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風電變流器發(fā)展
據(jù)《中國風電變流器市場研究報告》數(shù)據(jù)顯示2010年風能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)值近400億歐元(550億美元)，而2009年同期數(shù)據(jù)為500億歐元(700億美元)。2010年風能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的下降同風力發(fā)電費用下降、風能產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移有關(guān)。2010年中國成為風能裝機容量的國家，并成為國際風能產(chǎn)業(yè)的中心，中國在風能市場比重超過50%。
風電變流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
在海上風能發(fā)電方面，中國2010年在上海附近外海建立了第二個主要海上風場，裝機容量達到100MW。相比中國總風能裝機容量，海上風能在中國依然微不足道(其新增裝機容量僅占總新增裝機容量的0.5%)。在低增長、中度增長和高速增長三種情境下，中國的風電裝機容量將在2020年分別達到1億kW，1.5億kW和2億kW的規(guī)模。與此同時，風電在總能源消費中的比重將分別達到1.6%、2.5%和3.3%。我國風電裝機容量的快速增長為我國風電變流器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了*動力。2009年，我國風電變流器的市場容量為60億元。其中，直驅(qū)風機對于全功率變頻器的需求為2202MW，市場容量為14億元;雙饋裝機新增容量對雙饋變流器的市場需求為11608MW，市場容量為46億元。2010年，直驅(qū)風機對于全功率變流器的需求量在3230MW左右，市場容量約為19億元;雙饋風機對于雙饋變流器的需求量在9770MW左右，市場容量約為35億元。2010年，我國風電變流器市場總?cè)萘考s為55億元。
2009年，我國兆瓦級風電變流器約為3000套，多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的變流器主要為1.5MW級。已經(jīng)形成1.5MW產(chǎn)能的企業(yè)主要有清能華福，科諾偉業(yè)，陽光電源，禾望電氣，南車時代等，但2010年仍然以小批量生產(chǎn)為主。從規(guī)劃產(chǎn)能來看，主要國內(nèi)企業(yè)將會在2011年形成總量4000臺以上的生產(chǎn)能力。2011年，陽光電源、禾望電氣和南車時代各自的產(chǎn)能有望達到1000臺風電變流器。
2015年，航天一院18所自主研發(fā)的風電變流器完成低電壓穿越試驗。此次低電壓穿越試驗的成功，標志著我國已經(jīng)自主掌握了風電變流器的核心技術(shù)和關(guān)鍵算法。[1]
風電變流器功能
變流器通過對雙饋異步風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子進行勵磁，使得雙饋發(fā)電機的定子側(cè)輸出電壓的幅值、頻率和相位與電網(wǎng)相同，并且可根據(jù)需要進行有功和無功的獨立解耦控制。
變流器控制雙饋異步風力發(fā)電機實現(xiàn)軟并網(wǎng)，減小并網(wǎng)沖擊電流對電機和電網(wǎng)造成的不利影響。
變流器提供多種通信接口，如Profibus, CANopen等（可根據(jù)用戶要求擴展），用戶可通過這些接口方便的實現(xiàn)變流器與系統(tǒng)控制器及風場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的集成控制。
變流器配電系統(tǒng)提供雷擊、過流、過壓、過溫等保護功能。
變流器提供實時監(jiān)控功能，用戶可以實時監(jiān)控風機變流器運行狀態(tài)。
變流器可根據(jù)海拔進行特殊設計，可以按客戶定制實現(xiàn)低溫、高溫、防塵、防鹽霧等運行要求。
風電變流器基本原理
變流器采用三相電壓型交-直-交雙向變流器技術(shù)，核心控制采用具有快速浮點運算能力的“雙DSP的全數(shù)字化控制器”；在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器實現(xiàn)定子磁場定向矢量控制策略，電網(wǎng)側(cè)變流器實現(xiàn)電網(wǎng)電壓定向矢量控制策略；系統(tǒng)具有輸入輸出功率因數(shù)可調(diào)、自動軟并網(wǎng)和功率點跟蹤控制功能。功率模塊采用高開關(guān)頻率的IGBT功率器件，保證良好的輸出波形。這種整流逆變裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、諧波含量少等優(yōu)點，可以明顯地改善雙饋異步發(fā)電機的運行狀態(tài)和輸出電能質(zhì)量。這種電壓型交-直-交變流器的雙饋異步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于風機功率點跟蹤的發(fā)電機有功和無功的解耦控制，是雙饋異步風力發(fā)電機組的一個代表方向。
變流器工作原理框圖如所示：
風電變流器系統(tǒng)構(gòu)成
變流器由主電路系統(tǒng)、配電系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構(gòu)成。包括定子并網(wǎng)開關(guān)、整流模塊、逆變模塊、輸入/輸出濾波器、IGBT、PLC、JCE1000-AXS電流傳感器、風機、有源Crowbar電路、控制器、監(jiān)控界面等部件。
變流器主回路系統(tǒng)包含如下幾個基本單元：
轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器、直流母線單元、電網(wǎng)側(cè)整流器。
原理圖如下：
拓撲圖
配電系統(tǒng)由并網(wǎng)接觸器、主斷路器、繼電器、變壓器等組成，自身集成有并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用戶無須再配置并網(wǎng)柜，提高了系統(tǒng)集成度，節(jié)約了機艙空間，柜中還可提供現(xiàn)場調(diào)試的220V電源。控制系統(tǒng)由高速數(shù)字信號處理器（DSP）、人機操作界面和可編程邏輯控制器（PLC）共同構(gòu)成。整個控制系統(tǒng)配備不間斷電源（UPS），便于電壓跌落時系統(tǒng)具有不間斷運行能力。
上述各功能分配到控制柜、功率柜、并網(wǎng)柜中：
控制柜：控制柜主要對采集回的各種模擬數(shù)字信號進行分析,發(fā)出控制指令,控制變流器的運行狀態(tài)
控制柜主要由主控箱、PLC、濾波器、電源模塊等組成。
功率柜：主要負責轉(zhuǎn)子滑差能量的傳遞。
功率柜主要由功率模塊、IGBT、PLC、JCE1005-FS電流傳感器、風機、有源Crowbar等構(gòu)成。
并網(wǎng)柜：主要用于變流器與發(fā)電機系統(tǒng)和電網(wǎng)連接控制、一些控制信號的采集以及二次回路的配置。
并網(wǎng)柜主要由斷路器、接觸器、信號采集元件、UPS、加熱器、信號接口部分等構(gòu)成。
結(jié)構(gòu)圖
變流器控制結(jié)構(gòu)框圖如下：風電變流器技術(shù)特征
風電變流器可以優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)寬風速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發(fā)電機損耗，提高運行效率，提升風能利用率。
風電變流器具有以下一些特點：
² 優(yōu)異的控制性能
² 完備的保護功能
² 良好的電網(wǎng)適應能力
² 具備高可靠性，適應高低溫、高海拔等惡劣地區(qū)運行
² 模塊化設計，組合式結(jié)構(gòu)，安裝維護便捷
參考資料
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