变频器控制技术
现在主流的控制技术 矢量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）
IDS采用矢量控制，ABB采用直接转矩控制。
低电压穿越LVRT与Crowbar
1.为什么要实现低电压穿越 2.有源Crowbar
为什么要实现低电压穿越
当电网电压跌落时，会造成DFIG的定子电流增加。由于转 子和定子之间的耦合，快速增加的定子电流会导致转子电流 急剧上升，造成发电机转子侧变流器过流。
明阳的双馈异步风力发电机方案
双馈变频器原理
发电机转子转速与风速成比例变化。为了保证转子转速 最优 ( 即比发电机同步转速稍高), 转子叶片的角度通过一个 变桨传动单元进行调整。但是，角度的调整是一个非常缓慢 的过程。为了补偿转子转速的快速变化， 双馈变频器快速 增加或降低转子磁场的旋转速度，保证了发电机获得最优的 滑差。
由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节f2变化，可 使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制。
双馈异步发电机
பைடு நூலகம் 4．双馈异步发电机运行区间：
在同步速度以下，旋转磁场的旋转方向和转子的物理转 向一致，称为次同步运行状态。
在同步速度上，转子为直流励磁，旋转磁场转速为0， 此时和同步发电机一模一样，转子绕组为一串两并。
闭合Crowbar电路，同事切断转子与INU之间连线，发电 机仍然保持并网状态，这时转子的过流不会对变流器造成 损害，直流侧电容的过压也会消除，通过控制ISU来有效 控制直流侧电压。此时INU不工作，也就无法控制双馈发 电机的输出有功、无功功率，其运行模式类似不控的鼠笼 异步电动机，所以对于此类电路而言只能通过控制ISU的 无功功率输出来对电网进行无功补偿。
风电场内的风电机组具有在并网电电压跌至 20%额定电压时能够保证不脱网连续运行 625ms的能力。
风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢 复到额定电压的90%时，风电场内的风电机 组能够保证不脱网连续运行。
解决方案——有源Crowbar
常用的有两类电路： 第一类主要由可控开关和电阻组成。当电网出现故障时，
变频器由于只是补偿转速与同步速的偏差，且它接在 双馈电机的转子侧，所能调节的功率有限。典型速度运行范 围是在同步速的 30% 。
双馈变频器原理
当风速降低时，传动单元从电源获得能量并增加转子磁 场的转速，以保证定子有能力向电网提供能量。同样的，在 风速增加时转子磁场的转速会降低。超过同步转速以上时转 子产生的能量也可以送到电网。
作于PWM整流状态，网侧变流器工作于PWM逆变状态，转 子中的电流经过PWM整流通过中间电容为网侧变流器提供 能量。PWM整流技术可以控制转子电流的波形，以及转子 电流的幅值，相位相序。同时也可以通过斩波升压的方式控 制直流回路的电压。PWM逆变同样可以控制输出电流的波 形，使之接近完美正弦波，减少进入电网的电流谐波的影响。
INU
ISU
pitch drive
Crow bar
Rotor side Line converter inverter
Fused disconnector
supply transformer
medium voltage switchgear
Remote control
Wind turbine control
三种情况下变频器的工作状态
同步运行变频器工作状态： 转子速度等于同步速，转子只需要直流励磁，直流电流
大小同样通过PWM方式调节。类似于直流斩波原理，转子 三相绕组一串两并。转子形成固定的磁极。
三种情况下变频器的工作状态
超同步运行变频器工作状态： 转子回路向变频器直流回路馈送能量，转子侧变流器工
同时，由于桨叶调节速度较慢，故障时风力机吸收的风能不 会减少，而发电机由于定子端电压降低，所发出的电能会有 所减少，此时就会有一部分电能无法输入电网，这些能量只 能靠变流器系统内部消化，可能导致直流侧电容充电过压。 这些对于转子侧变流器和直流母线的电容都会造成物理伤害。
风电场低电压穿越要求
风电场低电压穿越要求
双馈异步发电机
3．双馈发电机：调节转子励磁交流电的频率和相序，使转 子物理转速加上或减去电磁转速以等于同步转速。这样通过 电磁的方式使异步发电机运行于类似于同步发电机的状态 f1=（p/60）×nr±f2 式中： f1为定子电压频率； p为电机的极数； nr为双馈发电机的转速； f2为转子励磁电压频率。
可以控制电流的幅值，相序，使变频器工作于不同的状态。
三种情况下变频器的工作状态
次同步运行变频器工作状态分析： 为了弥补次同步速运行时转子速度和同步速之间的转速
差，变频器向转子输入三相交流励磁电流，电流的频率、幅 值、相序通过PWM方式调制，分别使旋转磁场的转速、大 小、方向得到控制。网侧变流器工作于PWM整流状态，控 制直流母线电压为设定值。同时控制网侧电流为完美正弦波， 减少谐波影响。转子侧变流器工作于PWM逆变状态，输入 上述要求的交流励磁电流。
在同步速以上，旋转磁场的方向和转子的物理转向相反， 因此转子的电磁转矩起制动作用，转子也处于发电状态。
双馈异步风力发电机组
Asynchronous slip ring generator
gearbox brake
Main breaker heating power, aux power
T
690V 20 kV, f = 50 Hz
解决方案——有源Crowbar
第二类Crowbar主要由可关断器件（GTO）和电阻组成。这 种电路是在发电机转子侧加入电阻，用来降低转子电流，同 时消耗功率，以此来消除转子侧过流与直流侧过压。它并不 切断转子与INU之间连线，发电机保持并网，同时变频器 （包含ISU和INU）可控制发电机的输出有功功率、无功功 率，这样就更易实现对电网的无功补偿，但当电网故障比较 严重时变频器仍有可能出现过压过流。
现在主流的两种变速恒频风力发电技术： 双馈风力发电、永磁风力发电
两种发电方式对变频器的使用不同，我们公司MY1.5MW风 机采用的是双馈控制方法。
不同的风力发电方案
双馈异步发电机
不同的风力发电方案
直驱式同步发电机
双馈异步发电机
1．旋转磁场：三相对称绕组中通过三相对称的交流电，
会在绕组中产生一个旋转的磁场，旋转磁场的大小和交 流电的幅值、绕组的物理性质有关。旋转速度和交流电
MY1.5MW变频器讲义
变频器的基本原理
1.风力发电方案 2.双馈异步发电机 3.双馈变频器原理 4.变频器控制技术
风力发电方案
风力发电目标：在变化的风速（变速）下实现发出的电与电 网一致，即实现电压电流频率恒定（恒频）、电压幅值与电 网一致。所以在控制上要求实现变速恒频控制。
该传动单元也可用于在将定子输出接入电网之前使定子 输出电压和电网电压同步。在脱离电网时，传动单元将转矩 调整为零。这样做也就使定子电流降低到零，以便可以断开 发电机
双馈变频器原理

交—直—交双PWM变频器：能量可以双向流动，整流和逆变都可以
通过PWM方式调制，使输入电流和输出电流具有完美的正弦波形。同时
的频率有关。方向和交流电的相序有关。
双馈异步发电机
2．交流励磁：绕线转子发电机的转子绕组通过滑环引出，因
此可以将三相交流电引入转子，使转子绕组产生一个相对转 子本身旋转的磁场，通过改变交流电的幅值、频率、相序来 改变旋转磁场的大小、旋转速度和方向。
方向：和交流电相序一致 同步速度：n= p为级对数 f为电源频率