風(fēng)電變流器是風(fēng)力發(fā)電中不可或缺的環(huán)節(jié)，是通過整流、逆變?cè)韺⒉环€(wěn)定的風(fēng)電變換成為電壓、頻率、相位符合并網(wǎng)要求的電能的控制裝置。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，風(fēng)電變流器是目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不可缺少的能量變換單元。風(fēng)電變流器不僅提高了機(jī)組效率，而且對(duì)于機(jī)組并網(wǎng)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了良好作用，每一套新增風(fēng)機(jī)均需要配備一套風(fēng)電變流器。

定義

風(fēng)電變流器是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，加在轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁裝置。其主要功能是在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，通過變流器控制勵(lì)磁的幅值、相位、頻率等，使定子側(cè)能向電網(wǎng)輸入恒頻電。包括功率模塊、控制模塊、并網(wǎng)模塊。

同時(shí)，風(fēng)電變流器是專門應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電力電子設(shè)備，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的不穩(wěn)定電壓、頻率和相位的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定且滿足電網(wǎng)要求的交流電或者直流電（DC）輸出。同時(shí)根據(jù)風(fēng)速大小適應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳風(fēng)能捕獲。

發(fā)展歷程

20世紀(jì)80年代，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)開始受到全球關(guān)注，風(fēng)電變流器的發(fā)展可追溯到此階段；

1986年，我國(guó)第一座陸上風(fēng)電場(chǎng)成功并網(wǎng)發(fā)電，揭開了我國(guó)風(fēng)電從無到有的發(fā)展大幕。在逐漸走向成熟的同時(shí)，風(fēng)電技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備方面國(guó)產(chǎn)化的水平明顯提高（2009年前后，風(fēng)電變流器開始進(jìn)入國(guó)產(chǎn)化替代階段）；

21世紀(jì)，隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾?，風(fēng)電變流器行業(yè)得到了快速發(fā)展；

2000年至2010年間，風(fēng)電裝機(jī)容量的大幅增長(zhǎng)，推動(dòng)了風(fēng)電變流器市場(chǎng)的擴(kuò)大。此階段，風(fēng)電變流器性能得到顯著提升的同時(shí)逐漸降低了成本；

2010年至2020年間，風(fēng)電變流器行業(yè)進(jìn)入成熟期。此階段，全球范圍內(nèi)風(fēng)電項(xiàng)目越來越多，風(fēng)電變流器市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。風(fēng)電變流器產(chǎn)品開始向多樣化和定制化方向發(fā)展，效率和可靠性也得到進(jìn)一步提升。

結(jié)構(gòu)組成

風(fēng)電變流器主要由以下部件組成：

功率模塊：功率模塊是變流器的核心部件，由IGBT、GTO等半導(dǎo)體器件組成，用于進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換。

控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)用于控制變流器的運(yùn)行，包括電壓、電流、頻率等參數(shù)的控制。

冷卻系統(tǒng)：冷卻系統(tǒng)用于冷卻變流器內(nèi)部的熱量。

保護(hù)系統(tǒng)：保護(hù)系統(tǒng)用于保護(hù)變流器在發(fā)生故障時(shí)的安全。

（資料圖：禾望電氣雙饋?zhàn)兞髌?690V-風(fēng)冷機(jī)型）

功能

1、變流器通過對(duì)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁，使得雙饋發(fā)電機(jī)的定子側(cè)輸出電壓的幅值、頻率和相位與電網(wǎng)相同，并且可根據(jù)需要進(jìn)行有功和無功的獨(dú)立解耦控制。

2、變流器控制雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟并網(wǎng)，減小并網(wǎng)沖擊電流對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)造成的不利影響。

3、變流器提供多種通信接口，如Profibus, CANopen等（可根據(jù)用戶要求擴(kuò)展），用戶可通過這些接口方便的實(shí)現(xiàn)變流器與系統(tǒng)控制器及風(fēng)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的集成控制。

4、變流器配電系統(tǒng)提供雷擊、過流、過壓、過溫等保護(hù)功能。

5、變流器提供實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)機(jī)變流器運(yùn)行狀態(tài)。

6、變流器可根據(jù)海拔進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，可以按客戶定制實(shí)現(xiàn)低溫、高溫、防塵、防鹽霧等運(yùn)行要求。

