高壓變頻器在風力發(fā)電全功率實驗臺上的應用
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4．2 輸入變壓器
MLVERT-D系列高壓變頻器的輸入側隔離變壓器采用移相式變壓器，初級繞組為620 V，次級為三相24個繞組。每個繞組采用延邊三角形接法，分成8個不同的相位組，移相角分別為±3．75°，±11．25°，±18．75°，±26．25°，形成48脈波的二極管整流電路結構。每個次級繞組接一個功率單元，該移相接法可有效消除47次以下的諧波。對電網諧波污染小，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準。
4．3 功率單元
電網輸入的三相620 V／50 Hz交流電經輸入變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構。相鄰功率單元的輸出端串接，形成Y接結構，實現變壓變頻的直接輸出。6 kV／50 Hz輸出電壓每相由8個額定電壓為433 V的功率單元串聯得到，輸出相電壓3．464 kV，線電壓可達6 kV，為高壓原動機提供變頻電源。
每個功率單元采用電壓源型結構，直流環(huán)節(jié)為濾波電容，負載設備所需的無功功率由電容提供，無需和電網交換。變頻器輸入功率因數高，可保持在0．96以上，且在整個速度范圍段內基本保持不變，無需采用功率因數補償裝置。
每個功率單元通過光纖通訊接收主控系統發(fā)送的調制信息，以產生負載設備需要的電壓和頻率，而功率單元的狀態(tài)信息也通過光纖反饋給主控系統，由主控系統進行統一控制。該光纖是模塊與主控系統之間的唯一連接，因而每個功率單元與主控系統是完全電氣隔離的。
4．4 高壓變頻器PWM技術
高壓變頻器的PWM技術決定功率變換能否實現，且對變頻器輸出電壓波形的質量、電路中有源和無源器件的應力、系統損耗的減少及效率的提高等方面都有直接影響。MLVERT-D系列高壓變頻器采用了移相式多電平PWM技術，它是傳統的兩電平PWM技術的擴展，也是PWM技術與多重化技術的有機結合。
5 實驗結果
3 MW風力發(fā)電機組全功率實驗臺按照前述設計方案進行建設，其主電路系統如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175763.htm
由圖2可見，實驗臺工作時，電網電壓10 kV／50 Hz電源經降壓變壓器后，進入與高壓變頻器配套變比為620 V／450 V的干式移相變壓器，移相變壓器低壓側共有24個繞組，為高壓變頻器逆變側提供約450 V電源。高壓變頻器得電后，控制部分通過發(fā)出SPWM波來導通／封鎖每個模塊逆變側輸出，由于高壓變頻器采用多單元串聯模式，每相采用8個模塊串聯，模塊逆變側輸出疊加后形成了無諧波的正弦波。高壓變頻器輸出電壓uo，輸出電流io波形如圖3所示，其中，電壓波形為經過變比為100：1的電壓互感器降壓后的測試結果。
按風力發(fā)電機的功率曲線，將發(fā)電機需要進行實驗的各個轉速點與高壓變頻器的輸出頻率建立對應關系。在實驗臺工作時，只需設置高壓變頻器的對應運行頻率，就可讓風力發(fā)電機在預期轉速下運行。實驗結果驗證了高壓變頻器應用在風力發(fā)電全功率實驗臺上這種設計方案的可行性，該實驗臺于2011年5月開始正式投入3 MW風力發(fā)電機組批量生產的出廠實驗及老化實驗。
6 結論
3 MW半直驅型風力發(fā)電機組全功率實驗臺中的高壓變頻器，自2011年投運以來，運行穩(wěn)定，并取得了預期效果。之后該技術推廣到1．5 MW和2 MW雙饋型風力發(fā)電機組的全功率實驗系統中，運行效果很好。經實踐證明，多電平高壓變頻器可應用于傳統的節(jié)能降耗行業(yè)，同樣可應用于變頻電源領域。在應用過程中，既可實現節(jié)能，又可實現調速運行，因此，它特別適合于能量回饋再利用的變頻電源領域。
同時，高壓變頻器的“低-高”方式是在風力發(fā)電機組全功率實驗臺設計應用中得出的一種較特殊的輸入輸出方式，它打破了高壓變頻器“高-高”的應用模式，在應用方式上實現了創(chuàng)新，這種應用方式可拓寬到其他各種行業(yè)的電源領域。
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