金风直驱变流器SWICTH、VERTECO、FREQCON区别 - 图文

全功率变流器（金风直驱1500全功率变流器）

金风1500风力发电机组拥有SWICTH、VERTECO、FREQCON三种变流器，其

中VERTECO变流器在金风1500装机中占有比重最大。FREQCON变流器在2008年国产化项目组在原有设计（德国Vensys公司）的基础上，进行了重新设计、选型改造等技术工作。

SWITCH变流器主电路原理图

VERTECO变流器主电路原理图

以上是SWITCH变流器和VERTECO变流器原理图，可以看出两种变流器原理和控制方式（SVPWM空间矢量控制）基本相同，整个电路可分为两个部分：整流和逆变。通过整流将发电机发出的不稳定的交流电（电机转速0～17.3rpm，电机电压0～690Vac,电压频率0～12.7Hz）变换成相对稳定的直流电；再通过逆变单元，把直流电逆变成与电网电压、频率、相位相匹配的交流电送入电网。 U1为网侧逆变功率模块，2U1和3U1为发电机侧整流功率模块，4U1为DC CHOPPER制动功率模块，3H1是预充电整流模块，电抗器2L1、电容器2C1（如果在处理故障中将机侧电容器断开，由于转速不稳定，定子发电波纹就不稳定，会产生很多电压尖峰，会烧毁功率单元，使母线电压偏高，所以不建议断开，可以选择性的断开几组）和发电机定子绕组（呈感性）组成LCL滤波器，滤波效果更好，电抗器1L1（网侧滤波电抗器比机侧滤波电抗器容量大）、电容器1C1变压器漏感构成LCL滤波，有效地滤除高次谐波，降低变流器对电网的高次谐波污染。

风机并网前3K11吸合，通过整流模块3H1整流后对直流母线进行充电，防止风机并网时对母线和功率单元有电流冲击，损坏元器件，发电机定子两路绕组出来连接两组整流模块2U1、3U1，采用双绕组发电机选用两组整流器（采用主动整流方式，整流部分采用可控的IGBT整流），相对来说减少单个功率单元和其他元件的容量，虽然双PWM背靠背方案全控器件数量较多，控制电路复杂，成本较高，但具有较高的效率，电流通过PWM控制逆变器1U1以后其实是脉宽波，再经过1L1、1C1滤波以后电流为正弦波，送入电网。制动功率模块4U1则是在某种原因使得直流母线上的电能无法正常向电网传递（电网电压跌落）或直流母线电压过高时，将多余的电能在电阻4R1和5R1上通过发热消耗掉，以避免直流母线电压过高造成器件的损坏。

二极管整流发电机侧主空开Diode1功补电容Diode2斩波升压IGBT1IGBT2IGBT3放电制动单元回IGBT4路网侧逆变IGBT5IGBT6IGBT7IGBT8IGBT9IGBT10G滤波电容预充电回路网侧主空开电流变送器620V~变压器35KV~

以上是FREQCON变流器原理图，整个电路也分为两个部分：整流和逆变。

在闭合网侧空开之前，需要给直流母排进行预充电，因为直流母排上带有大容量电容器，若不预充电，则在闭合网侧空开时会对系统造成很大的电流冲击，在此过程中，与网侧IGBT反并联的二极管起到整流二极管（不可控整流）的作用。在母线电压达到+/-420Vac,网侧主空开闭合预充电完成，发电机转速达到并网要求时，电能经过二极管整流模块，采用两套三相全桥不可控整流方式（不可控整流的特点就是结构简单，造价低廉，电路中杂散电感（du/dt）几乎为0），将发电机发出的电压和频率不稳定的交流电变换成直流电，与全桥并联的电容起到滤波和稳压的作用，整流后的电压随着发电机转速和直流电流的变化而变化，为了获得相对稳定的直流电压1200Vdc，采用boost直流升压斩波电路（斩波升压三支IGBT模块，只有下桥臂和上桥臂反并联的二极管起作用）。斩波升压输出侧直接与网侧逆变直流侧相连，并联三重斩波(斩波相位相差120°)方式减小了发电机侧和逆变侧的电流波动，并联的支撑电容中点接地，将直流母线电压分成+/-600Vdc降低了变流器的绝缘等级，然后电能经过逆变单元（三相全桥有源逆变，SPWM控制方式）。将斩波升压得到的稳定直流电，转变成频率为50Hz电压为620V，相位与电网同相位的稳定的交流电，再经过变压器与电网相连，网侧六支IGBT模块构成三相，每相两支通过网侧电抗器相连。 制动单元：当直流母线上的电压过高（超过+/-650Vdc），制动单元工作，通过制动电阻、IGBT4模块下桥臂（上桥臂不作用），释放直流母线上过多的能量，维持母线电压。 放电回路：放电回路是在变流器停机后将母线上残留的能量通过放电电阻消