工作原理

風(fēng)電變流器主要由整流器、逆變器和濾波器組成：

整流器：整流器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，就像將交流整流成直流一樣。

逆變器：逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)頻率、電壓相符的交流電，就像將直流電轉(zhuǎn)換成交流電一樣。

濾波器: 濾波器用于消除整流和逆變過程中產(chǎn)生的諧波，就像凈化水一樣，將電網(wǎng)中的諧波凈化掉。

運(yùn)行特征

高電壓、大電流：風(fēng)電變流器承受著高電壓、大電流的沖擊，相當(dāng)于承受著高壓水流的沖擊，因此其元器件必須具有良好的耐壓和耐流能力。

諧波污染：變流器在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生諧波，就像水流中混入了雜質(zhì)一樣，會(huì)污染電網(wǎng)，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

復(fù)雜環(huán)境：風(fēng)電變流器通常安裝在風(fēng)機(jī)頂部，環(huán)境惡劣，相當(dāng)于在沙漠或戈壁灘工作，因此其防護(hù)等級(jí)必須很高。

類型

風(fēng)電變流器可以基于不同的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)分。

按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：可分為雙饋型變流器、全功率變流器、中壓風(fēng)電變流器等；

按控制方式：可分為PWM型變流器、多電平型變流器和直接轉(zhuǎn)換型變流器；

按連接方式：可分為單相變流器、三相變流器、并網(wǎng)型變流器和離網(wǎng)型變流器；

按應(yīng)用場(chǎng)景：可分為地面風(fēng)電場(chǎng)變流器、海上風(fēng)電場(chǎng)變流器、儲(chǔ)能系統(tǒng)接入變流器和分布式風(fēng)能應(yīng)用變流器；

按功率級(jí)別：可分為低功率（＜100kW）變流器、中功率（100-1000kW）變流器和高功率（＞1000kW）變流器。

技術(shù)特點(diǎn)

（一）雙饋?zhàn)兞髌骷夹g(shù)特點(diǎn)：

雙向功率流：實(shí)現(xiàn)風(fēng)力渦輪機(jī)和電網(wǎng)之間的雙向能量傳輸，提高系統(tǒng)的靈活性和可控性。

部分功率轉(zhuǎn)換：將部分風(fēng)力渦輪機(jī)功率通過轉(zhuǎn)子傳遞到電網(wǎng)，降低了對(duì)變流器的功率需求，降低成本。

較小的容量：相較于傳統(tǒng)的全功率變流器，雙饋?zhàn)兞髌骶哂休^小的容量，降低了成本，并減少對(duì)稀有材料的需求。

提高的電壓質(zhì)量：通過在轉(zhuǎn)子側(cè)引入變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子電壓和頻率的控制，提高電壓質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定性。

（二）全功率變流器技術(shù)特點(diǎn)： 

全功率轉(zhuǎn)換：將整個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的功率通過變頻器傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，提高系統(tǒng)的效率和發(fā)電能力。

高效率：利用高效的功率器件和先進(jìn)的控制策略，最大限度地提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低能量損失。

高穩(wěn)定性：具備更高的抗干擾能力和電網(wǎng)適應(yīng)性，穩(wěn)定地將電力注入電網(wǎng)，提高系統(tǒng)的可靠性和可控性。

網(wǎng)絡(luò)支持功能：提供無功功率控制和電壓/頻率調(diào)節(jié)等功能，增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。

常見故障現(xiàn)象

風(fēng)電變流器常見的故障現(xiàn)象包括：

（1）功率模塊損壞：就像水泵損壞，會(huì)導(dǎo)致變流器無法正常進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換。

（2）控制系統(tǒng)故障：就像水閘損壞，會(huì)導(dǎo)致變流器無法正常控制電壓、電流等參數(shù)。

（3）冷卻系統(tǒng)故障：就像水箱漏水，會(huì)導(dǎo)致變流器內(nèi)部溫度過高，影響其運(yùn)行。

（4）保護(hù)系統(tǒng)故障：就像保險(xiǎn)絲熔斷，會(huì)導(dǎo)致變流器無法在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)保護(hù)自身。

