风电场电气工程第章

风电场电气工程第8章风电场中的电力电子技术

介绍风电场中的电力电子设备，在简述电力电子技术应用和常见电力电子器件的基础上，阐述变流技术和PWM技术的基本原理；重点介绍主流大型风电机组的并网换流器，包括其电路结构和基本工作原理；最后简单介绍风电场的无功补偿与电压控制需求，以及SVC和STATCOM等无功补偿设备。第8章风电场中的电力电子技术

8.1电力电子技术基础8.2风电机组并网换流器8.3无功补偿与电压控制装置21.电子技术信息电子技术电力电子技术模拟电子技术数字电子技术应用于电力领域，即使用电力电子器件对电能进行变换与控制2.电力交流电（常用）直流电（不常用）太阳能光伏发电；电铁的牵引机车火电厂、水电站、风电机组；各种电动机§8.1电力电子技术基础

§8.1.1电力电子技术简介3§8.1电力电子技术基础

§8.1.1电力电子技术简介交流电直流电电压频率3.电力电子设备作用转换电源输配电网用电设备转换转换电压频率无功补偿、电压控制4§8.1电力电子技术基础

§8.1.2电力电子器件半导体器件电真空器件电力电子器件不可控器件：电力二极管（PowerDiode）半控型器件：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件全控型器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）电力场效应晶体管（MOSFET）门极可关断晶闸管（GTO）5§8.1电力电子技术基础

§8.1.3变流技术电力变换整流：交流变直流（AC-DC）逆变：直流变交流（DC-AC）斩波：直流变直流（DC-DC）变压、变频、移相：交流变交流（AC-AC）实现实现实现实现实现直流斩波器逆变器变压器、变频器移相器整流器6§8.1电力电子技术基础

§8.1.4PWM控制PWM控制的理论基础是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。这里所说的冲量，是指窄脉冲在时域波形图上的面积；效果基本相同，是指惯性环节的输出响应波形基本相同。7

8§8.1电力电子技术基础

§8.1.4PWM控制图8-7用矩形脉冲序列等效正弦波形

图8-8正弦波的两种PWM波形9§8.1电力电子技术基础

§8.1.4PWM控制PWM波形生成方法计算法：特定谐波消去法（SHE-PWM,SelectiveHarmonicsElimination）调制法跟踪控制法10§8.2风电机组并网换流器8.2.1直驱式永磁同步机组的并网换流器8.2.2交流励磁双馈式机组的并网换流器8.2.3无刷双馈式机组的并网换流器8.2.4风电机组并网换流器的总结11图8-12带有并网换流器的直驱式风电机组示意图§8.2风电机组并网换流器

§8.2.1直驱式永磁同步机组的并网换流器12(a)发电机侧为不可控整流(b)发电机侧为可控整流图8-13直驱式风电机组并网换流器的常见设计方案(c)发电机侧为不可控整流＋Boost升压§8.2风电机组并网换流器

§8.2.1直驱式永磁同步机组的并网换流器13图8-14交流励磁双馈式风电机组结构示意图§8.2风电机组并网换流器

§8.2.2交流励磁双馈式机组的并网换流器14双向换流器的电网侧和电机侧两个部分，都用可控器件实现，均采用PWM控制方式，因此又称为双PWM变流器。双PWM变流器的主电路结构如图8-15所示。

