在风力发电设备上应用变频器的功能

随着风力发电机功率的增加，风力发电机的叶片已经重达几吨或几十吨。操纵这么巨大的转动惯量体，要跟上风速变化以响应速度要求，是相当困难的。近年来，变桨距风力发电机已经投入运行，一方面通过变桨距控制叶片角度，另一方面通过风机变频器控制发电机转子电流来控制其转速。变桨控制是一个比较慢的过程，其动作时间以秒为单位计算，对于风速和功率输出变化快的情况并不理想，而变频器控制发电机转子电流频率的动作时间在毫秒级以下。

因此，当高频风速变化时，发电机转子电流频率通过变频器的瞬时变化可以保证发电机组能够跟上风速的频繁变化，使发电机组的功率输出稳定，减少对电网的不利影响，同时降低变桨机构的工作频率，延长变桨机构的使用寿命。

应用效果

变频器的基本功能

变频器除实现电动机变频调速的基本功能外，还具有频率控制、自动加减速、多段速度运行、多种停车方式、多种控制方式、制动、保护和通讯等功能。

1、频率控制功能

变频器的工作频率可以通过操作面板上的功能键、功能参数代码、外部模拟终端或上位机通过通信数据进行预设来控制。

2、自动加减速功能

变频器可实现最优加减速控制，根据电动机的负载状态自动设定加减速的最短时间，或者在设定的最短加减速时间内，将加减速电流控制在充许值之内。

变频器的加减速有三种方式，线性方式、S形方式和半S形方式，如下图所示。

线性方式：在加速过程中，变频器输出频率在加速时间内输出频率按时间线性增加。如图2中（a）所示。

S形方式：在开始和结束阶段加速协程较缓慢，在中间阶段按线性方式加速，加速过程呈S形，如如图2中（b）所示。

半S形方式：在开始阶段加速协程较缓慢，中间阶段按线性方式加速，加速过程呈半S形，如图2（c）所示。

3、多段速度运行

变频器可根据预设的速度值和运行时间执行多段速度运行，将一个完整的工作过程分为若干个程序步，各程序步的旋转方向、运行速度、工作时间或距离等都可预置，各程序步之间的切换可以自动进行。

4、多种停车方式

变频器的停车方式可以选择减速停车、自由停车、减速停车+直流制动，减少对机械部件和电动机的冲击，从而使调速系统更加可靠。

5、控制功能

变频器具有转矩提升、转差补偿、转矩限定、捕捉再启动功能，还具有矢量控制、PID控制等功能。

6、制动功能

变频器具有能耗制动和直流制动两种方式。能耗制动是一种磁通制动方式，电动机的减速及停车通过降低变频器的输出频率来实现，当变频器降低频率的瞬间，电动机的同步转速随之下降，然而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速并不能马上下降。当同步转速n0小于电动机的转子速度时，电动机电流的相位改变180度，电动机轴上的转矩变为制动转矩，从而实现制动，电动机上的能量通过制动电阻消耗掉。

直流制动是当电动机的转速降低到预设的制动速度时，变频器给电动机注入直流电压，使电动机停止运转，并在零速时锁定转子。

7、保护功能

变频器具有对变频器自身的故障保护和电动机的故障保护。对变频器自身的故障保护功能有过载保护、过电流保护、再生过电压保护、冷却风机异常等。对电动机的故障保护功能有接地保护、过载保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护、缺相保护、超频保护、失速保护等。

8、通讯功能

该风机变频器带有RS232/485通讯接口，可实现上位工控机对变频器的通讯功能，接受上位机的运行指令或将变频器的运行状态上传。完善的软件功能和规范的通讯协议，可实现灵活的系统组态，组成现场总线系统