故障檢查和維修方法

1. 功率模塊損壞

檢查功率模塊的電壓、電流、溫度等參數(shù)。

使用功率模塊測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)。

更換損壞的功率模塊。

2. 控制系統(tǒng)故障

檢查控制系統(tǒng)的軟硬件是否損壞。

使用控制系統(tǒng)測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)。

重新編程或更換損壞的控制系統(tǒng)部件。

3. 冷卻系統(tǒng)故障

檢查冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇、水泵、管道等部件是否損壞。

清理冷卻系統(tǒng)內(nèi)部的灰塵和污垢。

更換損壞的冷卻系統(tǒng)部件。

4. 保護(hù)系統(tǒng)故障

檢查保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)置是否正確。

測(cè)試保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作是否可靠。

調(diào)整或更換保護(hù)系統(tǒng)部件。

未來發(fā)展趨勢(shì)

在雙饋和全功率變流器技術(shù)的基礎(chǔ)上，未來變流器的發(fā)展趨勢(shì)將集中在以下幾個(gè)方向：

1、高頻化

通過提高變流器的開關(guān)頻率，使其更加緊湊、輕便，具備更高的響應(yīng)速度和更精確的電力控制。研究人員正致力于研究新型開關(guān)器件和電磁干擾抑制技術(shù)，以提高系統(tǒng)效率和可靠性。

2、模塊化設(shè)計(jì)

將變流器設(shè)計(jì)為模塊化結(jié)構(gòu)，以提供靈活、可擴(kuò)展、易于維護(hù)和升級(jí)的解決方案。研究人員將進(jìn)一步探索新型模塊結(jié)構(gòu)、模塊間通信技術(shù)和可重組模塊組件，以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的靈活性和可配置性。

3、新型功率器件應(yīng)用

研究人員正在積極探索碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等新型功率器件的應(yīng)用，這些器件具有更高的開關(guān)速度、更低的功耗和更高的溫度耐受性。進(jìn)一步研究將推動(dòng)其在變流器中的更廣泛應(yīng)用，提高系統(tǒng)效率和可靠性。

4、智能控制與管理

通過引入先進(jìn)的控制算法、智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)和遠(yuǎn)程通信能力，變流器能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)控制、故障診斷和優(yōu)化運(yùn)行。研究人員將進(jìn)一步研究智能控制與管理系統(tǒng)的可靠性、安全性和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的自主運(yùn)行、智能優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)集成。

5、多能源互聯(lián)

隨著可再生能源的不斷發(fā)展，將風(fēng)能、太陽能和能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)等多個(gè)能源整合在一起，實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)和協(xié)同管理。研究人員將進(jìn)一步研究多能源互聯(lián)技術(shù)的互操作性、能量流調(diào)度和智能能源管理，推動(dòng)可再生能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和能源供應(yīng)的可靠性。

代表企業(yè)

禾望電氣

深圳市禾望電氣股份有限公司專注于新能源和電氣傳動(dòng)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)，主要產(chǎn)品包括風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品、光伏發(fā)電產(chǎn)品、儲(chǔ)能產(chǎn)品、制氫電源產(chǎn)品、電能質(zhì)量產(chǎn)品、電氣傳動(dòng)產(chǎn)品等，擁有完整的大功率電力電子裝置及監(jiān)控系統(tǒng)的自主開發(fā)及研發(fā)實(shí)力與測(cè)試平臺(tái)。公司通過技術(shù)和服務(wù)上的創(chuàng)新，不斷為客戶創(chuàng)造價(jià)值，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)新能源領(lǐng)域最具競(jìng)爭(zhēng)力的電氣企業(yè)之一。

在新能源領(lǐng)域，禾望產(chǎn)品系列覆蓋國(guó)內(nèi)750kW~30MW風(fēng)電變流器、5kW~3.125MW光伏逆變器及1.0MW~6.25MW箱逆變一體機(jī)等主流機(jī)型。

風(fēng)電產(chǎn)品：新一代風(fēng)冷雙饋?zhàn)兞髌鳌⒅袎喝β首兞髌?3300V、全功率變流器-900V/950V/1140V、全功率變流器-690V、雙饋?zhàn)兞髌?950V/1140V-水冷機(jī)型、雙饋?zhàn)兞髌?950V/1140V-風(fēng)冷機(jī)型、雙饋?zhàn)兞髌?690V-水冷機(jī)型、雙饋?zhàn)兞髌?690V-風(fēng)冷機(jī)型。

