高压变频器在风力发电全功率实验台上的应用

4．2 输入变压器
MLVERT-D系列高压变频器的输入侧隔离变压器采用移相式变压器，初级绕组为620 V，次级为三相24个绕组。每个绕组采用延边三角形接法，分成8个不同的相位组，移相角分别为±3．75°，±11．25°，±18．75°，±26．25°，形成48脉波的二极管整流电路结构。每个次级绕组接一个功率单元，该移相接法可有效消除47次以下的谐波。对电网谐波污染小，满足IEEE519-1992的谐波抑制标准。
4．3 功率单元
电网输入的三相620 V／50 Hz交流电经输入变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构。相邻功率单元的输出端串接，形成Y接结构，实现变压变频的直接输出。6 kV／50 Hz输出电压每相由8个额定电压为433 V的功率单元串联得到，输出相电压3．464 kV，线电压可达6 kV，为高压原动机提供变频电源。
每个功率单元采用电压源型结构，直流环节为滤波电容，负载设备所需的无功功率由电容提供，无需和电网交换。变频器输入功率因数高，可保持在0．96以上，且在整个速度范围段内基本保持不变，无需采用功率因数补偿装置。
每个功率单元通过光纤通讯接收主控系统发送的调制信息，以产生负载设备需要的电压和频率，而功率单元的状态信息也通过光纤反馈给主控系统，由主控系统进行统一控制。该光纤是模块与主控系统之间的唯一连接，因而每个功率单元与主控系统是完全电气隔离的。
4．4 高压变频器PWM技术
高压变频器的PWM技术决定功率变换能否实现，且对变频器输出电压波形的质量、电路中有源和无源器件的应力、系统损耗的减少及效率的提高等方面都有直接影响。MLVERT-D系列高压变频器采用了移相式多电平PWM技术，它是传统的两电平PWM技术的扩展，也是PWM技术与多重化技术的有机结合。

5 实验结果
3 MW风力发电机组全功率实验台按照前述设计方案进行建设，其主电路系统如图2所示。

由图2可见，实验台工作时，电网电压10 kV／50 Hz电源经降压变压器后，进入与高压变频器配套变比为620 V／450 V的干式移相变压器，移相变压器低压侧共有24个绕组，为高压变频器逆变侧提供约450 V电源。高压变频器得电后，控制部分通过发出SPWM波来导通／封锁每个模块逆变侧输出，由于高压变频器采用多单元串联模式，每相采用8个模块串联，模块逆变侧输出叠加后形成了无谐波的正弦波。高压变频器输出电压uo，输出电流io波形如图3所示，其中，电压波形为经过变比为100：1的电压互感器降压后的测试结果。

按风力发电机的功率曲线，将发电机需要进行实验的各个转速点与高压变频器的输出频率建立对应关系。在实验台工作时，只需设置高压变频器的对应运行频率，就可让风力发电机在预期转速下运行。实验结果验证了高压变频器应用在风力发电全功率实验台上这种设计方案的可行性，该实验台于2011年5月开始正式投入3 MW风力发电机组批量生产的出厂实验及老化实验。

6 结论
3 MW半直驱型风力发电机组全功率实验台中的高压变频器，自2011年投运以来，运行稳定，并取得了预期效果。之后该技术推广到1．5 MW和2 MW双馈型风力发电机组的全功率实验系统中，运行效果很好。经实践证明，多电平高压变频器可应用于传统的节能降耗行业，同样可应用于变频电源领域。在应用过程中，既可实现节能，又可实现调速运行，因此，它特别适合于能量回馈再利用的变频电源领域。
同时，高压变频器的“低-高”方式是在风力发电机组全功率实验台设计应用中得出的一种较特殊的输入输出方式，它打破了高压变频器“高-高”的应用模式，在应用方式上实现了创新，这种应用方式可拓宽到其他各种行业的电源领域。