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双PWM型变换器的特点及优化

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:双PWM型变换器由网侧和机侧两个PWM变换器组成,各自功能相对独立。图8-7DFIG亚、超同步运行时双PWM型变换器的工作状态亚同步运行;超同步运行两个变换器工作状态的切换是由DFIG运行区域决定的。双PWM型变换器具有较强的无功功率控制能力。双PWM型变换器的直流环节配置有电容,可以发出一定大小的无功功率。

双PWM型变换器的特点及优化

(1)双PWM型变换器由网侧和机侧两个PWM变换器组成,各自功能相对独立。网侧变换器的主要功能是实现交流侧输入单位功率因数控制和在各种状态下保持直流环节电压稳定,确保机侧变换器乃至整个DFIG励磁系统可靠工作。机侧变换器的主要功能是在转子侧实现DFIG的矢量变换控制,确保DFIG输出解耦的有功功率和无功功率。两个变换器通过相对独立的控制系统完成各自的功能,如图8-6所示。值得提出的是,机侧变换器是通过DFIG定子磁链定向进行控制的,网侧变换器则是通过电网电压定向进行控制的。

图8-6 双PWM型变换器中两个变换器的功能图

(2)双PWM型变换器的两个变换器的运行状态可控,均可以在整流/逆变(或逆变/整流)状态间实现可逆运行,以此实现变换器能量的双向流动。图8-7表示了双PWM型变换器的运行状态与能量流向的关系:当DFIG亚同步运行时,网侧变换器运行在整流状态,机侧变换器运行在逆变状态,能量从电网流向DFIG转子;当DFIG超同步运行时,网侧变换器运行在逆变状态,机侧变换器运行在整流状态,能量从DFIG转子流向电网。

图8-7 DFIG亚、超同步运行时双PWM型变换器的工作状态

(a)亚同步运行;(b)超同步运行

两个变换器工作状态的切换是由DFIG运行区域决定的。DFIG亚同步运行时,转子需要从直流环节吸收能量,机侧变换器在磁场定向矢量控制下工作于逆变状态。直流环节的电容由于放电,会导致其两端的直流电压有下降的趋势,为了保持直流电压稳定,在电压定向矢量控制下,网侧变换器工作于整流状态。DFIG超同步运行时,转子需要向直流环节释放能量,机侧变换器在磁场定向矢量控制下转换成整流状态,将DFIG转子回馈的交流电能整流成直流后向电容充电,引起直流环节电压的泵升。

为了限制直流环节电压的泵升,网侧变换器需要将直流环节的电能返回电网,因此在电压定向矢量控制下转换成逆变状态。可以看出,在磁场定向矢量控制(机侧变换器)和电压定向矢量控制(网侧变换器)的共同作用下,两个变换器的工作状态随着DFIG工作区域的改变而自动切换。

(3)由于双PWM型变换器采用高频自关断器件和空间矢量PWM(SVPWM)调制方法,开关频率高达10k~20kHz,消除了低次谐波,输入输出特性好,对电网和DFIG造成的影响比较小,在谐波特性上能满足DFIG的励磁要求。(www.xing528.com)

(4)双PWM型变换器具有较强的无功功率控制能力。由于DFIG是异步发电机,空载时转子需要吸收一部分无功功率进行励磁;而当定子输出感性无功功率时,转子需要吸收更多的无功功率。这就需要转子变换器具有产生一定无功功率的能力。双PWM型变换器的直流环节配置有电容,可以发出一定大小的无功功率。1.5MW机组变流柜内部结构实物图如图8-8所示。

图8-8 1.5 MW机组变流柜内部结构实物图

变流器元件散热是通过一套强制水冷系统和一套风冷系统实现的。如图8-9~图8-11所示。水冷的优点是水的比热系数大,同样体积的水和空气,在同样温升下,水吸收的热量大;同时,柜体采用散热管道铺设方式散热,有利于集中把热量排出塔架,也解决了塔架内部噪声大的问题。缺点是柜体结构较复杂,制造成本大。风冷方式优点是结构简单,缺点是散热效率低。

图8-9 变频器水冷系统图

图8-10 水冷系统的散热风扇外形图

图8-11 变频器风冷系统图

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