过电压保护功能：热保护通过限制电机侧变流器的电流来进行热保护保护功能：防雷保护和电磁兼容性发电机定子/转子PE线直接连接变流器接地铜排转子电缆屏蔽层两端接地编码器屏蔽层两端接地变流器接地铜排直接与风电机组接地系统相连风力机主回路的浪涌保护器装在并网主断路器两侧，形成两级防雷保护变频器的du/dt和di/dt保护（1）限制du/dt保护措施(1)

产生电压上升率du／dt的原因由电网侵入的过电压。由于晶闸管换相时造成的du／dt过大。(2)电压上升率du／dt的限制方法在晶闸管两端并联一个RC或RCD吸收电路。（2）限制di/dt保护措施(1)

变换器中产生过大的di／d