图8-15双PWM型变换器主电路结构图§8.2风电机组并网换流器

§8.2.2交流励磁双馈式机组的并网换流器15无刷棕双馈跟式风长力发馅电机兔组，垃其定耻子有江两套妙极数炎不同该的绕政组，景一个匠称为赌功率匙绕组杆，直宵接连哗接电犹网；强另一砍个称块为控拆制绕爸组，失通过掀双向齐换流睛器连疏接电蛮网。其差作用绘分别外相当德于交联流励糖磁双涝馈发拆电机哪的定挡子绕奏组和名转子鸭绕组扛，并词网换产流器准也要营求是腊双向听换流瓦器。其容维量也惕仅为放发电疗机容孔量的纷一小凶部分谱，类陵似于哭交流厘励磁插双馈经式风跪电机壳组的陵并网再换流陪器。省除了应可实图现变拣速恒蜓频控征制，兵降低划变频和器的普容量虹外，果还可迅实现强有功苹、无侄功功蜓率的研灵活闪控制讽，同肿时发亭电机摆本身抬没有常滑环建和电注刷，与既降腾低了下成本蠢，又输提高倡了运勉行的睡可靠慢性。§8.霸2风电森机组壮并网苏换流委器§8.闹2.暂3无刷曾双馈形式机糠组的锁并网摔换流废器16（1）容怨量双馈希型系历统的耕变流直器容候量（久相当掀于转码差功诱率）钓一般向只占进发电舞机组旬额定纠功率摸的30％左辱右，辆体积软和重膀量较绪小，情因而颂具有译较低学的成摄本。踏直驱辛型系闹统需雹要全滑功率卸变流快器，句即变痕流器扩的容匹量需侮要按楼风电烟机组因额定纪功率川设计书，体饱积和以重量符大，掀因而谷具有腿较高铺的成怎本。（2）结友构直驱劳式风睡电系坏统的变宗流器陵接于厅定子得绕组峡与电缎网之汪间，北功率宪输送清是单肯向的萄，即凑只能缎从发芝电机刷定子循绕组滔流入格电网睁。因锐此可蚊以考古虑采钞用低慰成本抚的不朽控或担半控榨器件楼。§8.虾2风电晓机组墙并网书换流申器§8.卫2.帝4风电封机组导并网帮换流钻器的馒总结17交流勺励磁冬双馈碗式风哄电系科统的变题流器聪，连规接于于电网辨与可拜控励惯磁电因流所悼在的拘转子刃绕组毛之间抗。无刷锡双馈晨式风夏电系怀统的变以流器减，连趣接于两电网蛮与可省控励吨磁电脱流所脾在的屿定子码控制刑绕组助之间耻。两喝种双毙馈式糊系统塞，变负流器驰中的匀功率假流动锦都要惧求是泄双向嫌的，摇因此巾要求永按双器向变菜流器枪设计券，即柿两侧孕变流秤器都远应采寺用全弟控器夜件，超实现感双PW联M控制困。§8.萍2风电柜机组牌并网捏换流示器§8.煎2.荒4风电押机组营并网施换流妻器的吗总结18§8伪.3无功源补偿今与电春压控购制装菌置8.蚊3.陕1风电假场的丢无功酱和电殿压控焰制需柴求8.联3.乐2静止王无功辫补偿搂器(S慢VC湾)8.端3.骡3静止垦同步包补偿源器(S卫TA兄TC慢OM孩)19§8.误3无功研补偿手与电区压控粉制装阵置§8.必3.俘1风电铺场的熄无功脖和电裁压控梯制需鱼求随着龄风速坛的变漠化，虏风电放机组稼的发屈电功痛率和吗电压燃频率降也会拿发生芳变化症，这果个很献容易这理解祥。实茧际上史，风锤电的拥间歇莲性、怪随机球性，裕不仅务对频泄率和仅有功独有影或响，踢还会女对电磨压和遮无功脖产生蛮影响居。风电西场常阶用的练无功傻补偿贫设备犯，主矿要有惭三大清类：珠并联具电容顺器，恳静止俩无功畜补偿商器（SV鸣C），固静止头同步卖补偿熊器（ST姻AT放CO粥M）。20静止吐无功说补偿键基于抖电力鹅电子徐技术稿及其眨控制臭技术洽，将救电抗狸器与诞电容是器结旁合起逃来使靠用，灶能实见现无唇功补恒偿的徒双向弊、动扶态调且节。问实际手上，SV脆C是一垂类设爱备的脱统称猛，常娃见的阶几种偏基本兰形式地如图8-块17所示挪。§8.狮3无功音补偿东与电呈压控说制装叙置§8.怀3.蒸2静止航无功惊补偿渣器(S蓄VC狮)图8-艘17几种哲典型SV否C结构味示意福图21ST颤AT谎CO各M的主飞电路造一般睡都由架电压烛源型世逆变病器（VS腾I）和肝直流累电容燃组成租，如吐图8-咽19所示闯。§8.老3无功赴补偿波与电认压控瓶制装洒置§8.域3.医3静止绩同步饰补偿添器(S算TA种TC四OM虚)图8-赢19腹ST嗓AT粪CO采M的基漠本构松成22优点饲：①ST岗AT耀CO鲜M具有钱更好目的出疾力特僻性。教在低暴电压旧时，嫩表现煌为定怎电流估特性体，无并功功两率只才随电奶压的茫降低体按一仪次方稠关系或下降虎。②ST惜AT召CO惰M采用PW火M控制饮，具谜有更洁快的机响应萄特性沃。③ST旷AT喷CO根M中，蜻无功烧调节荐不是涂通过旱控制祝容抗唯或感沙抗的租大小拌实现馅的，狡无需指直接金与系哨统连云接的岔电容绍器或梅电抗篇器，弱不存扑在系劈燕统谐仍振问申题