（資料圖：禾望電氣新一代風(fēng)冷雙饋?zhàn)兞髌鳎?/p>

陽光電源

陽光電源股份有限公司是一家專注于太陽能、風(fēng)能、儲(chǔ)能、氫能、電動(dòng)汽車等新能源電源設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。主要產(chǎn)品有光伏逆變器、風(fēng)電變流器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、水面光伏系統(tǒng)、新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、充電設(shè)備、可再生能源制氫系統(tǒng)、智慧能源運(yùn)維服務(wù)等，并致力于提供全球一流的清潔能源全生命周期解決方案。

風(fēng)電變流器產(chǎn)品：雙饋風(fēng)電變流器、全功率風(fēng)電變流器、中壓風(fēng)電變流器。

（資料圖：陽光電源雙饋-1140V-5/6/8/10MW）

海得新能源

浙江海得新能源有限公司擁有風(fēng)機(jī)變槳、變流和主控控制的核心技術(shù)、完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)系列產(chǎn)品和行業(yè)解決方案。力爭(zhēng)成為世界一流的新能源領(lǐng)域電控系統(tǒng)及設(shè)備的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)！

風(fēng)電產(chǎn)品：

雙饋?zhàn)兞髌鳎?.5MW~3.6MW雙饋風(fēng)冷變流器、2.0MW雙饋風(fēng)冷變流器、2.0MW雙饋液冷變流器、2.5MW雙饋風(fēng)冷變流器、3.0MW雙饋風(fēng)冷變流器、3.6MW雙饋風(fēng)冷變流器

全功率變流器：850KW全功率風(fēng)冷變流器、1MW全功率液冷變流器、1.5MW全功率液冷變流器、2.0MW全功率液冷變流器、2.5MW全功率液冷變流器、3.0MW全功率液冷變流器、4.0MW全功率液冷變流器、5.0MW全功率液冷變流器、6.0MW全功率液冷變流器、7.0MW全功率液冷變流器、8.0MW全功率液冷變流器

（資料圖：海得新能源1.5MW雙饋風(fēng)冷變流器）

日風(fēng)電氣

浙江日風(fēng)電氣股份有限公司原為浙江日風(fēng)電氣有限公司，公司于2015年7月由有限責(zé)任公司整體變更設(shè)立為股份有限公司。日風(fēng)電氣成立于2008年，是浙江潤(rùn)豐能源集團(tuán)有限公司的控股子公司。

日風(fēng)自主研發(fā)的風(fēng)電變流器低電壓穿越測(cè)試平臺(tái)，成為浙江省最具規(guī)模的風(fēng)電變流器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)于2011年通過了中國(guó)電力科學(xué)研究院低電壓穿越認(rèn)證測(cè)試。

主營(yíng)產(chǎn)品：1.5MW、2.0MW、2.5MW、3.0MW雙饋式風(fēng)力發(fā)電變流器、2.0MW-5.5MW直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電變流器。

（資料圖：日風(fēng)電氣3-3.4MW雙饋風(fēng)冷機(jī)型）

維諦技術(shù)（Vertiv）

VERTIV是全球風(fēng)電機(jī)組用變流器完整解決方案提供商，為全球客戶提供量身定制的解決方案，以滿足每個(gè)項(xiàng)目的要求。我們提供的風(fēng)電機(jī)組變流器已經(jīng)廣泛的使用在全球主要風(fēng)電發(fā)展國(guó)家，覆蓋了海上風(fēng)電和陸上風(fēng)電兩大領(lǐng)域，全球并網(wǎng)裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到30GW以上。我們?cè)跉W洲、亞洲擁有生產(chǎn)設(shè)施和服務(wù)代表處及備件中心，為您提供更高效和專業(yè)的支持和服務(wù)。

Wintrust雙饋?zhàn)兞髌骷捌溥x配件主要用于雙饋發(fā)電機(jī)組配套，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的變速恒頻控制，獲得更佳的發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量。

（資料圖：維諦技術(shù)Wintrust雙饋?zhàn)兞髌鳎?/p>

來源綜合自：百度百科、風(fēng)電電氣設(shè)計(jì)、碳榕數(shù)科、智研咨詢