耗掉，保护机械设备和人身安全，其实就是给母线上的电容放电，在运行期间不起作用。

FREQCON变流器与VERTECO（SWITCH）变流器区别

1、工作方式有区别：

FREQCON变流器采用被动整流的方式，整流部分采用不可控的二极管桥式整流的方式，而VERTECO变流器采用主动整流方式，整流部分采用可控的IGBT整流。

2、核心部件有区别：

（1）、 FREQCON变流器的核心部件为IGBT单元，10只IGBT单元结构完全一样，优点是结构简单，相互可以互换，拆卸比较方便，备品备件的种类较少。缺点是稳定性和抗干扰性能差。

(2)、VERTECO变流器的核心部件为变流器，应用已广泛，技术成熟,可靠性和稳定性优于IGBT单元。缺点是备品备件的种类有所增多(两种不同类型的变流器)，不利因素是各个器件更加高度的整合，使得变流技术要求更高，而且更换一台变流器比更换一个IGBT的成本要高很多。 3、通讯方式的区别：

VERTECO变流器单元之间采用了光纤通信的交换数据，变流器和主控系统采用PROFIBUS总线的通信，除此以外变流器间又冗余了一条CAN BUS总线。而FREQCON变流器全部采用模拟信号，和主控系统也采用模拟信号通信方式，这从总线抗干扰性能考虑VERTECO变流器通信安全性和可靠性是高于FREQCON变流器。

4、冷却方式不同：

FREQCON变流器采用风冷的方式，VERTECO变流器采用水循环冷却方式，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，漏水可能引起故障和烧毁功率单元。风冷方式优点是结构简单，缺点是散热效率低。 5、柜体结构不同：

FREQCON变流器采用IGBT单元叠起来布置，FREQCON变流器这种设计的优点是节约空间，结构紧凑，节约材料。缺点是一旦一个元器件故障，比如发生击穿放电，有可能在物理上把临近的IGBT也烧坏，另外，缺少对直流母线电压的保护，容易发生雪崩效应，一个单元故障，其它单元容易发生连续损坏。VERTECO变流器的变流器采用并排安装的方式，在结构上优于FREQCON变流器。

总体来说，全功率变流系统与电网的兼容性好，具有更宽范围内的无功功率调节能力和对电网电压的支撑能力。同时，变流系统先进的控制策略和特殊设计的制动单元使风机系统具有很好的低电压穿越能力，可不增加任何设备。通过独到的信号采集技术、接口技术等提高了变流装置系统的电磁兼容性，如直流环节的均压接地措施，有效减少了干扰。但是由于全功率变流器是双馈型的三倍左右，存在较高的功率损耗，技术要求极高，功率器件和冷却设备损耗也比较大，而双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，变流器的最大容量仅为总机组容量的1/3左右,降低了变流器的造价，降低控制系统成本、

减少系统损耗，提高效率，低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳，在最大输出功率时，转子和定子共同发出电能，变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量，但是对电网电压波动非常敏感，实现低电压穿越需要增加硬件升级软件，从电网友好型风机方面来看，全功率变流器应该是未来的一个主方向。

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