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(cè)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(jié)構(gòu)。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(wǎng)諧波污染小，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準。
4．3 功率單元
電網(wǎng)輸入的三相620 V／50 Hz交流電經(jīng)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(jié)構(gòu)。相鄰功率單元的輸出端串接，形成Y接結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(lián)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(jié)構(gòu)，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(wǎng)交換。變頻器輸入功率因數(shù)高，可保持在0．96以上，且在整個速度范圍段內(nèi)基本保持不變，無需采用功率因數(shù)補償裝置。
每個功率單元通過光纖通訊接收主控系統(tǒng)發(fā)送的調(diào)制信息，以產(chǎn)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(tǒng)，由主控系統(tǒng)進行統(tǒng)一控制。該光纖是模塊與主控系統(tǒng)之間的唯一連接，因而每個功率單元與主控系統(tǒng)是完全電氣隔離的。
4．4 高壓變頻器PWM技術(shù)
高壓變頻器的PWM技術(shù)決定功率變換能否實現(xiàn)，且對變頻器輸出電壓波形的質(zhì)量、電路中有源和無源器件的應力、系統(tǒng)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(shù)，它是傳統(tǒng)的兩電平PWM技術(shù)的擴展，也是PWM技術(shù)與多重化技術(shù)的有機結(jié)合。
5 實驗結(jié)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(tǒng)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(wǎng)電壓10 kV／50 Hz電源經(jīng)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(cè)共有24個繞組，為高壓變頻器逆變側(cè)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(cè)輸出，由于高壓變頻器采用多單元串聯(lián)模式，每相采用8個模塊串聯(lián)，模塊逆變側(cè)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(jīng)過變比為100：1的電壓互感器降壓后的測試結(jié)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(zhuǎn)速點與高壓變頻器的輸出頻率建立對應關(guān)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(zhuǎn)速下運行。實驗結(jié)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(chǎn)的出廠實驗及老化實驗。
6 結(jié)論
3 MW半直驅(qū)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(shù)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(tǒng)中，運行效果很好。經(jīng)實踐證明，多電平高壓變頻器可應用于傳統(tǒng)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(xiàn)節(jié)能，又可實現(xiàn)調(diào)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(xiàn)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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